DE3047606A1

DE3047606A1 - "lagerung"

Info

Publication number: DE3047606A1
Application number: DE19803047606
Authority: DE
Inventors: Michihiro Kiryu Ichikawa
Original assignee: Ichikawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Ichikawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-17
Publication date: 1981-09-24
Also published as: IT8053891V0; IT1129488B; IT8068987A0; DE3047606C2; US4371218A

Description

Lagerung

Die Erfindung betrifft eine Lagerung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Lagerung zur Abstützung eines länglichen drehbeweglichen Elements wie eine Welle oder eine Achse, die mit sehr hohen Drehzahlen von beispielsweise größer als 30 000 Upm umlaufen.

Bei einigen Bauarten von Rotationsmaschinen werden die die Drehbewegungen ausführenden Wellen oder Achsen mit sehr hohen Drehzahlen angetrieben, die in der Größenordnung von 30 000 bis 50 000 Upm liegen können, wie dies beispielsweise bei einigen Textilmaschinen wie Faden- bzw. Garnüberzugs- oder Umwicklungsmaschinen der Fall ist. Solche sehr hohen Drehzahlen einer Welle oder Achse machen Vorkehrungen an der Lagerung zur Abstützung der Welle oder Achse erforderlich. Ein solches Erfordernis besteht beispielsweise darin, daß man Vorkehrungen hinsichtlich des Verschleißes und Abriebs der Elements und Bauelemente schaffen muß, die die Lagerung bilden und die Gleit- und Hohlreibungen in Verbindung mit der sehr hohen Drehzahl der Welle oder Achse ausgesetzt sind.

Zur Erfüllung solcher Erfordernisse ist eine Traglageranordnung vorgeschlagen worden, die Drehbewegungen bei Drehzahlen von größer als 30 000 Upm standhalten kann und die Achse oder Welle in stabiler Weise langzeitig im

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Gebrauchszustand der Lagerung halten kann. Eine solche Traglagerung ist beispielsweise in der DE-Patentanmeldung P 29 360 85.8 beschrieben.

Zur Erläuterung der Merkmale und Vorteile einer solchen darin beschriebenen Traglageranordnung ist es äußerst wichtig, daß die Traglageranordnung in Verbindung mit einer Axiallagereinrichtung verwendet wird, die hinsichtlich ihres Leistungsvermögens zu der Traglageranordnung paßt. Eine übliche Axiallagereinrichtung unter Verwendung von Wälzelementen in Form einer Kugel oder einer anderen Form eines Wälzkörpers ist nicht geeignet, zuverlässig die axiale Beanspruchung der Welle oder Achse aufzunehmen, die mit Hilfe einer bekannten Traglageranordnung abgestützt ist.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lagerung zu schaffen, die eine Axiallagereinrichtung enthält, die für eine Traglageranordnung geeignet ist, die sehr hohen Drehzahlen einer Welle oder Achse standhalten kann, wobei die Welle oder Achse mit Drehzahlen in der Größenordnung von Zehntausenden von Umdrehungen pro Minute umläuft.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

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Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich erfindungsgemäß eine Lagerung zur Abstützung eines länglichen drehbeweglichen Elements, das sich mit sehr hohen Drehzahlen um seine Mittelachse dreht, wobei das drehbewegliche Element wenigstens einen Lagerabschnitt und wenigstens einen axialen Endabschnitt hat, mit einer stationären Tragkonstruktion und wenigstens einer Traglageranordnung, die auf der Tragkonstruktion abgestützt ist und mit dem Lagerabschnitt des drehbeweglichen Elements zusammenarbeitet, um Radialbeanspruchungen des drehbeweglichen Elements aufzunehmen dadurch aus, daß eine berührungslose, magnetische Axiallagereinrichtung vorgesehen ist, die in Bezug zu der Tragkonstruktion stationär ist und die in der Nähe des axialen Endabschnitts des drehbeweglichen Elements angeordnet ist, wobei die Axiallagereinrichtung ein zylindrisches Element aufweist, das eine darin befindliche Axialbohrung hat und koaxial den axialen Endabschnitt des drehbeweglichen Elements umgebend angeordnet ist und wobei wenigstens eines der zylindrischen Elemente und der axiale Endabschnitt des drehbeweglichen Elements als ein Magnet ausgelegt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht einer Lagerung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht des oberen Endes oder eine

Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten Lagerung,

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Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht zur Verdeutlichung des Axiallagers in vergrößertem Maßstab und eines der Traglager, die einen Teil der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Lagerung darstellt und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht eines Ausschnitts des berührungslosen, magnetischen Axiallagers in vergrößertem Maßstab, das einen Teil der Lagerung nach der Erfindung bildet.

In Fig. 1 ist eine Lagerung nach der Erfindung in Verbindung mit einer Drehachse S gezeigt. Die Drehachse S kann beispielsweise einen Teil einer Textilmaschine, wie einer Textilgarnumwickelmaschine bilden, die verwendet wird, ein Füll- oder Kerngarn bzw. einen Füll- oder Kernfaden mit einem Gespinst oder einem Filament auf an sich bekannte Art und Weise zu umwickeln oder mit einem solchen Gespinst zu überziehen.

Die Drehachse S verläuft bei der dargestellten Ausführungsform vertikal und hat obere und untere axiale Verlängerungen Sa und Sb. Die Drehachse S hat ferner einen oberen Lagerabschnitt, der der oberen Axialverlängerung Sa benachbart liegt und einen unteren Lagerabschnitt, der der unteren axialen Verlängerung Sb benachbart ist.

Die Lagerung nach der Erfindung soll zur Stützung einer

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solchen Drehachse S verwendet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Lagerung zwei Lageranordnungen, die sich aus einer oberen Traglageranordnung 10a, die mit dem zuvor erwähnten oberen Lagerabschnitt der Drehachse S zusammenarbeitet und einer unteren Traglageranordnung 10b zusammensetzt, die mit dem zuvor erwähnten unteren Lagerabschnitt der Drehachse S zusammenarbeitet.

Die Traglageranordnungen 10a und 10b sind ähnlich ausgelegt, so daß alle entsprechenden Baugruppen, Bauelemente und Abschnitte der beiden Lageranordnungen mit denselben Bezugsziffern und Bezugszeichen versehen sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 sowie auf Fig. 1 weist jede Traglageranordnung 10a und 10b drei oder mehr Lagereinrichtungen auf, wobei bei der dargestellten Ausführungsform drei Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c vorgesehen sind. Die Lagereinrichtungen jeder Traglageranordnung sind ähnlich ausgebildet und dimensioniert, so daß alle entsprechenden Bauteile und Bauelemente der drei Lagereinrichtungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Jede Lagereinrichtung 12a, 12b und 12c weist bei der dargestellten Ausführungsform ein zylindrisches oder scheibenförmiges drehbewegliches Element 14 auf, das einen kreisförmigen Querschnitt hat und um seine Mittelachse mit Hilfe eines Wellenpaares 16 und 16' drehbar ist, die in Gegenrichtungen von den beiden Seiten des drehbeweglichen Elements 14 axial vorstehen. Die Wellen 16 und 16' haben je-

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weils Mittelachsen, die mit der Mittelachse des drehbeweglichen Elements 14 fluchten und sie können entweder einzeln mit dem drehbeweglichen Element 14 verbunden sein oder als Abschnitt einer einzigen Welle ausgelegt sein, die unter Bildung einer festen Verbindung das drehbewegliche Element 14 in axialer Richtung des drehbeweglichen Elements 14 durchsetzt. Die Wellen 16 und 16' haben jeweils daran angebrachte Kugellager 18 und 18¹. Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt das Kugellager 18 auf der Welle 16 ein inneres Laufringelement 20, das rest und drehbeweglich mit der Welle 16 verbunden ist und ein äußeres Laufringelement 22, das von dem inneren Laufringelernent 20 radial nach außen liegend in einem Abstand angeordnet ist und eine Vielzahl von kugelförmigen Wälzelementen 24, die zwischen den Laufringelementen 20 und 22 gleitbeweglich und drehbeweglich angeordnet sind. Ähnlich umfaßt das Kugellager 18· auf der Welle 16* ein inneres Laufringelement 20', das fest und drehbeweglich mit der Welle 16' verbunden ist, ein äußeres Laufringelement 22', das von dem inneren Laufringelement 20' radial in einem Abstand nach außen angeordnet ist und eine Vielzahl von kugelförmigen Wälzelementen 24', die zwischen den Laufringelementen 20' und 22' drehbeweglich und gleitbeweglich angeordnet sind. Das drehbewegliche Element 14 und jedes der zugeordneten äußeren Laufringelemente 22 und 22' der Kugellager 18 und 18' sind daher relativ zueinander um die fluchtenden Mittelachsen des drehbeweglichen Elements 14 und der Achsen jeder der Wellen 16 und 16' drehbar. Die äußeren Laufringelemente 22 und 22' haben gleiche Außendurchmesser, die kleiner als der Außendurchmesser des drehbeweglichen Elements 14 sind. Jedes Kuegellager 18 und 18' kann durch ein Wälzlager ersetzt werden, das zylindrische oder konische Wälzelemente anstelle der kugelförmigen Wälzelemente 24 oder 24' hat.

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Die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c sind in einem Lagerhalter 26 angeordnet, der von einem einstückigen Block gebildet wird, der aus einem elastischen Material besteht und eine ihn durchsetzende Mittelachse sowie ebene gegenüberliegende Endflächen hat, die senkrecht zur Mittelachse des Blocks liegen. Der Lagerhalter 26 hat eine zylindrische Außenumfangsfläche und ebene Endflächen. Ferner weist der Lagerhalter 26 einen Hohlraum 28 auf, der an den gegenüberliegenden axialen Enden des Lagerhalters 26 offen ist. Der Hohlraum 28 hat einen im allgemeinen in der dreiradialen Richtung um die Mittelachse des Lagerhalters 26 symmetrischen Querschnitt und umfaßt daher einen Mittelabschnitt um die Mittelachse des Lagerhalters 26 und drei halbzylindrische ausgenommene Abschnitte, die sich von dem Mittelabschnitt des Hohlraums 28 radial nach außen vereinen. Die halbzylindrischen ausgenommenen Abschnitte sind symmetrisch um die Mittelachse des Lagerhalters 24 angeordnet und haben im wesentlichen gleiche Durchmesser. Die Durchmesser der halbzylindrischen ausgenommenen Abschnitte sind ferner derart gewählt, daß die äußeren Laufringelemente 22 und 22' jeder Lagereinrichtung 12a, 12b eng passend in den jeweiligen ausgenommenen Abschnitten infolge der Elastizität des Lagerhalters 26 aufgenommen werden können. Die halbkreisförmige Umfangslänge jedes ausgenommenen Abschnittes ist zweckmässigerweise geringfügig größer als eine Hälfte der gesamten Umfangslänge eines geometrischen Zylinders, der einen Durchmesser hat, der gleich dem Durchmesser des ausgenommenen Abschnittes ist. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß jeder der halbzylindrischen ausgenommenen Abschnitte um seine Mittelachse einen Mittelwinkel hat, der geringfügig größer als 180° ist.

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Der so ausgebildete Lagerhalter 26 ist aus einem elastischen Material hergestellt, das zweckmässigerweise relativ stark gegen öl beständig ist und eine relativ hohe Schlagfestigkeit hat. Als Beispiel für solche Materialien können Polyacetal erwähnt werden, das im Handel unter der Warenbezeichnung "Dulacon" und "Delrin" erhältlich ist.

Die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c werden in den Lagerhalter 26 derart eingebaut, daß die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c in die halbzylindrischen ausgenommenen Abschnitte des Hohlraums 28 jeweils passen. Die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c, die auf diese Weise auf dem Lagerhalter 26 angebracht sind, sind symmetrisch um die Mittelachse des Lagerhalters 26 angeordnet und erstrecken sich in halbzylindrischer Form in den Mittelabschnitt des Hohlraums 28 in dem Lagerhalter 26. Das drehbewegliche Element 14 ist somit frei um die Mittelachse teilweise über den Mittelabschnitt des Hohlraums 28 drehbeweglich. Der Lagerhalter 26 hat an seiner Innenumfangswand eine Umfangsnut 30, um die jeweiligen drehbeweglichen Elemente 18 der einzelnen Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c. Somit kann sich das drehbewegliche Element 18 frei um die fluchtenden Mittelachsen der Wellen 16 und 16' ohne Behinderung durch den Lagerhalter 26 drehen.

Die Unterbaugruppe der Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c in Verbindung mit dem Lagerhalter 26 bildet somit jeweils die oberen und unteren Traglageranordnungen 10a und 10b, wobei diese Unterbaugruppe an einem Gehäuse 32 angebracht ist, das aus einem hohlen, zylindrischen Abschnitt 34 und

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zwei Angußabschnitten 36 und 36' besteht, die von dem zylindrischen Abschnitt 44, wie in Fig. 2 gezeigt, nach außen vorstehen. Der zylindrische Abschnitt 34 des Gehäuses 32 hat einen Innendurchmesser, der derart gewählt ist, daß der Lagerhalter 26 eng umfassend aufgenommen ist oder elastisch gegen die Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 34 gedrückt wird, wenn die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c in den zylindrischen Abschnitt 34 eingesetzt sind. Der zylindrische Abschnitt 34 hat einen axialen Spalt 38, der sich zwischen den gegenüberliegenden axialen Enden des zylindrischen Abschnitts 34 im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Bohrung in dem zylindrischen Abschnitt 34 in Längsrichtung erstreckt. Der zylindrische Abschnitt 34 des Gehäuses 32, das beispielsweise aus einem Gußmetall besteht, ist geringfügig um die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 34 zusammenziehbar, wozu der darin ausgebildete Spalt 38 vorgesehen ist. Die Angußabschnitte 36 und 36' des Gehäuses 32 sind auf dem zylindrischen Abschnitt 34 ausgebildet und liegen in einem Abschnitt derart zueinander, daß dazwischen ein Spalt gebildet wird, der an den axialen Spalt 38 angrenzt. Ferner haben die Angußabschnitte 36 und 36' jeweils darin ausgebildete Bohrungen 40 und 40', die um den Spalt zwischen den Angußabschnitten 36 und 36' fluchtend zueinander angeordnet sind, wie dies in gebrochenen Linien in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Befestigungsbolzen bzw. eine Befestigungsschraube 4 2 ist ein den Angußabschnitten 36 und 36' vorgesehen, der bzw. die die Bohrungen 40 und 40' durchsetzt und der bzw. die mit Hilfe einer Mutter 44 gegen die Angußabschnitte 36 und 36' angezogen wird, wobei die Mutter 44 fest mit dem Befestigungsbolzen bzw. der Befestigungsschraube 42 verbunden ist. Die Befestigungsschraube 42 und die Mutter 44 bilden in Verbindung miteinander eine verstellbare Befestigungseinrichtung,

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die mit den Angußabschnitten 36 und 36· zusammenarbeitet, um die Angußabschnitte verstellbar zusammenzuklemmen und hierdurch verstellbar den zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 32 auf der Lagerung 26 anzuziehen, wie dies nachstehend näher erläutert wird.

Aus nachstehend näher angegebenen Gründen ist es zweckmäßig, daß jede Lagereinrichtung 12a, 12b und 12c derart bemessen ist, daß der Durchmesser des drehbeweglichen Elements 18 größer als der Durchmesser der Drehachse S oder jedes Lagerabschnittes Sa, Sb der Drehachse S ist.

Die oberen und unteren Traglageranordnungen 10a und 10b arbeiten mit den beiden Lagerabschnitten der Drehachse S jeweils zusammen und werden jeweils an ortsfesten Stützen 46 und 46' getragen, die fest mit dem jeweiligen Gehäuse 32 der Lageranordnungen 10a und 10b verbunden sind oder mit den Gehäusen 32 ein Stück bilden. In jeder Traglageranordnung 10a und 10b sind die äußeren Laufringelemente 22 und 22' der jeweiligen Kugellager 18 und 18' der drei Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c in ihren vertikalen Stellungen entsprechend in dem zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 32 durch obere und untere Ringelemente 48 und 48· festgelegt, die fest mit dem zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 32 längs den oberen und unteren Umfangsenden des zylindrischen Abschnittes 34 verbunden sind. Die Drehachse S steht durch die Mittelöffnung des oberen Ringelements 48 der oberen Traglageranordnung 10a nach oben vor und hat eine fest daran angebrachte Spulentragscheibe 50, die eine entsprechende Anzahl von Stiften 52 hat, die von der Scheibe 50 nach oben vorstehen. Eine Spule (nicht gezeigt) ist lösbar auf der Spulentragscheibe

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50 über die Stifte 52 angebracht, die in längliche öffnungen (nicht gezeigt) eingesetzt werden, die in der Spule ausgebildet sind. Die Spulentragscheibe 50 hat an ihrer unteren Seite einen Ringflansch oder einen Vorsprung, der in einer Ringnut gleitend beweglich aufgenommen ist, die in dem oberen Ringelement 48 ausgebildet ist, das an der Traglageranordnung 10a angebracht ist, um eine staubsichere Abdichtung zwischen dem Ringelement 48 und der Drehachse S zu bilden. Die Drehachse S hat ferner eine fest daran angebrachte und mit einem Flansch versehene Nabe 54, die in der Nähe des oberen Ringelements 48 der unteren Traglageranordnung 10b angeordnet ist und in die Mittelöffnung in dem Ringelement 48 ragt. Die Nabe 54 hat einen daran ausgebildeten Ringflansch oder einen Vorsprung, der gleitend beweglich in einer Ringnut aufgenommen ist, die in dem oberen Ringelement 48 der Traglageranordnung 10a ausgebildet ist, um eine staubdichte Abdichtung zwischen den Ringelementen 48 und der Drehachse S zu erreichen.

Bei der zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebenen Ausführungsform der Lagerung sind die oberen und unteren Ringelemente 48 und 48' und der zylindrische Abschnitt 34 des Gehäuses 32 wie der oberen und unteren Traglageranordnung 10a und 10b dazu bestimmt, daß sie in Verbindung miteinander eine Gehäusekonstruktion bilden, in denen sich die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c in untergebrachter Form befinden. Selbstverständlich"können erforderlichenfalls ein oder beide Ringelemente 48 und 48' mit dem zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 32 jeder Traglageranordnung ein Stück bilden.

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Nach der Erfindung weist die Lagerung ferner eine berührungslose, magnetische Axiallagereinrichtung 56 auf.

Die magnetische Axiallagereinrichtung 56 ist bei der dargestellten Ausführungsform in Verbindung mit einer unteren Traglageranordnung 10b beispielsweise gezeigt und ist dazu bestimmt, die Axialbeanspruchung der Drehachse S in der Nähe des unteren Endes der Drehachse S aufzunehmen. Hierzu hat das untere Ringelement 48' der unteren Traglageranordnung 10b eine Axialbohrung 58, die nach oben in den Innenraum der zuvor erwähnten Gehäusekonstruktion der Traglageranordnung 10b offen ist und einen zylindrischen Sockel 60, der von dem unteren Ende der Bohrung 58 nach unten offen ist und im Durchmesser größer als die Bohrung 58 bemessen ist. Die Axialbohrung 58 und der Sockel 60 haben jeweils Mittelachsen, die mit der Mittelachse der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S zusammenfallen.

Die Axiallagereinrichtung 56 ist in Verbindung mit der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S angeordnet und weist ein zylindrisches oder ringförmiges Permanentmagnet-Element 62 auf, das eine, zylindrische Axialbohrung 64 mit einer Mittelachse hat, die im wesentlichen mit der Mittelachse des Magnetelements 62 übereinstimmt. Das Magnetelement 62 hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Sockels 60 ist und es ist derart magnetisiert ,daß-.es an den gegenüberliegenden axialen Enden magnetische Gegenpole hat.

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Die Axiallagereinrichtung 56 weist ferner ein Paar von ringförmigen oder kreisförmigen Polstücken 66 und 66" auf, die in koaxialer Anordnung zu den gegenüberliegenden oberen und unteren Endflächen des Magnetelementes 62 jeweils durch die Anzugskräfte des Magnetelements 62 oder mit Hilfe eines Metall-Metallklebers fest angebracht sind. Jedes Polstück 66 und 66' hat Innen- und Außendurchmesser, die zweckmässigerweise kleiner als die Innen- und Außendurchmesser des Magnetelements 62 jeweils sind. Wenn die Polstücke 6 6 und 66' koaxial an den gegenüberliegenden Endflächen des Magnetelements 62 angebracht sind, wird der Außenumriß jedes Polstückes von dem radial innenliegenden Teil des Außenumfangsrandes jeder Endfläche des Magnetelementes 62 umschlossen oder liegt radial von diesem Außenumfangsrand jeder Endfläche des Magnetelements 62 nach innen. Andererseits ist der Innenumriß jedes Polstückes 66 und 66' radial außen liegend von dem Innenumfangsrand jeder Endfläche des Magnetelements 62 angeordnet und befindet sich daher in umgreifender Anordnung durch den Innenumfangsrand jeder Endfläche des Magnetelernents 62.

Die Unterbaugruppe, bestehend aus dem Magnetelement 62 mit den Polstücken 66 und 66', ist in einem Aufnahmeelement 68 angebracht, das zweckmässigerweise aus einem nichtmagnetischen Material, wie einem starren Kunstharz bzw. einem starren Kunststoff besteht. Das Aufnahmeelement 68 hat einen hohlzylindrischen Abschnitt 70 und innere und äußere Flanschabschnitte 72 und 74, die von einem axialen Ende des zylindrischen Abschnitts 70 radial nach innen und außen vorstehen.

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Das Magnetelement 62 mit den daran angebrachten Polstücken 66 und 66' sind in das Aufnahmeelement 68 derart eingesetzt, daß das Magnetelement 62 mit seiner Außenumfangsfläche eng passend auf der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 70 des Aufnahmeelements 68 aufgenommen ist. Ferner ist die Unterbaugruppe, bestehend aus dem Magnetelement 62 und den Polstücken 66 und 66' in dem zylindrischen Abschnitt 70 durch ein ringförmiges oder kreisförmiges Halteelement 76 axial festgehalten, das fest passend in die Axialbohrung in dem zylindrischen Abschnitt in der Nähe des vorstehenden axialen Endes des zylindrischen Abschnittes 70 eingesetzt ist und das zweckmässigerweise haftend mit der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 70 verbunden ist. Die obere Endfläche des oberen Polstückes 66 wird auf der unteren Fläche des Halteelements 76 eng passend aufgenommen und die untere Endfläche des unteren Polstückes 66' ist eng passend in der oberen Endfläche des inneren Ringflanschabschnittes 72 aufgenommen, woraus sich ergibt, daß die Unterbaugruppe, bestehend aus dem Magnetelement 62 und den Polstücken 66 und 66' in axialer Lage zwischen dem Halteelement 76 und dem inneren Ringflanschabschnitt 72 festgehalten ist. Das Aufnahmeelement 68 ist fest mit dem Ringelement 48' der unteren Traglageranordnung 10b verbunden, wobei der zylindrische Abschnitt 70 eng passend in dem Sockel in dem Ringelement 48' sitzt und wobei der äußere Flanschabschnitt 74 fest mit der unteren Endfläche des Ringelements 48' verbunden ist. Das Aufnahmeelement 68 kann haftend oder auf eine andere Art und Weise mit Hilfe von geeigneten Befestigungsmitteln (nicht gezeigt) mit dem Ringelement 48* verbunden sein oder kann verstellbar passend in dem Ringelement 48' mit Hilfe einer Gewindeverbindung zwischen dem Ringelement 48' und dem zylindrischen Abschnitt 70 des Aufnahmeelements 68 angeordnet sein.

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Die untere axiale Verlängerung Sb der Drehachse S erstreckt sich durch die Axialbohrung 58 in dem Ringelement 48' der unteren Traglageranordnung 10b und durch die Axialbohrung in dem Magnetelement 62 und hat einen unteren Endabschnitt/ der geringfügig in die Öffnung in dem inneren Ringflanschabschnitt 72 ragt.

Der untere Endabschnitt der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S wird somit koaxial teilweise von dem oberen Polstück 66 und teilweise von dem unteren Polstück 66' umschlossen. Zweckmässigerweise hat die Drehachse S an dem unteren Endabschnitt ihrer unteren axialen Verlängerung Sb zwei Umfangsvorsprünge 78 und 78', die koaxial von den Innenumfangsflächen der oberen und unteren Polstücke 66 und 66' jeweils umgeben werden und in einem regelmässigen Abstand von diesen Innenumfangsflächen radial nach innen angeordnet sind. Wenn hierbei beispielsweise die Drehachse S einschließlich der unteren axialen Verlängerung Sb insgesamt aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, können diese Umfangsvorsprünge 78 und 78' einen Teil der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S bilden oder können aus einem entsprechenden ferromagnetischen Material hergestellt sein. Wenn andererseits die Drehachse S als Ganzes oder wenigstens die untere axiale Verlängerung Sb der Drehachse S aus einem nichtmagnetischen Material besteht, sollten die Umfangsabschnitte 78 und 78' der Verlängerung Sb der Drehachse S aus einem entsprechenden ferromagnetischen Material unabhängig von der Drehachse oder wenigstens die Verlängerung Sb der Drehachse ausgebildet sein und fest mit der Verlängerung Sb verbunden sein.

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Die so ausgebildete und angeordnete Axiallagereinrichtung 56 ermöglicht, daß die Verlängerung Sb der Drehachse bzw. die Drehachse S als Ganzes in ihrer axialen Lage in Bezug zu der jeweiligen Gehäusekonstruktion der oberen und unteren Traglageranordnung 10a und 10b auf den ortsfesten Stützen 46 und 46' mit Hilfe der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem oberen Polstück 66 und dem zugeordneten ümfangsvorsprung 78 der Drehachse S und zwischen dem unteren Polstück 66' und dem zugeordneten Umfangsvorsprung 78' der Drehachse S gehalten ist.

Wenn die Drehachse S um ihre Mittelachse in Bezug zu den ortsfesten Stützen 46 und 46' in Drehung versetzt wird/ wird die auf die Drehachse S wirkende Radialbeanspruchung von den Traglageranordnungen 10a und 10b aufgenommen, die durch die Stützen 46 und 46' jeweils abgestützt sind. Die auf die Drehachse S wirkende Axialbeanspruchung wird von der magnetischen Axiallagereinrichtung 56 aufgenommen, die von der Gehäusekonstruktion der unteren Traglageranordnung 10b gehalten wird. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die magnetische Axiallagereinrichtung 56 an sich mechanisch von der Drehachse S isoliert ist, sind sowohl die Drehachse S als auch die Axiallagereinrichtung 56 keinem Verschleiß und Abrieb dazwischen ausgesetzt, so daß nicht nur die Axiallagereinrichtung 56 eine entsprechend zufriedenstellend verlängerte Standzeit hat, sondern die Drehachse S auch Drehbewegungen bei Drehzahlen standhalten kann, für die die Traglageranordnungen 10a und 10b zugelassen sind. Demnach ist die magnetische Axiallagereinrichtung 56 zur Verbesserung und Gewährleistung des eigenen Leistungsvermögens der Traglageranordnungen 10a und 10b zweckmässig.

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Bei der arbeitenden Axiallagereinrichtung 56 wirken die Polstücke 66 und 66' derart, daß sie die magnetische Flußverteilung um die Umfangsvorsprünge 78 und 78' jeweils an der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S lokalisieren und konzentrieren und können daher erforderlichenfalls weggelassen werden.

Da die Polstücke 66 und 66' von den gegenüberliegenden Endflächen des Magnetelements 62 radial nach innen verschoben werden, werden die auf die umfangsvorsprünge 78 und 78' der Drehachse S einwirkenden Magnetkräfte lokalisiert und wirksamer konzentriert und es können daher die Axialbeanspruchungen der Drehachse wirksamer und zuverlässiger aufgenommen werden. Es ist jedoch verständlich, daß die Polstücke 66 und 66' erforderlichenfalls an den Querschnitt des Magnetelements 62 hinsichtlich der Formgebung und der Größe angepaßt werden können, so daß die Polstücke im wesentlichen koextensiv und in Ausrichtung zu den ringförmigen Endflächen des Magnetelements 62 sich erstrecken.

Während bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ein Permanentmagnet als Magnetelement 62 verwendet wird, kann anstelle des Permanentmagnetelements ein Elektromagnet verwendet werden, der aus einem Eisenkern und einer stromführenden Spule besteht.

Während zuvor beschrieben worden ist, daß die Umfangsvorsprünge 78 und 78' aus einem ferromagnetischen Material bestehen, kann jeder Vorsprung 78 und 78' aus einem Per-

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manentmagneten bestehen, der unabhängig von der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S ist und fest mit der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S verbunden ist. Hierbei kann das Peritianentmagnetelement 62 durch einen ringförmigen oder zylindrischen Block aus einem entsprechenden ferromagnetischen Material ersetzt werden.

Zuvor ist angegeben worden, daß die berührungslose, magnetische Axiallagereinrichtung, die einen Teil der Lagerung nach der Erfindung bildet, in Verbindung mit zwei Traglageranordnungen verwendet wird, deren Auslegung jeweils zuvor beschrieben und in der Zeichnung dargestellt ist. Diese Auslegung verfolgt jedoch nur den Zweck der Veranschaulichung und deshalb kann die Axiallagereinrichtung der Lagerung nach der Erfindung auch in Verbindung mit nur einer solchen Traglageranordnung oder wenigstens einer Traglageranordnung mit einer anderen Auslegungsform verwendet werden. Beispielsweise kann jede Traglageranordnung 10a und 10b bei der beschriebenen Ausführungsform durch eine Traglageranordnung ersetzt werden, die im wesentlichen ähnlich wie die Traglageranordnungen 10a und 10b ausgelegt ist, aber vier oder mehr Lagereinrichtungen verwendet, die jeweils ähnlich wie die Lagereinrichtungen 12a, 12b und 12c der jeweiligen Traglageranordnungen 10a und 10b ausgelegt und angeordnet sind.

Ferner ist bei der dargestellten Ausführungsform angenommen, daß die berührungslose, magnetische Axiallagereinrichtung 56 bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der unteren axialen Verlängerung Sb der Drehachse S zu-

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sammenarbeitet, jedoch kann erforderlichenfalls eine solche Axiallagereinrichtung auch so angeordnet werden, daß sie mit der oberen axialen Verlängerung Sa der Drehachse S zusammenarbeitet. Auch ist es selbstverständlich, daß trotz der Tatsache, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nur eine Axiallagereinrichtung verwendet wird, die Lagerung nach der Erfindung auch zwei solcher Axiallagereinrichtungen im Zusammenwirken mit den gegenüberliegenden axialen Endabschnitten der Drehachse aufweisen kann, die durch die Lagerung abgestützt werden soll.

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Leerseite

Claims

LIEDI11 N0TH, ZEITLEK 8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089 / 22 94 41 ICHIKAWA IRON WORKS COMPANY LIMITED 1764-10, 7-chome, Sakaino-cho, Kiryu City, Gumma Prefecture, Japan Lagerung Patentansprüche:

1. Lagerung zur Abstützung eines länglichen drehbeweglichen Elements, das sich mit sehr hohen Drehzahlen um seine Mittelachse dreht, wobei das drehbewegliche Element wenigstens einen Lagerabschnitt und wenigstens einen axialen Endabschnitt hat, mit einer stationären Tragkonstruktion und wenigstens einer Traglageranordnung, die auf der Tragkonstruktion abgestützt ist und mit dem Lagerabschnitt des drehbeweglichen Elements zusammenarbeitet, um Radialbeanspruchungen des drehbeweglichen Elements aufzunehmen, gekennzeichnet durch eine berührungslose, magnetische Axiallagereinrichtung (56), die in Bezug zu der Tragkonstruktion (46, 46') stationär ist und die in der Nähe des axialen Endabschnitts (Sa, Sb) des drehbeweglichen Elements (S) angeordnet ist, wobei die Axiallagereinrichtung (56) ein zylindrisches Element (62) aufweist, das eine darin befindliche Axialbohrung hat und koaxial den axialen Endabschnitt des drehbeweglichen Elements (S) um-

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gebend angeordnet ist und wobei wenigstens eines der zylindrischen Elemente (62) und der axiale Endabschnitt (Sa; Sb) des drehbeweglichen Elements (S) als ein Magnet ausgelegt ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet, daß das zylindrische Element (62) von einem Permanentelement gebildet wird, das an den gegenüberliegenden axialen Enden magnetische Gegenpole hat.

3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallagereinrichtung (56) ferner zwei ringförmige Polstücke (66, 66¹) aufweist, die jeweils an den gegenüberliegenden axialen Endflächen des Magnetelements (62) angebracht und im wesentlichen koaxial den axialen Endabschnitt (Sa; Sb) des drehbeweglichen Elements (S) umgebend angeordnet sind.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polstück (66, 66') Innen- und Außendurchmesser hat, die jeweils kleiner als die Innen- und Außendurchmesser des Magnetelements (62) sind.

5. Lagerung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der axiale Endabschnitt (Sa; Sb) des drehbeweglichen Elements (S) aus einem ferromagnetischen Material besteht.

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6. Lagerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Endabschnitt (Sa; Sb) des drehbeweglichen Elements (S) zwei Umfangsvorsprünge (78, 78') hat, die axial in einem Abstand voneinander und von den Innenumfangsflächen der jeweiligen Polstücke (66, 66') radial nach innen in einem Abstand angeordnet sind.

7. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, äao jeder Umfangsvorsprung (78, 78') aus einem ferromagnetischen Material besteht.

8. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet von einem Elektromagneten gebildet wird, der einen von dem zylindrischen Element (62) gebildeten Eisenkern und eine stromführende Spule aufweist, die um den Kern gewickelt ist.

9. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Endabschnitt (Sa; Sb) des drehbeweglichen Elements (S) von einem Permanentmagneten gebildet wird und daß das zylindrische Element aus einem ferromagnetischen Material besteht.

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