DE3304623A1

DE3304623A1 - Dichtungs- und lageranordnung unter verwendung von ferrofluid

Info

Publication number: DE3304623A1
Application number: DE19833304623
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Fujisawa Kanagawa Asai; Kyozaburo Naka Kanagawa Furumura; Yasuo Murakami; Hiromi Sugi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1983-08-18
Also published as: DE3304623C2; US4486026A; US4598914A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Dichtungs- und Lageranordnungen unter Verwendung von Ferrofluid, die sich für rotierende Einrichtungen eignen, bei denen Geräuscharmut und hohe Genaugkeit erforderlich sind.

Zunächst einmal wird das Prinzip einer herkömmlichen Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine drehbare Welle, und das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Zylindermagneten, der die drehbare Welle 1 konzentrisch umgibt. Der Zylindermagnet 2 ist an seinen beiden Enden 2a und 2b mit einem Flansch versehen, die Öffnungen 3 und 4 besitzen, um die drehbare Welle 1 hindurchtreten zu lassen. Die Bezugszeichen 5 und 6 bezeichnen Lücken oder Spalte zur Abdichtung, die zwischen den Oberflächen der Öffnungen 3 und 4 und der Oberfläche der drehbaren Welle 1 ausgebildet sind. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Ferrofluid, das ins Innere des Zylindermagneten 2 eingefüllt und auf der gesamten Oberfläche der drehbaren Welle zurückgehalten wird, und zwar durch die Anziehung des magnetischen Flusses, der innerhalb der Spalte 5 und 6 konzentrisch ausgebildet wird. Das ^v Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Gehäuse. Die beiden Enden 2a und 2b sind als Polstücke ausgebildet und bestehen aus ferromagnetischem weichen Stahl zur Anziehung des magnetischen Flusses. Außerdem ist ein Zylinderteil 9, das Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids besitzt, an einer Oberfläche der drehbaren Welle befestigt. Um die drehbare Welle 1 zu zentrieren, dadurch daß in wirksamer Weise ein durch die Rotation der Welle 1 hervorgerufener dynamischer Druck ausgeübt wird, irgendwelche

—Π Ι Beschädigungen der Welle 1 in Berührung mit dem Zylindermagneten 2 zu verhindern und eine wirksame magnetische Abdichtung zu unterstützen, ist es außerdem erforderlich, ein zylindrisches Mittelteil 10 zu befestigen, das aus einem nicht-ferromagnetischen Material im Inneren des Zylindermagneten 2 besteht. Der Aufbau einer derartigen herkömmlichen Dichtungs- und Lageranordnung wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, in der ein Druck-Radial-Lager dargestellt ist. Da die gleiche Konstruktion wie in Fig.1 auch die gleichen Bezugszeichen besitzt, ist ihre detaillierte Beschreibung im folgenden weggelassen.

Das Gehäuse 8 trägt bzw. lagert den Magneten 2 und die Polstücke 2a und 2b mittels Haltemuttern. 8a und -8b. Das Zylinderteil 9, das an der Oberfläche der Welle 1 befestigt und integral oder zusammen mit diesem drehbar ist, ist an seiner Oberfläche mit Fischgrätennuten 9a versehen, um den dynamischen Druck des Ferrofluids zu erzeugen. Zwischen dem zylindrischen, nicht-magnetischen Mittelteil 10, das an der Innenseite des Magneten 2 befestigt ist, und der Oberfläche des Zylinderteils 9 ist ein kleiner Spalt ausgebildet. Die Bezugszeichen 11a und 11b bezeichnen flanschartige Drucklager, die am Zylinderteil 9 der Welle befestigt sind. In gleicher Weise ist ein kleiner Spalt zwisehen den Polstücken 2a und 2b und dem Inneren des Magneten 2 sowie den seitlichen Oberflächen des Mittelteiles 10 ausgebildet.

Wenn die drehbare Welle 1 und das daran befestigte Zylin- ^O derteil 9 integral oder zusammen in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung rotieren, so wird das Ferrofluid 7 als Schmiermittel auf einen Mittelebenen-Bereich 9b des Zylinderteiles 9 gerichtet, und zwar aufgrund der Funktion der Fischgrätennuten 9a zur Erzeugung des dynamisehen Druckes, und dieser Druck wird in diesem Bereich 9b vergrößert, jedoch in der Nähe der Spalte 5 und 6 verringert. Dementsprechend wird in der Zusammenwirkung mit der Anziehung des konzentrierten magnetischen Flusses in den

3304623 -δι Spalten 5 und 6 ein Leckabfluß des Ferrofluids 7 nach außen verhindert.

Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel einer herkömmlichen Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid, wobei die Nuten zur Erzeugung seines dynamischen Druckes auf der Oberfläche der drehbaren Welle 1 selbst eingraviert oder eingearbeitet sind. Die gleiche Konstruktion wie in Fig. 2 hat dabei die gleichen Bezugszeichen, jedoch sind die Drucklager 11a und 11b weggelassen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Anordnung von der oben beschriebenen Druck- und Radial-Lageranordnung.

Im allgemeinen haben die Lager zur Erzeugung des dynamischen Druckes der Ferrofluids als Schmiermittel ausgezeichnete Eigenschaften, z.B. eine hohe Rotationsgenauigkeit, Geräuscharmut, lange Lebensdauer etc. Außerdem sind solche Lager mit einer Dichtungsanordnung unter Verwendung von Ferrofluid versehen, so daß jegliche Gefahr von Öllecks oder Ölspritzern entfällt. Dementsprechend können sie in geeigneter Weise für saubere Räume zur Erzeugung von hochintegrierten Schaltungen, Magnetplattenwellen etc. verwendet werden, wo eine vollständig saubere Umgebung erforderlich ist!

Herkömmliche Dichtungs- und Lageranordnungen haben jedoch einen extrem komplizierten Aufbau und sind nur schwer kompakt herzustellen, so daß derartige Anordnungen zwangsläufig große Abmessungen erhalten. Andererseits ist es erforderlich, wenn solche Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes hergestellt werden, genaue Nuten mit vorgegebenem Profil, z.B. auf der Oberfläche der drehbaren Welle einzugravieren oder einzuarbeiten. Dabei ist nämlich eine sehr hohe Arbeitsgenauigkeit erforderlich, mit der Folge, daß Dichtungs- und Lageranordnungen mit einem solchen Aufbau sehr teuer im Hinblick auf die Herstellungskosten und ungeeignet für die praktische Verwendung sind.

Außerdem war es während der Montage oder des Zusammenbaus der Lageranordnung erforderlich, das Ferrofluid vorher in einen Spalt zwischen der drehbaren Welle und dem Lager einzuspritzen, so daß er dabei vollständig gefüllt wird. Dabei handelt es sich jedoch um einen sehr mühevollen Arbeitsgang. Wegen dieser Nachteile und Unzulänglichkeiten von herkömmlichen Dichtungs- und Lageranordnungen unter Verwendung von Ferrofluid ist es somit vollständig unmöglich, sie in einer Massenproduktion herzustellen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Dichtungs- und Lageranordnungen unter Verwendung von Ferrofluid anzugeben, bei denen ein Magnet in wirksamer Weise in Kooperation mit den auf der einen Oberfläche eingravierten Nuten verwendet wird, wobei die Nuten die Funktion der Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids besitzt.

Weiteres Ziel der Erfindung ist es, Dichtungs- und Lageranordnungen unter Verwendung von Ferrofluid anzugeben, deren Aufbau einfach ist und kleine Abmessungen besitzt, so daß eine Massenproduktion mit geringen Herstellungskosten möglich ist.

Genauer gesagt, hat die Dichtungs- und Lageranordnung gemäß der. Erfindung die folgenden beiden bemerkenswerten Aspekte:

(1) Die Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid weist einen zylindrischen Magnetkörper auf, der eine drehbare Welle konzentrisch umgibt und eine radiale Bewegung der drehbaren Welle verhindert, wobei der zylindrische Magnetkörper aus einem normalen Magneten oder einem in Kunststoff oder Kunstharz eingebauten Magneten besteht. Das Ferrofluid ist in einem Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen des zylindrischen Magnetkörpers und der drehbaren Welle gehalten, und der zylindrische Magnet-

-ιοί körper ist auf seiner auf der drehbaren Welle gleitenden Oberfläche mit Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes für das Ferrofluid versehen.

(2)Die Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid weist eine Drucklagerplatte auf, die eine Axialbewegung einer drehbaren Welle verhindert; der Drucklagerplatte gegenüberliegend ist eine Magnetplatte vorgesehen, die aus einem normalen Magneten oder einemin Kunststoff oder Kunstharz enthaltenen Magneten besteht; entweder die Drucklagerplatte oder die Magnetplatte ist an der drehbaren Welle befestigt, wobei beide Platten die drehbare Welle konzentrisch umgeben oder einschließen; ein Ferrofluid ist in einem Spalt gehalten, der zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Drucklagerplatte und der Magnetplatte ausgebildet ist; entweder die Drucklagerplatte oder die Magnetplatte ist an ihrer Oberfläche, mit der sie auf der anderen gleitet, mit Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids versehen.

Auf diese Weise können gemäß der Erfindung die herkömmlichen Polstücke und dazugehörigen Einrichtungen in Wegfall gebracht werden, wobei die Dichtungsfunktion und/oder Lagerfunktion in vollem Umfang realisiert werden können.

Die Erfindung wird, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der nachstehenden Beschreibung und

^UW unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1, 2 und 3 Darstellungen im Schnitt von herkömmlichen

Dichtungs- und Lageranordnungen unter Verwendung von Ferrofluid;

Fig. 4 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dichtungs-

und Lageranordnung unter Verwendung von

Ferrofluid;

Fig. 5 einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 7 einen Schnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 9 einen Schnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 11 und 12 vergrößerte Darstellungen von in Kunststoff enthaltenen Magneten zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Anordnung; einen Schnitt eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

einen Schnitt eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
einen Schnitt längs der Linie a-a in Fig.

	Fig.	13	(a)
20	Fig.	14	(b)
	Fig.	15
25	Fig. Fig.	15 16
	Fig.	17	(a)
30	Fig.	18	(b)
	Fig.	19	(a)
35	Fig.	19	(b)
	Fig.	20
	Fig.	20

einen Schnitt eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

einen Schnitt eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung;

einen Schnitt eines zwölften Ausführungsbeispiels der Erfindung;

einen Schnitt einer herkömmlichen mechanischen Dichtungsanordnung; einen Schnitt eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung; eine Draufsicht längs der Linie b-b in Fig. 19(a);

einen Schnitt eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

eine Teildraufsicht längs der Linie b-b in Fig. 20 (a);

Fig. 21 ein Beispiel eines Dichtungsringes zur

Verwendung bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel;

Fig. 22 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Dichtungsringes ähnlich der Darstellung in

Fig. 21;

Fig. 23 einen Schnitt eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 24(a) eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels des Dichtungsringes, der in Fig. 19(a) verwendet wird;
Fig. 24(b) einen Schnitt längs der Linie b-b in Fig.

24(a);

Fig. 25(a) eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Dichtungsringes, der bei der Anordnung

gemäß Fig. 19(a) verwendbar ist; Fig. 25(b) einen Schnitt längs der Linie b-b in Fig.

25(a);

Fig. 26 einen Schnitt einer herkömmlichen Dichtungsanordnung unter Verwendung von Ferrofluid;

Fig. 27(a) einen Schnitt eines sechzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 27(b) eine Draufsicht längs der Linie b-b in Fig.

27(a);

Fig. 28 einen Schnitt eines siebzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 29 einen Schnitt eines achtzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und in

Fig. 30 einen Schnitt eines neunzehnten Ausführungs-3^ beispiels der Erfindung.

Gemäß der Erfindung wird ein in Kunststoff oder Kunstharz eingebauter Magnet für Lager- und Dichtungszwecke verwendet, jedoch kann ein normaler Magnet selbstverständlich anstelle eines derartigen in Kunststoff oder Kunstharz eingebauten Magneten verwendet werden. Bevor bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden, wird zunächst die Zusammensetzung eines in Kunststoff oder Kunstharz einge-

-13-bauten Magneten beschrieben.

Das synthetische Kunstharzmaterial, das für einen in Kunststoff oder Kunstharz eingebauten Magneten verwendet wird, kann aus einem Polyamidharz, Fluorharz, Polyethersulfonharz, Polyphenylensulfidharz oder dgl. bestehen. Bei dem magnetischen Material, das mit dem genannten synthetischen Kunstharzmaterial gemischt wird, kann es sich um Bariumferritpulver, Strontiumferritpulver, seltene Erden oder dgl. handeln.

Das Mischungsverhältnis von synthetischem Kunstharz und magnetischem Material ist unterschiedlich, wenn der Magnet für Lagerzwecke und für Dichtungszwecke verwendet wird.

Wenn der Magnet als Lager verwendet wird, muß er einen ausreichend großen magnetischen Fluß haben, um das Ferrofluid in einem Spalt zwischen dem Magneten (Lager) und der drehbaren Welle zu halten und jegliche Leckagen des Fluids nach außen zu verhindern.

In diesem Falle kann die magnetische Kraft des Magneten praktisch schwach sein. Somit beträgt die Menge des Magnetpulvers in einem solchen Magneten ungefähr 10 bis 70 Gew.-%.

Insbesondere enthält der Magnet zur Erhöhung seiner Gleiteigenschaften 10 bis 60 Gew.-% Kohlefasern, Glasfasern oder dgl. Wenn Graphit oder ähnliche Materialien, die hohe Schmiereigenschaften besitzen, als Füllmittel verwendet werden, wird die Menge an Magnetpulver selbstverständlich geringer sein. In jedem Falle beträgt die Gesamtmenge an Magnetpulver Verstärkungsfasern und Füllmittel vorzugsweise nicht mehr als 95 Gew.-%, wobei es innerhalb dieses Bereiches möglich ist, in gewünschter Weise eine gewünschte Magnetkraft und Gleiteigenschaften auszubilden.

Wenn der Magnet nur für Dichtungszwecke verwendet wird, so ist eine stärkere Magnetkraft umso besser. In diesem Falle beträgt das Mischungsverhältnis von Ferrit ungefähr

70 bis 95 Gew.-% wie bei einem normalen in Kunststoff oder Kunstharz eingebauten Magneten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines in Kunststoff oder Kunstharz eingebauten Magneten von zylindrischer Bauart beschrieben, der für die Dichtungs- und Lageranordnung gemäß der Erfindung verwendbar ist. Zunächst einmal wird ein Kernzapfen mit spiralförmigen oder wendeiförmigen Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids in eine Mittelachse eines zylindrischen Hohlraumes eingesetzt. In einer Formeinrichtung mit einem solchen Aufbau wird das geschmolzene synthetische Kunstharz, in welchem eine bevorzugte Menge an Magnetpulver enthalten ist, in den zylindrischen Hohlraum injiziert. Danach wird der Kernzapfen aus dem Hohlraum während der Rotation entfernt, so daß eine große Anzahl von Buchsen oder Hülsen, die jeweil die spiralförmigen oder wendeiförmigen Nuten besitzen, in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Anschließend wird jede Buchse oder Hülse in einen Dorn eingesetzt, dessen Durchmesser etwas größer ist als der der Buchse oder Hülse, und darin beheizt. Die Innenoberfläche der jeweiligen Buchse oder Hülse wird kontrahiert oder verformt und schließlich als fertiges Produkt fertiggestellt. Anschließend werden zwei Buchsen oder Hülsen, die jeweils Nuten in einer umgekehrten Richtung besitzen, miteinander verbunden, so daß ein Paar von Buchsen oder Hülsen als Magnetlager hergestellt wird, welche Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids besitzen. Als nächstes wird das Magnetlager in axialer Richtung mit einer Magnetisiereinrichtung magnetisiert. Ein Magnetlager mit einem großen Durchmesser kann in radialer

Richtung magnetisiert werden.
35

Das Profil der Fischgrätennuten kann symmetrisch bezüglich der Verbindungslinie der beiden Teile des Magnetlagers ausgebildet werden. Selbstverständlich besteht die Möglich-

keit, einene Verwindungswinkel oder Drallwinkel der Fischgrätennuten relativ zur Verbindungslinie bei einem der Bauteile vorzusehen.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung im einzelnen anhand der verschiedenen Figuren der Zeichnung erläutert. Dabei werden gleiche Bauteile bzw. der gleiche Aufbau wie bei den oben beschriebenen Beispielen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 4 zeigt ein fundamentales Beispiel gemäß der Erfindung, wobei eine Radiallageranordnung dargest LIt ist. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen zylindrischen Magneten, der die drehbare Welle 1 konzentrisch umgibt oder umschließt.

Der zylindrische Magnet 12 bildet ein Magnetlager, das die Funktion eines Lagers besitzt. Wie oben beschrieben, besteht er aus einem Paar von Buchsen oder Hülsen, d.h. zwei Magneten stoßen aneinander. Der zylindrische Magnet 12 ist ein in Kunststoff oder Kunstharz eingebauter Magnet, d.h.

ein in Polyphenylensulfidharz eingebauter Magnet, der z.B. 20 bis 50 Gew.-% Ferrit bzw. Magnetit (Ferroferrit), 15 bis 30 Gew.-% Kohlefasern und 10 Gew.-% Polytetrafluorethylen enthält. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids, wobei die Fischgrätennuten auf der Innenoberfläche 12a des zylindrischen Magneten 12 eingeprägt oder eingraviert sind. Das Symbol C bezeichnet einen kleinen Spalt von normalerweise 10 um, der zwischen der Innenoberfläche 12a und einer Oberfläche 1a der drehbaren

"0 Welle 1 ausgebildet ist. Somit kann die gesamte Innenoberfläche 12a des zylindrischen Magneten 12 direkt mit der Oberfläche 1a der drehbaren Welle 1 in Berührung stehen, ohne Polstücke zu verwenden.

Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Ferrofluid, das in den Spalt C eingefüllt ist, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Passage oder einen Durchgang zum Injizieren des Ferrofluids 14 in den Hohlraum. Die Passage 15 ist in-

tegral in einer der Seiten des zylindrischen Magneten 12 ausgebildet. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine zweite Passage oder einen zweiten Durchgang, der ebenfalls integral oder einstückig an einer Kontaktfläche der beiden Magneten 12 ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Dichtungsmittel zum Abdichten einer öffnung der Passage 15. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Gehäuse, um das Paar von Magneten 12 fest einzupassen oder zu haltern. Das Gehäuse 18 kann aus einer nicht-magnetischen Cu- oder Al-Legierung, einem Kunststoffmaterial oder einer weichen Stahlplatte bestehen. Das Kunststoffmaterial kann ein zusammengesetztes Kunststoffmaterial sein. Das Gehäuse 18 kann durch Kleben, Passung oder ein integrales Einsatzformteil· eingebaut werden. Außerdem kann das Paar von Magneten 12 direkt auf einer Lagerhalterung 19 montiert werden. Es ist nicht immer erforderlich, das Gehäuse 18 an dem Paar von Magneten 12 anzubringen.

Die Funktion der Dichtungs- und Lageranordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachstehend näher erläutert.

Nachdem der zylindrische Magnet 12 um die drehbare Welle 1 herum angeordnet worden ist, wird das Ferrofluid aus der Passage oder dem Durchgang 15 in den Spalt C mittels eines Mikrospenders oder dgl. injiziert. Die Öffnung der Passage 15 wird mit dem Dichtungsmittel 17 abgedichtet. Der Spalt C zwischen der Oberfläche 1a der drehbaren Welle und der Innenoberfläche 12a des Magneten 12 ist so schmal, daß das Ferrofluid 14 darin vollständig durch die Magnetkraft des

³^ Magneten 12 angezogen werden kann. Insbesondere wird, da der Magnetfluß mit höchster Dichte an den beiden Kanten 20 und 21 des ein Lager bildenden Magneten 12 gebildet wird, irgendein Leckverlust des Ferrofluids aus dem Magneten 12 vollständig verhindert. Wenn die drehbare Welle 1 rotiert, wird ein radialer Druck des Ferrofluids 14 erzeugt, und zwar durch die Pumpfunktion der Fischgrätennuten 13 zur Erzeugung des dynamischen Druckes. Sein radialer Druck hat den höchsten Wert im Zentrum des Paares von Magneten

-Μ Ι 12, d.h. in einem Verbindungsbereich von ihnen, während er in Richtung der beiden Enden abnimmt. Somit wird in Zusammenarbeit mit der Anziehung der magnetischen Kraft während der Rotation der drehbaren Welle 1 jeglicher Leckver-■ lust des Ferrofluids 14 nach außen vollständig unmöglich gemacht. Aufgrund der Erzeugung der dynamischen Kraft wird die drehbare Welle 1 im Zentrum des Magneten 12 gelagert und gehalten, wobei eine gute Balance aufrechterhalten wird, so daß eine Schmiermittelmembran des Ferrofluids in ausreichendem Maße gebildet wird. Somit sind die Rotationsgenauigkeit der drehbaren Welle 1 sehr hoch, der Drehmomentverlust sehr niedrig und das Lastaufnahmevermögen sehr hoch.

Die Innenoberflache 12a des Magneten 12 wird während der Rotation der drehbaren Welle 1 kaum abgenutzt oder verschlissen, so daß ihre Lebensdauer länger wird. Wenn die Geschwindigkeit der drehbaren Welle 1 durch einen Anhaltevorgang allmählich verringert wird. nimmt auch der dynamische Druck des Ferrofluids ab, und die drehbare Welle 1 sitzt bald auf der Innenoberfläche 12a aufgrund ihres Eigengewichtes. Auch wenn die Oberfläche 1a der drehbaren Welle 1 mit der Innenoberfläche 12a in Berührung steht, so besteht der Magnet 12 aus einem in Kunststoff eingebauten Material, so daß irgendwelche Beschädigungen der Oberfläche 1a verhindert werden. In gleicher Weise werden irgendwelche Unzulänglichkeiten beseitigt, wenn die drehbare Welle 1 rotiert. Dementsprechend ist der Magnet 12 in ausreichendem Maße in der Lage, wiederholte Start- und Stopp-Vorgänge auszuhalten.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei weitere Nuten zur Aufnahme von Ferrofluid in der Nähe der beiden Enden der Innenoberfläche 12a des Paares von Magneten 12 ausgebildet sind, um irgendwelche Mängel an Ferrofluid als Schmiermittel zu beseitigen und die Dichtungswirkung des Ferrofluids zu vergrößern, und zwar durch Erhöhung der magnetischen Flußdichte an den beiden Enden 23 und 24

des Magneten 12. Außerdem sind zusätzliche Nuten 25 ausgebildet, um Ferrofluid 14 als Reserve in der Mitte der Innenoberfläche 12a aufzunehmen, so daß es vorher in den Nuten 25 aufgenommen wird, bevor der Magnet in die drehte bare Welle 1 eingesetzt wird.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem beide Ecken an den Enden des Magneten 12 abgeschrägt sind, so daß Schrägteile 26 und 27 gebildet werden und Kanten

,Q und 29 entstehen. Aufgrund der Ausbildung der Kanten 28 und 29 wird die Dichte des Magnetflusses an den beiden Enden des Magneten 12 weiter vergrößert und somit der Dichtungseffekt des Ferrofluids gesteigert. Im übrigen sind Aufbau und Funktion dieses Ausführungsbeispiels die

,c gleichen wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5.

Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, wobei die drehbare Welle 1 an einen Präzisionsmotor eines Peripheriegerätes eines Computers angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Gleichstromantriebsmotor zum Antreiben eines Polygonspiegels, z.B. eines Laserstrahlschreibers. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Permanentmagneten-Rotor, und das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine gegenüberliegende Statorspule. Das Bezugszeichen 33

2g bezeichnet ein Radiallager, das dem in Kunststoff eingebauten zylindrischen Magneten 12 entspricht und das am unteren Teil der drehbaren Welle 1 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein Axiallager. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Polygonspiegel, der an der Oberseite der drehbaren Welle montiert ist. Das Bezugszeichen 36 bezeichnet ein Radiallager, das am oberen Teil eines Gehäuses des Antriebsmotors 30 angeordnet ist. Das Radiallager 3 6 hat einen in Kunststoff eingebauten oder eingebetteten zylindrischen Magneten 12, der die drehbare Welle 1 konzentrisch umgibt oder einschließt, und der Magnet 12 ist an seiner Innenoberfläche mit Fischgrätennuten 13 zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids versehen. Das Ferrofluid 14 ist zwischen den Mag-

-19-neten 12 und die drehbare Welle 1 eingefüllt.

In herkömmlicher Weise hat man Kugellager oder ein in öl angeordnetes Lager verwendet, wobei der Nachteil besteht, daß der Polygonspiegel 35 seine Funktion verlieren kann, und zwar wegen Spritzern des Schmieröles oder -fettes, die durch die Zentrifugalkraft der rotierenden Welle 1 hervorgerufen werden. Aus diesem Grunde ist eine Rotation der drehbaren Welle mit hoher Geschwindigkeit unmöglich.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß auch dann, wenn die drehbare Welle 1 mit niedriger Geschwindigkeit rotiert, die Lebensdauer der herkömmlichen Lageranordnung kurz ist. Zur Vermeidung derartiger Nachteile wird gemäß der Erfindung ein magnetisches Radiallager mit Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes angegeben, so daß evtl. Spritzer des Fluids als Schmiermittels, die sonst durch die Rotation der drehbaren Welle hervorgerufen werden könnten, vollständig beseitigt werden. Außerdem wird verhindert, daß irgendwelcher Staub, der aus dem Inneren der Spindelanordnung stammen kann, aus der magnetischen Radiallageranordnung herausspritzt, und zwar wegen des Dichtungseffektes des Ferrofluids.

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Zylindermagnet 37, der die drehbare Welle 1 zylindrisch umgibt, auf seiner Innenoberfläche mit einer dünnen Kunststoffbeschichtung 39 versehen ist, die Fischgrätennuten 38 zur Erzeugung des dynamischen Druckes besitzt. Außerdem liegen zwei Endflächen 40 des Magneten 37 der Oberfläche 1a der drehbaren Welle 1 direkt gegenüber, so daß ein schmaler Spalt zwischen der Oberfläche 1a der drehbaren Welle und den Endflächen 40 gebildet wird.

Das in den Spalt eingefüllte Ferrofluid 14 wird durch den Magnetfluß des Magneten 37 angezogen. Ein Gehäuse 41 kann ebenso wie beim ersten Beispiel aus Stahl, Kunststoff oder dgl. bestehen. Der Magnetfluß wird in einfacher Weise auf die nackten Endflächen 40 des Magneten 37 konzentriert,

so daß das Ferrofluid 14 in dem Spalt sicher und fest gehalten wird. Da außerdem die Kunststoffbeschichtung 39 gute Gleiteigenschaften und Abriebfestigkeit besitzt, wird verhindert, daß der Zylindermagnet 37 als Lager einen Verschleiß aufgrund der Start- und Stopp-Vorgänge der drehbaren Welle 1 erleidet. Das bedeutet, es wird verhindert, daß die Innenoberfläche des Magneten 37 in direkten Kontakt mit der drehbaren Welle 1 kommt, wobei der Magnet 37 ein billiges oder preiswertes synthetisches ^q Harz oder Kunstharz enthalten kann, ohne daß irgendwelche Gleiteigenschaften oder Abriebfestigkeiten berücksichtigt werden müssen. Selbstverständlich stehen beliebige Arten von Magneten zur Verfügung.

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Nuten 22 zur Aufnahme des Ferrofluids 14 in Reserve an beiden Enden in den Umfang des als Lager ausgebildeten Magneten 12 eingraviert oder eingearbeitet sind. Außerdem ist der Magnet 12 an seinen beiden Seiten mit nicht-

2Q magnetischen Polstücken 42 und 43 befestigt.

Da die Nuten 22 zur Aufnahme des Ferrofluids 14 in Reserve an beiden Enden des Magneten 12 ausgebildet sind, ist die magnetische Feldintensität in den Nuten 22 stark, so daß das Ferrofluid 14 daran fest und sicher gehalten wird.

Außerdem werden, da die Polstücke 4 2 und 43 nicht-magnetisch sind, irgendwelche Leckverluste des Ferrofluids 14 aus dem Magneten heraus vollständig verhindert. Selbstverständlich können die Polstücke 42 und 43 auch aus einer magnetischen Substanz bestehen, so daß die Magnetflußdichte zwischen den Polstücken 42 und 43 und der drehbaren Welle 1 groß wird, so daß der Dichtungseffekt noch weiter gesteigert wird.

Fig. 10 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel, bei dem ein magnetisches Gehäuse 18 am Außenumfang und an beiden Kanten des Magneten 12 befestigt ist. Somit ist die Magnetflußdichte zwischen dem Gehäuse 18 und der drehba-

ren Welle 1 stärker als beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß der Dichtungseffekt noch weiter gesteigert wird.

Die Fig. 11 und 12 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Magnetanordnung der Magneten 12. Dabei wird bei der Anordnung gemäß Fig. 11 der Magnet 12 parallel zu seiner horizontalen Achse in mehrfacher Weise magnetisiert. Andererseits wird bei der Anordnung gemäß Fig. 12 der ein Lager bildende Magnet 12 in einer schrägen Richtung re- IQ lativ zu seiner horizontalen Achse in mehrfacher Weise magnetisiert.

Im Falle eines Drucklagers, das nachstehend näher beschrieben wird, kann seine Magnetisierung in der gleichen l§ mehrfachen Weise in einer Ebene des Drucklagers erfolgen.

Fig. 13 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Lageranordnung zur Abdichtung des Ferrofluids ausschließlich zu Dichtungszwecken verwendet wird. In herkömmlicher Weise existiert kein Zylindermagnet nur zu Zwecken der Dichtung, welcher Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes besitzt. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung des Ferrofluids. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet ein Paar von Magneten, deren Dicke T kleiner ist als die des oben angegebenen Radiallagers. Der Spalt C^ zwischen dem Paar von Magneten 45 und der drehbaren Welle wird größer als der von letzterem.Außerdem sind die Fischgrätennuten

13 tief eingeprägt oder eingraviert, um auf diese Weise den Drehmomentverlust oder die Wärmeerzeugung der drehbaren Welle 1 aufgrund des Widerstandes des Ferrofluids

14 zu verringern. Wahlweile kann eine Passage zum Einfüllen des Ferrofluids 14 in Wegfall gebracht werden. Außerdem ist mit dem Bezugszeichen 46 ein Lager zur HaI-terung der drehbaren Welle und mit dem Bezugszeichen 47 ein Sitz zur Aufnahme der Dichtungsanordnung 4 4 bezeichnet.

Während der Rotation der drehbaren Welle 1 wird der dynamische Druck des Ferrofluids 14 hoch, so daß die Dichtungsanordnung 40 eine genügend große Luftdichtigkeit haben muß, um dem Innendruck oder Außendruck der Rotationsanordnung gewachsen zu sein. Insbesondere ist die oben beschriebene Dichtungsanordnung geeignet zur Abdichtung von Gas und Flüssigkeiten und besitzt eine ausgezeichnete Abdichtungswirkung im Vergleich zu herkömmlichen Öl-Dichtungsanordnungen. Während die Lebensdauer von

^q herkömmlichen Öl-Dichtungsanordnungen kurz ist, und zwar wegen des Verschleisses einer Lippe aufgrund der ständigen Rotation, wird bei der Dichtungsanordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein direkter Kontakt mit der drehbaren Welle verhindert, so daß auch dann,

j5 wenn sich die drehbare Welle kontinuierlich für eine lange Zeitdauer dreht, die Lebensdauer dieser erfindungsgemäßen Anordnung groß ist.

Fig. 14 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel, bei dem ein nicht-magnetisches Kunststofflager mit der Dichtungsanordnung zur Abdichtung von Ferrofluid kombiniert ist. Das Bezugszeichen 48 bezeichnet eine Lagerhülse oder Lagerbuchse geteilter Bauart, die als nicht-magnetisches aus Kunststoff geformtes Teil ausgebildet ist. An ihrer Innenoberfläche ist sie mit Fischgrätennuten 13 versehen. Die Bezugszeichen 49 und 50 bezeichnen in Kunststoff eingebaute Magneten, an deren Innenoberfläche spiralförmige bzw. wendeiförmige Nuten 49a und 50a eingraviert oder eingearbeitet sind. Die Magneten 49 und 50 haltern die geteilte Lagerbuchse 48. Ein Gehäuse zur Halterung der obigen Anordnung ist nicht dargestellt.

Wenn die drehbare Welle 1 rotiert, wird sie in geeigneter Weise durch den dynamischen Drucks des Ferrofluids zentriert, der in einem Spalt C₁ zwischen der geteilten Lagerbuchse 48 und der drehbaren Welle 1 erzeugt wird. Außerdem wird der Dichtungseffekt noch weiter durch die Magnetkraft gesteigert, die zwischen den eine Dichtungs-

anordnung bildenden Magneten 49 und 50 und der drehbaren Welle 1 erzeugt wird. Wenn die drehbare Welle 1 anhält, sitzt sie auf der Innenoberfläche der Lagerbuchse 48, die einen schmaleren Spalt C₁ besitzt, so daß verhindert wird, daß die eine Dichtungsanordnung bildenden Magneten 49 und 50 direkt mit der drehbaren Welle 1 in Kontakt kommen. Dementsprechend wird, unabhängig von den wiederholten Start- und Stopp-Vorgängen der drehbaren Welle 1, die Lebensdauer der Dichtungsanordnung größer als die bei ₁₍-j· einer Anordnung gemäß Fig. 9.

Fig. 15(b) zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um ein Axiallager mit einem in Kunststoff eingebauten Magneten handelt. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet

!5 eine in Kunststoff eingebaute Magnetscheibe oder Magnetplatte, die einer Fläche 51a einer Drucklagerscheibe oder Drucklagerplatte 51 gegenüberliegt, in welche die drehbare Welle 1 eindringt. Das Ferrofluid 14 ist in einem Spalt zwischen einer Fläche 52a der Magnetplatte 52 und einer Fläche 51a der Drucklagerplatte 51 gehalten. Die Magnetplatte 52 ist auf ihrer Innenoberfläche 52a mit Fischgrätennuten 53 zur Erzeugung des dynamischen Druckes und Nuten 54 und 55 zur Aufnahme des Ferrofluids 14 in Reserve ausgestattet.

Somit wird ein starker Magnetkreis zwischen der Magnetplatte 52, der Drucklagerplatte 51 und der magnetischen drehbaren Welle 1 gebildet, so daß das Ferrofluid 14 sicher und fest gehalten und die Dichtungswirkung gesteigert wird. Infolgedessen wird das Start-Drehmoment der drehbaren Welle 1 groß. Wenn dementsprechend ein Benutzer das Start-Drehmoment kleiner machen will, auch wenn der Dichtungseffekt dabei verringert wird, so kann die Drucklagerplatte 51 aus nicht-magnetischem Material gemacht werden.

Wie sich aus Fig. 15(b) ergibt, ist die Magnetplatte 52 an der drehbaren Welle mittels eines Abschlußteiles oder

Anschlags 56 befestigt, der in die drehbare Welle 1 eindringt, so daß die Magnetplatte 51 und die drehbare Welle 1 sich integral oder miteinander drehen. Die Drucklagerplatte 51 ist an einem Körper d er Rotationsanordnung be- festigt. Außerdem ist es auch möglich, die drehbare Welle 1 an der Drucklagerplatte 51 zu befestigen und die Magnetplatte 52 von der drehbaren Welle 1 zu trennen.

Die Magnetplatte 52 besteht aus einer magnetischen Zusammensetzung, die 10 bis 70 Gew.-% Magnetpulver, synthetisches Harz, Verstärkungsfasern, Schmieröl und dgl. enthält und durch Spritzgießen hergestellt sein kann, so daß die Fischgrätennuten 5 3 und die Aufnahme-Nuten 54 und 55 integral oder einstückig in der Magnetplatte 52 ausge-,c bildet sein können. Auf diese Weise ist sie billig bzw. preiswert, was für die Massenherstellung wünschenswert ist.

Die Magnetplatte 52 ist in der Lage, das Ferrofluid 14 kräftig anzuziehen, wobei das Ferrofluid 14 sowohl Schmierfunktion als auch Abdichtfunktion aufgrund der Magnetfeldintensität der Magnetplatte 52 besitzt, so daß eine gute Schmiermembran während der Rotation der drehbaren Welle 1 gebildet wird und ihr Drehmomentverlust gering ist. Wenn die drehbare Welle 1 anhält, so wird das Ferrofluid 14 in den Nuten 54 und 5 5 in Reserve gehalten, so daß irgendwelche Leckverluste nach außen verhindert werden.

Fig. 16 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel, wobei ein Drucklager 57 an den mit kleinen Abmessungen ausgestatteten Antriebsmotor 30 in Fig. 7 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 58 bezeichnet eine Tragscheibe oder Tragplatte aus magnetischem Material, so daß Leckverluste der magnetischen Kraft der in Kunststoff eingebauten Magnetplatte 52 verhindert und die Magnetkraft zur Anziehung des Ferrofluids 14 verstärkt werden. Das Bezugszeichen 59 bezeichnet ein Schwungrad. Der Drehmomentverlust dieses Drucklagers 57 ist viel kleiner als der eines

herkömmlichen Lagers. Somit ist das Drucklager 57 an einen derartigen, mit kleinen Abmessungen ausgestatteten Antriebsmotor 30 mit kleinem Drehmoment angeschlossen.

Fig. 17 zeigt ein zwölftes Ausführungsbeispiel, bei dem das Drucklager 57 für eine Magnetplatte verwendet wird. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet einen äußeren Rotor, an dessen Innenumfang ein Magnet 61 angebracht ist. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Spule, die an einem Stator

IQ 63 befestigt ist. Das Bezugszeichen 64 bezeichnet einen Flansch, der an dem Stator 63 befestigt ist, und der Flansch 64 ist von einem Träger oder einer Halterung 65 gehaltert. Das Bezugszeichen 66 bezeichnet eine Magnetplatte, die am oberen Teil der drehbarenWelle 1 befestigt

!5 ist. Der äußere Rotor 60, der mit der drehbaren Welle 1 verbunden ist, ist integral oder zusammen mit dieser drehbar. Mit dem Bezugszeichen 67 ist Erde bezeichnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ferrofluid durch die Magnetkraft im Inneren des Drucklagers 57 stark angezogen. Dementsprechend werden, im Gegensatz zu herkömmlichen Drucklagern, jegliche Leckverluste nach außen vollständig verhindert. Die Magnetplatte 66 ist somit frei von irgendwelchen Beschädigungen oder Verunreinigungen, die sonst durch Spritzer der Dichtungsflüssigkeit hervorgerufen werden könnten, da keine Spritzer mit dem Ferrofluid stattfinden. Somit wird ein Gleichstrommotor für die Magnetplatte mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten.

Unter Bezugnahme auf die obigen Beispiele sind bislang der grundsätzliche Aufbau und die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung erläutert worden. Mit einer derartigen Dichtungs- und Lageranordnung gemäß der Erfindung kann das Ferrofluid unter Verwendung eines in Kunststoff eingebauten Magnetkörpers oder einer derartigen Platte fest und sicher gehalten werden. Somit kann die Dichtungsund Lageranordnung einen so einfachen Aufbau besitzen und

ist für Arbeitsverfahren und Massenherstellung geeignet.

Außerdem werden verschiedene Beispiele der Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Zunächst einmal soll ein klarer Unterschied zwischen der Erfindung und herkömmlichen Anordnungen diskutiert werden.

Fig. 18 zeigt eine herkömmliche mechanische Dichtungsanordnung. Das Bezugszeichen 68 bezeichnet eine mechanische Dichtungsanordnung, die in ein Gehäuse 69 eingebaut ist. Die drehbare Welle 1 einer rotierenden Vorrichtung, z.B. einer Pumpe oder dgl. geht durch das Zentrum der mechanischen Dichtungsanordnung hindurch. Mit dem Bezugszeichen 70 ist ein Graphiteinsatz bezeichnet. Das Bezugszeichen 71 bezeichnet einen Dichtungsring, der drehbar und verschiebbar bzw. gleitend angeordnet ist, wobei er gegen den Einsatz 70 drückt. Das Bezugszeichen 72 bezeichnet eine Schulter oder einen Kragen, der an der drehbaren Welle mit einer Schraube 73 befestigt ist. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet einen Druckring, der an einem Ende an einem Verbindungsstift 76 befestigt ist, der im Weg einer Schulter oder eines Kragens 75 angebracht ist.

Das Bezugszeichen 77 bezeichnet eine Feder, um den Druckring 74 in Pfeilrichtung zu drücken. Das Bezugszeichen 78 bezeichnet einen Antriebsstift oder Antriebszapfen, der mit dem Druckring 74 verbunden ist, so daß der Dichtungsring 71 stets gegen den Einsatz 70 angedrückt und integral und zusammen mit der drehbaren Welle 1 drehbar ist. Die Bezugszeichen 79 und 80 bezeichnen Dichtungspackungen zur Abdichtung der drehbaren Welle 1 und des Einsatzes 70.

Bei einer derartigen herkömmlichen mechanischen Dichtungsanordnung wird die drehbare Welle 1 über einen Verbindungskontakt 81 des Graphiteinsatzes 70 und einer gespiegelten Oberfläche des Dichtungsringes 71 angetrieben, wobei irgendein unter hohem Druck stehendes Fluid, das

sich mit hoher Geschwindigkeit innerhalb einer Pumpe dreht, daran gehindert wird, ein Leck nach außen zu bilden.

Da aber der Graphiteinsatz 70 mit dem Dichtungsring 71 bei einer Rotation hoher Geschwindigkeit in Berührung steht, ergibt sich die Unzulänglichkeit,daß der aus relativ weichem Graphit bestehende Einsatz 70 innerhalb einer kurzen Zeitspanne einem Verschleiß unterliegt und seine

IQ Lebensdauer begrenzt ist. Außerdem erfordert eine solche mechanische Dichtungsanordnung eine hochwertige Arbeitstechnik sowie große Herstellungskosten, wobei der Mechanismus sehr kompliziert aufgebaut ist. Ferner wird, falls bestimmte feste Teilchen in dem Fluid enthalten sind, die Beschädigung der Dichtungsoberfläche groß, und häufig treten Leckundichtigkeiten des Fluids auf.

Zur Überwindung dieser Nachteile von herkömmlichen Anordnungen ist die erfindungsgemäße Dichtungs- und Lageran-Ordnung unter Verwendung von Ferrofluid entwickelt worden. Genauer gesagt, ist bei der neuartigen Dichtungs- und Lageranordnung eine Drucklagerplatte vorgesehen, um eine Druckbewegung einer drehbaren Welle zu verhindern; eine Magnetplatte ist der Drucklagerplatte gegenüberliegend vorgesehen; entweder die Drucklagerplatte oder die Magnetplatte kann an der drehbaren Welle befestigt sein; ein Ferrofluid ist in einem Spalt festgehalten, der zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der Drucklagerplatte und der Magnetplatte ausgebildet ist; schließlich ist entweder die Drucklagerplatte oder die Magnetplatte, deren Oberflächen aufeinander gleiten, mit Nuten zur Erzeugung eines dynamischen Druckes für das Ferrofluid ausgestattet. Desweiteren ist eines dieser beiden Bauteile stets elastisch gegen das andere angedrückt und mit einer entsprechenden Federeinrichtung versehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 25 er-

läutert. Dabei werden bei diesen Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 18, soweit entsprechende Bauteile vorhanden sind.

Fig. 19(a) zeigt ein dreizehntes Ausführungsbeispiel, wobei eine Dichtungsanordnung 82 dargestellt ist. Die drehbare Welle 1 ist in einem Gehäuse 84 einer nicht dargestellten Rotationsvorrichtung, wie z.B. einer Pumpe oder

IQ dgl., angeordnet. Das Bezugszeichen 85 bezeichnet eine Magnetscheibe oder Magnetplatte bzw. einen Dichtungsring, der im Inneren des Gehäuses 84 mittels eines O-Ringes befestigt ist und Mittel zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids besitzt. Das Bezugszeichen 87 bezeichnet eine Drucklagerscheibe oder Drucklagerplatte bzw. einen Dichtungsring in einer der Drucklagerplatte 8 5 gegenüberliegenden Anordnung. Das Bezugszeichen 88 bezeichnet eine Schulter oder einen Kragen, der an der drehbaren Welle mittels einer Schraube 89. befestigt ist.

Der Kragen 88 ist an einer unteren Stufe 90 mit einer Nut 91 zum Antreiben der Drucklagerplatte 87 versehen. Dabei steht der Dichtungsring gleitend mit der Nut 91 in Eingriff. Eine Vielzahl von O-Ringen 92 aus einem elastischen Material sind zwischen der Drucklagerplatte 87 und dem Kragen 88 angeordnet, um die Drucklagerplatte 87 in Richtung des Pfeiles zu drücken. Mit dem Bezugszeichen ist eine Dichtungspack-ung für die drehbare Welle 1 bezeichnet.

Die Magnetplatte 85 kann als in Kunststoff eingebauter Magnet ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Magnetplatte aus einer Polyamidharzverbindung bestehen, die Gew.-% Bariumferritpulver enthält und mit einer Spritzgießmaschine geformt bzw. hergestellt ist. Das Bezugszeichen 85a bezeichnet Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids 14, wobei die Fischgrätennuten in die Innenoberfläche der Magnetplatte eingearbeitet oder eingraviert sind. Außerdem ist die

Magnetplatte 5 mit Reserve-Nuten 85b und 8 5c zur Aufnahme von Ferrofluid in Reserve versehen. Diese Nuten 85a, 85b und 8 5c können selbstverständlich integral und einstückig zur Zeit des Spritzgießens hergestellt werden. Ein Muster dieser Nuten ist in Fig. 19(b) dargestellt. Das Material der Drucklagerplatte 87 kann entweder aus einem magnetischen Material oder einem nicht-magnetischen Material bestehen. Wenn beispielsweise eine magnetische Substanz, wie z.B. weicher Stahl oder Flußstahl, für die Drucklagerplatte 87 verwendet wird, wird ein geeigneter Magnetkreis zwischen diesen beiden Platten ausgebildet, so daß das Ferrofluid zwischen ihnen eine starke Anziehung bewirkt. Somit ist eine solche Anordnung für den Fall geeignet, der eine hohe Dichtungswirkung erfordert. Wenn eine nichtmagnetische Substanz für die Drucklagerplatte 87 verwendet wird, so ist das Drehmoment der drehbaren Welle 1 zu ihrem Startzeitpunkt klein. Somit wird eine solche Anordnung für den Fall eines geringen Anfangsdrehmomentes geeignet sein. Wenn z.B. korrosive Fluide abgedichtet werden, wird vorzugsweise ein nicht-magnetischer rostfreier Stahl verwendet, um die Anzieh-Korrosionseigenschaften zu erhöhen.

Außerdem ist die Position oder der Ort der Magnetplatte 8 durch den der Drucklagerplatte 87 ersetzbar. Desweiteren kann die Drucklagerplatte 87 aus magnetischem Material bestehen, während die Magnetplatte 85 durch eine Platte aus nicht-magnetischem Material ersetzt werden kann.

Der O-Ring, der elastisch gegen die Drucklagerplatte 87 anliegt, kann außerdem durch einen X-Ring oder einen D-Ring mit anderem Profil ersetzt werden. Andererseits kann auch eine Druckfeder verwendet werden, wobei es in diesem Falle erforderlich ist, ein Dichtungsteil zwischen der Drucklagerplatte 87 und der Oberfläche der drehbaren Welle 1 anzuordnen.

Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend

läutert. Wenn die drehbare Welle 1 anhält, werden die einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Platten 85 und 87 gegeneinander gedrückt, und zwar aufgrund der Elastizität der Vielzahl von O-Ringen 92, so daß nur eine dünne Membran aus Ferrofluid 14 zwischen ihnen gebildet wird. Die Tiefe dieses Spaltes wird nicht größer als einige wenige ^im. Der Magnetfluß wird auf den Kantenbereich der Fischgrätennuten 85 konzentriert. Außerdem ist die Dichtungswirkung in der Lage, einen Druck von ungefähr 5 Atmosphärendrucken auszuhalten. Solange die drehbare Welle 1 anhält, ist der größte Teil des Ferrofluids 14 in den Reservenuten 85b und 85c gespeichert, und irgendwelche Leckundichtigkeiten nach außen werden verhindert. Wenn die drehbare Welle 1 ihre Rotation beginnt, wird das Ferrofluid 14 auf das Zentrum des Spaltes zwischen den beiden Platten 85 und 87 konzentriert, und zwar aufgrund der Pumpfunktion der Fischgrätennuten 85a. Solange die drehbare Welle mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit von ungefähr 10 bis 20 U/min rotiert, wird eine Schmiermittelmembran aus Ferrofluid 14 in ausreichendem Maße gebildet, so daß die beiden Platten gegeneinander gedreht werden und nicht in Kontakt stehen. Somit erfolgt kaum ein Verschleiß oder Abrieb der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Platten 85 und 87.

Während des Normalbetriebes der drehbaren Welle 1 erreicht der Druckwiderstand der Dichtung 5 bis 200 Atmosphärendrucke in Relation zu dem Innendruck einer zentralen Dichtungsoberfläche, und zwar aufgrund der Funktion der Fischgrätennuten 85a zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids 14. Dementsprechend kann die hier beschriebene Anordnung einen ausreichenden Dichtungseffekt erreichen, indem sie widerstandsfähig gegenüber den verschiedensten Drucken ist.

Fig. 20 zeigt ein vierzehntes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Doppeldichtungsanordnung vorgesehen ist, und zwar in Form von zwei einander gegenüberliegenden Dichtungsan-

Ordnungen, so daß der Druckwiderstand der Dichtung noch weiter gesteigert wird. In diesem Falle ist das Ferrofluid vollständig in einem Raum 9 4 zwischen der Doppeldichtungsanordnung und dem Gehäuse 84 eingefüllt und abgedichtet. Da die Fischgrätennuten 85a zur Erzeugung des dynamischen Druckes in Form eines spiralförmigen Musters gemäß Fig. 20(b) ausgebildet sind, kann das Ferrofluid 14 wegen ihrer Pumpwirkung auf den Raum 94 gerichtet werden.

Fig. 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Magnetscheibe oder Magnetplatte 85, auf deren Oberfläche eine Beschichtung 85x aus Kunstharz ausgebildet ist. Das Material der Magnetplatte 85 kann aus Stahl oder Kunststoff oder einem Magneten oder einer nicht-magnetischen Substanz bestehen. Die Beschichtung 85x, die vorzugsweise aus Kunststoff oder einem zusammengesetzten Kunststoffmaterial mit hoher Verschleißfestigkeit besteht, wird durch Einformen, Spritzgießen oder dgl. hergestellt. Dann werden die Fischgrätennuten 85a gleichzeitig hergestellt. Beispielsweise kann die Magnetplatte 85 aus einem in Polyaraidharz eingebauten Magneten bestehen, der 80 Gew.-% Bariumferritpulver, enthält. Andererseits kann die Beschichtung 85x aus einem Polyphenylsulfidharz bestehen, das 20 Gew,-% Kohlefasern enthält und dessen Dicke etwa 80 um beträgt.

Als Resultat hat die Anmelderin festgestellt, daß ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Magnetplatte 8 5 nahezu äquivalent dem der Beschichtung 85x ist. Die in der Beschichtung 85x ausgebildeten Fischgrätennuten 85a sind sehr dünn, d.h. sie haben eine Dicke von einigen 10 pm und besitzen eine ausreichende Fähigkeit, das Ferrofluid darin zu halten. Dementsprechend können die Verschleißfestigkeits- und Antikorrosions-Eigenschaften der Magnetplatte 8 5 weiter gesteigert werden.

Fig. 22 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Magnetplatte 85, deren Oberfläche als zickzackförmige, grobe

Oberfläche 95a ausgebildet ist, so daß die Beschichtung. 85x an dieser fest anhaften kann.

Fig. 23 zeigt ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Nachteil einer herkömmlichen Anordnung, z.B. gemäß Fig. 18, in Wegfall gebracht worden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel'ist zwischen der Oherflache des Dichtungsringes 71 und der Oberfläche des Einsatzes 70 der Dichtungsring 85 ausgebildet, auf dessen Oberfläche auch Fischgrätennuten 8 5a eingraviert oder eingearbeitet sind, um den dynamischen Druck des Ferrofluids zu erzeugen. Genauer gesagt, sind die Fischgrätennuten 85a in einer Harzmembran des Dichtungsringes 85 aus Polytetrafluorethylen durch Einformen ausgebildet. Somit ist die Oberfläche des Einsatzes 70 von der des Dichtungsringes 71 unter Verwendung des Ferrofluids separiert« Diese Dichtungsanordnung ist zum Abdichten einer drehbaren Welle 1, eines Kompressors oder einer Pumpe mit relativ großen Abmessungen geeignet.

Fig. 24 (a) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Magnetplatte 85, um einen ausreichenden Druckwiderstand der Dichtungsanordnung zu erzielen. Zur Erhöhung des Druckwiderstandes im Anhaltezeitpunkt der drehbaren Welle 1 ist nämlich zumindest ein kreisförmiger, abgeflachter Dichtungsbereich 85d ringförmig auf der Oberfläche mit dem Fischgrätenmuster ausgebildet. In. der Anordnung gemäß Fig. 24(a) sind drei kreisförmige abgeflachte Dichtungsbereich 85d vorgesehen. Obwohl die

^ow Magnetplatte 85 in der Richtung ihrer Dicke magnetisiert werden kann, wird bei der vorliegenden Ausführungsform auf der ebenen Oberfläche in einer mehrfachen ringförmigen Anordnung vorgenommen. Wenn unter diesen Umständen die drehbare Welle 1 anhält, wird der Dichtungseffekt auf der ebenen Oberfläche und gleichzeitig die Wirkung der Abdichtung von irgendwelchen kleinen Spalten unter Verwendung des Ferrofluids erhalten. Somit kann eine doppelte Dichtungsfunktion in einem großen Bereich erzielt

werden. In Fig. 24(b) ist ein Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 24(a) dargestellt, wobei die Anordnung der
flachen Bereiche 85d sowie die Magnetisierung der Anordnung dargestellt sind.
5

Fig. 25(a) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Magnetplatte 85, die einen weiter vergrößerten Druckwiderstand bei der Abdichtung besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den Fischgrätennuten 85a

noch Nuten 85e ausgebildet, um zu verhindern, daß die

abzudichtende Flüssigkeit nicht in die Fischgrätennuten 85a zur Erzeugung des dynamischen Druckes eindringt. Die zu diesem Zweck vorgesehenen Nuten 85e sind entweder am Außenumfang der Magnetplatte 25 oder an ihrem Innenumfang vorgesehen.

In diesem Falle sollte die Richtung der Fischgrätennuten 85a der Richtung der Nuten 85e entgegengesetzt sein. Außerdem sind die Nuten 85e in einem kleinen Abstand von den Reservenuten 85b und 85c angeordnet. Außerdem ist es wünschenswert, ein kreisförmiges, abgeflachtes oder flaches Teil 85f vorzusehen. Wie oben beschrieben, ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung zwischen der Magnetplatte mit den Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen

Druckes und der ihr gegenüberliegenden Drucklagerplatte das Ferrofluid eingefüllt, so daß sich die beiden Scheiben oder Platten gegeneinander drehen, ohne dabei in Berührung zu stehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die Dichtungsfunktion und die Lagerfunktion in wirksamer Weise in Radial- und Axialrichtung ausgeübt wird, werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 27 bis 29
erläutert, wobei in diesem Zusammenhang zunächst einmal

eine Erläuterung einer herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 26 erfolgen soll.

Ira allgemeinen werden zur Abdichtung einer drehbaren Welle O-Ringe, Wilson-Ringe etc. verwendet, aber ihr Nachteil besteht darin, daß eine Rotation der drehbaren Welle mit hoher Geschwindigkeit schwierig wird, ohne Schmieröl zuzuführen, und es können gewisse Leckundichtigkeiten oder Spritzer des Schmieröls auftreten. Aus diesem Grunde wird das Ferrofluid zur Abdichtung der drehbaren Welle verwendet.

Von einem theoretischen Standpunkt aus gewährleistet die Dichtungsanordnung unter Verwendung von Ferrofluid eine Hochgeschwindigkeitsrotation der drehbaren Welle und eine vollständige Abdichtung, ohne irgendein Schmieröl zuzuführen, auch unter Hochvakuumbedingungen mit 10 Torr. Dementsprechend ist die Anordnung sehr geeignet zur Abdichtung einer drehbaren Welle einer Vakuummaschine.

Fig. 26 zeigt einen Schnitt durch eine herkömmliche Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid. Das Bezugszeichen 95 bezeichnet einen Behälter, z.B. einen Vakuumbehälter, in den die Dichtungs- und Lageranordnung eingebaut ist. Das Bezugszeichen 96 bezeichnet ein Gehäuse, das luftdicht auf dem Behälter 95 montiert ist, in welchem die drehbare Welle 1 mittels Kugellagern 97 und 98 drehbar ist. Das Bezugszeichen 107 bezeichnet eine Dichtungsanordnung unter Verwendung von Ferrofluid, die in das Gehäuse 96 eingebaut ist. Die Dichtungsanordnung 107 weist einen Magnetring 99, einen nicht-magnetischen Ring 100, der mit ihm verbunden ist und der drehbaren Welle 1 direkt gegenüberliegt, sowie Polstücke 101 und 102 auf, die den Magnetring 99 und den nicht-magnetischen Ring 100 tragen. Die Bezugszeichen 103 und 104 bezeichnen 0-Ringe zur Abdichtung eines Spaltes zwischen dem Gehäuse 96 und den Polstücken 101 und

102.

Eine große Anzahl von Vorsprüngen 105a ist auf einer zylindrischen Hülse oder Buchse 105 ausgebildet, die an einer

ersten Oberfläche 1O1a und einer zweiten Oberfläche 102a der drehbaren Welle 1 befestigt ist. Das Ferrofluid 14 als Dichtungsmittel ist in einen Spalt 106 zwischen der drehbaren Welle 1 und der Dichtungsanordnung 107 eingeführt.

Dann wird es durch den zwischen den Polstücken 101 und und der großen Anzahl von Vorsprüngen 105 ausgebildeten Magnetfluß stark angezogen.

Der Druckwiderstand einer derartigen herkömmlichen An-Ordnung ist jedoch pro Stufe der Vielzahl von Vorsprüngen 105a sehr gering, d.h. er beträgt ungefähr 0,1 Atmosphärendruck. Dementsprechend ist zur weiteren Erhöhung des Druckwiderstandes eine mehrstufige Labyrinth-Dichtungsanordnung erforderlich. Außerdem muß der Magnetring 99 ^5 stark und mit großen Abmessungen ausgebildet werden. Infolgedessen wird der Aufbau der herkömmlichen Anordnung kompliziert und ihre Herstellungskosten sehr hoch. Zur Beseitigung dieser Nachteile von herkömmlichen Anordnungen sind gemäß der Erfindung spezielle Maßnahmen vorgesehen.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid folgende Bauteile auf: mindestens einen radialen Dichtungsring, der aus einem Paar von Magneten besteht, auf deren Innenoberfläche Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids ausgebildet sind; eine Drucklagerscheibe oder Drucklagerplatte, die integral oder zusammen mit der drehbaren Welle drehbar ist; und ein Paar von befestigten Dichtungsringen aus Magneten, die im Abstand von der drehbaren Welle angeordnet sind und den beiden Oberflächender Drucklagerplatte gegenüberliegen.

Das eine Bauteil von Drucklagerplatte und dem Paar von befestigten Dichtungsringen besteht aus einem Magneten, während das jeweilige andere Bauteil auf seiner Oberfläche mit den Fischgrätennuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids versehen ist. Mit der

^:- ■■·""■■' 330A623

oben angegebenen Dichtungsanordnung wird somit eine vollständige Dichtungswirkung realisiert.

Fig. 27(a) zeigt ein sechzehntes Ausführungsbeispiel gemaß der Erfindung. Dabei bezeichnen das Bezugszeichen einen radialen Dichtungsring und das Bezugszeichen 109 einen Druck- oder axialen Dichtungsring. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet eine magnetische Dichtungseinrichtung, die integral den radialen Dichtungsring 108, den axialen Dichtungsring 109 und das Ferrofluid 14 enthält.

Der radiale Dichtungsring 108 besteht aus einem Paar von in Kunststoff eingebauten Magneten, die die drehbare Welle 1 konzentrisch umgeben; auf seiner Innenoberfläche ist er mit Fischgrätennuten 111 zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids 14 versehen.

Der axiale Dichtungsring 109 weist eine Druck- oder Axiallagerplatte 112 und zwei Magneten 113 auf, die der Drucklagerplatte 112 gegenüberliegen und im Abstand von der drehbaren Welle 1 angeordnet sind. Die beiden Magneten 113 sind am Gehäuse 96 befestigt. Jeder Magnet 113 ist auf seiner Innenoberfläche, die der Drucklagerplatte gegenüberliegt, mit Fischgrätennuten 113a versehen, deren Tiefe ungefähr 20 bis 30 lim beträgt. Am jeweiligen Innen- und Außenumfang der Fischgrätennuten 113a sind, wie in Fig. 27(b) dargestellt, kreisförmige Nuten 113b und 113c zur Aufnahme des Ferrofluids 14 in Reserve vorgesehen. Der Magnet 113 wird in gleicher Weise wie oben beschrieben

hergestellt.

Die axiale Lagerplatte oder Drucklagerplatte 112 kann durch eine Platte aus weichem Stahl als Magnetmaterial ersetzt werden, so daß der gewünschte Magnetkreis erhalten wird. Die Anziehung des Ferrofluids ist nämlich stark, und der Druckwiderstand der Abdichtung wird vergrößert. Wenn andererseits die Drucklagerplatte 112 durch ein nicht-magnetisches Material, wie z.B. rostfreien Stahl,

ersetzt wird, wird das Start- oder Anfangsdrehmoment der drehbaren Welle 1 klein. Dementsprechend ist das Material der Drucklagerplatte 112 vom Betriebs- oder Benutzungszustand abhängig. Weiterhin ist es möglich, die Fischgrätennuten 113a und die Reserve-Nuten 113b und 113c zumindest auf einer Oberfläche der Drucklagerplatte 112 einzuarbeiten oder einzugravieren. Weiterhin kann die Drucklagerplatte 112 aus einem Magneten bestehen, während der Magnet 113 durch ein nicht-magnetisches Bauteil erjQ setzt werden kann. Schließlich kann das Profil der Nuten 113a ein spiralförmiges Muster haben.

Die Funktion der Dichtungs- und Lageranordnung gemäß der Erfindung wird nachstehend näher erläutert: Während der

j5 Zeit, wenn die drehbare Welle 1 anhält, wird das Ferrofluid 14 durch die Magnetkraft angezogen, so daß irgendwelche Leckagen, Leckundichtigkeiten oder Spritzer dieses Materials nach außen vollständig verhindert werden. Somit wird die Dichtungswirkung unter Verwendung des Ferrofluids 14 in radialer und axialer Richtung erzielt. In diesem Falle wird der Dichtungsspalt sehr klein, und die Magnetflußintensität des Kantenbereiches der Fischgrätennuten wird intensiviert. Somit wird der Druckwiderstand weiter vergrößert. Wenn die drehbare Welle 1 startet, wird das Ferrofluid 14 im Zentrum der Dichtungsoberfläche durch die Pumpfunktion der Fischgrätennuten 111 und 113a konzentriert. Sobald die drehbare Welle 1 mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit von 10 bis 20 U/min startet, wird eine ausreichende Schmiermittelmembran aus Ferrofluid 14 ausgebildet. Der Druckwiderstand während des Normalbetriebes der drehbaren Welle 1 erreicht 5 bis Atmosphärendrucke aufgrund des Druckes im Zentrum der Dichtungsoberfläche, was durch die Funktion der Fischgrätennuten 111 und 113a hervorgerufen wird. Somit gewährleistet die vorliegende Dichtungsanordnung eine vollständige Dichtungswirkung, die in der Lage ist, einen breiten Bereich von Drucken dicht auszuhalten, und zwar einschließlich einer Hochvakuumdichtung, einer unter hohem

Druck stehenden Dichtung etc. Auch wenn die drehbare Welle 1 mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wird das Ferrofluid vollständig durch die Magnetkraft angezogen, so daß jegliche Leckagen nach außen vollständig verhindert werden.

Fig. 28 zeigt ein siebzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Kugellager 97 der Anordnung gemäß Fig. 27 durch einen radialen Dichtungsring 108 ersetzt sind. Sobald die drehbare Welle 1 rotiert, wird ein hoher

IQ Druck des Ferrofluids aufgrund der Pumpfunktion der Fischgrätennuten 111 und 113a erzeugt. Die drehbare Welle 1 bewegt sich bei ihrer Rotation in radialer und axialer Richtung, ohne mit den beiden radialen Dichtungsringen 108 und dem axialen Dichtungsring 109 in Berührung zu

!5 kommen. Außerdem üben die radialen Dichtungsringe 108 und der axiale Dichtungsring 109 die Funktion von Lagern aus. Somit ist ihr Verschleiß sehr klein und es entstehen weder Spritzer des Ferrofluids noch starke Geräusche bei der Rotation.

Fig. 29 zeigt ein achtzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der radiale Dichtungsring 108 und der Druckoder axiale Dichtungsring 109 mit einem ringförmigen Lager 114 aus Kunststoff oder zusammengesetztem Kunststoff kombiniert sind. D.h., das Lager 114 besteht aus nichtmagnetischem Material. Der radiale Dichtungsring 108 ist in vier Ringe unterteilt und so angeordnet, daß er das Plastik- oder Kunststofflager 114 trägt. Der Innendurchmesser des Kunststoff-Lagers 114 ist etwas kleiner als der der radialen Dichtungsringe 108. Wenn dementsprechend die drehbare Welle 1 anhält, sitzt sie auf der Innenseite 114a des Kunststoff-Lagers 114. Somit berührt die drehbare Welle 1 die radialen Dichtungsringe 108 überhaupt nicht. Auf diese Weise kann die Verschleißfestigkeit des für die radialen Dichtungsringe 108 verwendeten Kunststoffmaterials geringer sein als die des radialen Dichtungsringes gemäß Fig. 28. Da außerdem die Oberfläche der drehbaren Welle 1 frei von irgendwelcher Reibung ist, und'

zwar durch ein im radialen Dichtungsring 108 enthaltenes Magnetpulver, ist dadurch die Beschädigung der drehbaren Welle 1 sehr gering. Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist für häufige Start- und Stopp-Vorgänge der

c drehbaren Welle 1 geeignet.

Die Struktur bzw. der Aufbau des axialen Dichtungsringes 109 gemäß Fig. 29 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 27 und 28. Das bedeutet, der axiale Dichtungsring 112

-,Q steht mit einer Schulter oder einem Kragen 115 in Eingriff, der an der drehbaren Welle 1 befestigt ist. Der axiale Dichtungsring 112 ist stets elastisch gegen den festen Dichtungsring 113 angepreßt, und zwar mittels einer Vielzahl von O-Ringen 116. Das Ferrofluid 14 ist

,p- vollständig in einen Raum 117 eingefüllt. Während der Zeit, wo die drehbare Welle 1 anhält, ist der axiale Dichtungsring 112 gegen den festen Dichtungsring 113 angedrückt, so daß die Anziehung durch die Magnetkraft des Ferrofluids weiter vergrößert wird, und der Druckwiderstand der Dichtung wird größer. Dabei wird nämlich ein Spalt zwischen den beiden Ringen 112 und 113 vollständig abgedichtet.

Fig. 30 zeigt ein neunzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine Dichtungsanordnung mit ausgezeichneter Dichtungswirkung in axialer Richtung angegeben ist. Eine Vielzahl von Kugellagern 120 ist zwischen der drehbaren Welle 1 und einem Gehäuse 119 angeordnet. Die drehbare Welle 1 ist in ihrem oberen Bereich an einer Hülse oder Buchse 121 befestigt,die einen magnetischen Dichtungsring

123 mittels Zapfen oder Stiften 122 trägt. Der Dichtungsring 123 liegt einem Dichtungsgehäuse 124 gegenüber, das in das Gehäuse 119 eingebaut ist. Das Dichtungsgehäuse

124 ist auf seiner Innenseite mit Polstücken 125, einem ringförmigen Magneten 126 und einem Dichtungsring 127 aus einem nicht-magnetischen Material, wie z.B. Aluminium, Kunststoff oder dgl., versehen. Die Polstücke 125 und der nicht-magnetische Dichtungsring 127 sind am Dich-

tungsgehäuse 124 befestigt. Das Ferrofluid ist fest und sicher innerhalb des Dichtungsgehäuses 124 gehalten.

Eine Vielzahl von Nuten 128 zur Erzeugung des dynamite sehen Druckes des Ferrofluids ist auf einer Oberfläche des Dichtungsringes 127 ausgebildet, jedoch können diese auch auf der einen Oberfläche des anderen Dichtungsringes 123 ausgebildet sein. Das Bezugszeichen 129 bezeichnet einen O-Ring. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein

jQ Magnetkreis in Richtung des Pfeiles gebildet, und ein hoher Druck wird auf die Dichtungsoberfläche der Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes durch Anziehung der beiden einander gegenüberliegenden Dichtungsringe 123 und 127 angelegt, so daß der gewünschte Dichtungs-

Ig effekt erreicht wird.

Wie oben angegeben, stellt die Dichtungsanordnung gemäß den Beispielen nach Fig. 26 bis 30 eine Kombination aus einem axialen Dichtungsring, einem radialen Dichtungsring und einem Magneten dar und verwendet eine das Ferrofluid bindende Magnetkraft sowie einen hohen dynamischen Druck durch Rotation und Zentrifugalkraft des Ferrofluids. Dementsprechend wird ein sehr hoher Dichtungseffekt erzielt. Weiterhin ist es möglich, eine kompakte Dichtungseinheit zu schaffen, welche die Dichtungsfunktion in radialer und axialer Richtung in zufriedenstellender Weise realisieren kann.

Le

erseite

Claims

Patentansprüche

1. Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Magnetkörper, der eine drehbare Welle konzentrisch umgibt und eine radiale Bewegung der drehbaren Welle verhindert, wobei der zylindrische Magnetkörper aus einem normalen Magneten oder einem in Kunststoff eingebauten Magneten bestehen kann, und durch ein Ferrofluid, das in einem Spalt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen des zylindrischen Magnetkörpers und der drehbaren Welle gehalten ist, wobei der zylindrische Magnetkörper auf seiner auf der drehbaren Welle gleitenden Oberfläche mit Nuten zur Erzeugung eines dynamischen Druckes des Ferrofluids versehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der zylindrische Magnetkörper aus einer Mischung aus einer magnetischen Substanz und einem Kunstharz besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnetkörper eine Kunststoff-Beschichtung und einen Magneten aufweist, wobei der zylindrische Magnet seine magnetische Wirkung auf das Ferrofluid durch die Kunststoff-Beschichtung ausübt.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnetkörper aus einem Paar von miteinander verbundenen Magneten besteht, wobei zwei Magneten jedes Paares mit Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferroflulds versehen sind und jeder Magnet Nuten mit spiralförmigem Profil besitzt, deren Richtung in entgegengesetzter Weise ausgebildet ist.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnetkörper 10 bis 70 Gew.-% Magnetpulver enthält und als Radiallager verwendet wird.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnetkörper ein Magnetpulver, 10 bis 60 Gew.-% Ver-. Stärkungsfasern, wie z.B. Kohlefasern, Glasfasern oder dgl.,und einen Füllstoff, wie z.B. Polytetrafluorethylen, Graphit oder dgl., enthält, wobei die Gesamtmenge an Magnetpulver, Verstärkungsfasern und

Füllstoff nicht mehr als 95 Gew.-% ausmacht. 35

7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnetkörper 70 bis 95 Gew.-% Magnetpulver enthält

-3-
und für Dichtungszwecke verwendet wird.

8. Dichtungs- und Lageranordnung unter Verwendung von Ferrofluid, gekennzeichnet durch eine Druck- oder Axiallagerplatte, die eine axiale Bewegung einer rotierenden Welle verhindert, eine Magnetplatte, die einer Druck- oder Axiallagerplatte gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Magnetplatte aus einem normalen Magneten oder einem in Kunststoff eingebauten Magneten besteht, wobei eines der beiden Bauteile von Axiallagerplatte und Magnetplatte an der drehbaren Welle befestigt ist und die beiden Platten die drehbare Welle konzentrisch umgeben,

ein Ferrofluid, das in einem Spalt gehalten ist, der zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Axiallagerplatte und der Magnetplatte ausgebildet ist,
wobei eines der beiden Bauteile von Axiallagerplatte und Magnetplatte an ihrer Oberfläche, die auf dem anderen Bauteil gleitet, mit Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids versehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Reserve-Nuten zur Aufnahme von Ferrofluid in

Reserve in der Nähe der Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids ausgebildet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetplatte 10 bis 70 Gew.-% Magnetpulver enthält und als Druck- oder Axiallager verwendet wird.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ^° gekennzeichnet, daß die Magnetplatte ein Magnetpulver, 10 bis 60 Gew.-% Verstärkungsfasern, wie z.B. Kohlefasern, Glasfasern oder dgl., und einen Füllstoff, wie z.B. Polytetrafluorethylen, Graphit oder dgl.

enthält, wobei die Gesamtmenge an Magnetpulver, Verstärkungsfasern und Füllstoff nicht mehr als 95 Gew.-% ausmacht.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetplatte 90 bis 95 Gew.-% Magnetpulver enthält und für Dichtungszwecke verwendet wird.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- oder Axiallagerplatte mit der drehbaren Welle in Eingriff steht und elastisch in axialer Richtung gedrückt ist, wobei die Magnetplatte der Axiallagerplatte gegenüberliegend angeordnet ist, daß das Ferrofluid zwischen den beiden einander gegenüberliegenden und aufeinander gleitenden Oberflächen der Axiallagerplatte und der Magnetplatte gehalten ist, und daß die Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids auf einer der Gleitoberflachen von Axiallagerplatte und Magnetplatte ausgebildet sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallagerplatte aus einem normalen Magneten oder einem in Kunststoff eingebauten Magneten besteht, während die Magnetplatte durch eine nicht-magnetische Platte ersetzt ist.

15. Anordnung nach einem oder mehrere der Ansprüche 8

^u bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetplatte an ihrem Außenumfang und/oder ihrem Innenumfang mit Nuten versehen ist, die in wirksamer Weise verhindern, daß eine abzudichtende Flüssigkeit nicht in die Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids eindringt.

16. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallager-

— 5—

platte mit der drehbaren Welle in Eingriff steht, während zwei Magnetplatten im Abstand von der drehbaren Welle angeordnet sind und den beiden Oberflächen der Axiallagerplatte gegenüberliegen, daß das Ferrofluid zwischen den jeweiligen einander gegenüberliegenden Gleitflächen von Axiallagerplatte und den beiden Magneten gehalten ist, und daß die Nuten zur Erzeugung des dynamischen Druckes des Ferrofluids an einer der Gleitoberflächen von Axiallagerplatte und den beiden Magnetplatten ausgebildet sind.