DE3447571A1

DE3447571A1 - Kompakte ferrofluiddichtungs- und radiallagervorrichtung

Info

Publication number: DE3447571A1
Application number: DE19843447571
Authority: DE
Inventors: Kuldip Merrimack N.H. Raj
Original assignee: Ferrofluidics Corp
Current assignee: Ferrofluidics Corp
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1985-07-04
Also published as: JPS60139913A; GB8432206D0; GB2152156B; US4531846A; GB2152156A

Description

3U7571

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ferrofluid-Dichtungs- und Radiallagervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Einstufige, zweistufige oder mehrstufige Ferrofluiddichtungen werden bereits zur Bildung von einem oder mehreren dichtenden Ferrofluid O-Ringen um eine Welle erfolgreich eingesetzt, um die Welle oder das Wellenstück abzudichten.

Ferrofluiddichtungen sind häufig bei Lagern zweckmäßig, um zu verhindern, daß Schmiermittel in Bereiche gelangt, die frei von Verunreinigungen sein müssen. Solche Ferrofluiddichtungen, die in Verbindung mit Lagern verwendet werden, sind üblicherweise Abschlußdichtungen, d.h. sie brauchen lediglich Gasdrücken von 12,5 bis 62,5 cm Wassersäule standzuhalten.

Lager werden für sich drehende Wellen benötigt, und zwar um diese mit geringer Reibung zu halten. Normalerweise sind solche Lager oder Lagervorrichtungen Radiallager oder Axiallager, wobei insbesondere die Radiallager bewegbare Teile wie Wälzkörper enthalten, die zwischen inneren und äußeren Laufringen von einem Käfig gehalten werden. Ferrofluide wurden im ferrohydrodynamischen, reibungsarmen Wälzlagern verwendet, bei denen

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die Wälzkörper in geeigneter Weise magnetisiert sind, um ein magnetisches Kraftfeld zu schaffen, welches das ferrofluidische Schmiermittel oder das Ferrofluid in dem Lager festhält, wie dies beispielsweise in der US-PS

3 746 407 beschrieben ist.
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Häufig werden Lagervorrichtungen und Ferrofluiddichtungsvorrichtungen an Stellen verwendet, an denen wenig Raum zur Verfügung steht, beispielsweise in Verbindung mit

kleinen Hochgeschwindigkeitswellen oder Spindeln, bei-10

spielsweise für Computerplattenantriebe, Textilindustrie-Spindeln o.a.. Es ist daher zweckmäßig, eine kompakte, zusammengesetzte Ferrofluiddichtungs- und Radiallagervorrichtung zu schaffen, bei der die Radiallagervorrichtung

eine Welle trägt und bei der die Welle in geeigneter 15

Weise durch eine Ferrofluid-Abschlußdichtung abgedichtet ist.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte,

kompakte Ferrofluiddichtungs- und Lagervorrichtung zu 20

schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dadurch wird eine kompakte, zusammengesetzte Ferrofluiddichtung und Radiallagervorrichtung geschaffen, die für Computerplattenantriebe geeignet ist und bei der ein einstufiger Permanentmagnet verwendet wird, dessen

magnetische Feldlinien durch die Bauteile der Radiallager-30

vorrichtung verlaufen und dessen Pole sich radial gegenüberliegen.

Die erfindungsgemäße kompakte, zusammengesetzte Ferrofluiddichtungs- und Radiallagervorrichtung bildet für eine 35

sich drehende Welle eine Perrofluiddichtung und ein Radiallager; sie ist dabei sehr kompakt und kann daher an Stellen verwendet werden, an denen wenig Platz zur Verfugung steht, also beispielsweise bei Computerplattenantrieben.

Die erfindungsgemäße kompakte Ferrofluiddichtungs- und Lagervorrichtung weist ein Radiallager mit Innenring und Außenring, mit einer Anzahl von Wälzkörpern, beispiels-

-J₀ weise Kugeln, und mit einem die Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem Außenring haltenden Käfig auf. Innenring und Außenring können sich relativ zueinander drehen, wobei der Innenring beispielsweise auf einer Welle befestigt ist. Die Lagervorrichtung sollte magneti-

-I5 sierbare Innen- und Außenringe und ebenfalls magnetisierbare Wälzkörper besitzen, wobei gegebenenfalls auch der Käfig magnetisierbar sein soll, damit die Magnetflußlinien durch die Lagervorrichtung verlaufen.

Die Lagervorrichtung weist typischerweise ein ferrofluidisches Schmiermittel oder ein anderes Schmiermittel auf, das für den reibungsarmen Betrieb der drehbaren Welle erforderlich ist; dieses Material muß jedoch durch die Verwendung einer ferrofluidischen O-Ring-Abschlußdichtung zwischen einem verunreinigungsfreien Bereich und der Lagervorrichtung daran gehindert werden, in den verunreinigungsfreien Bereich einzutreten.

Die in der Lagervorrichtung angeordnete Ferrofluid-Dichtungsvorrichtung für die Bildung einer kompakten, zusammengesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Ferrofluid-Dichtungsvorrichtung auf, die zwischen den Innenring und dem Außenring in geringem Abstand zu den Wälzkörpern an der zwischen dem Lager und der verunreinigungsfreien Umgebung eingesetzt ist.

Die Ferrofluid-Dichtungsvorrichtung weist einen radial gepolten ringförmigen Permanentmagneten auf, beispielsweise einen Permanentmagneten mit Nylon oder Kunststoff, oder einen aus ferromagnetischem Material gebildeten Magneten mit einem ersten und einem zweiten Ende. Das erste Ende des radial gepolten Endes erster Polarität des Permanentmagneten liegt an der Innenwand des Außenrings und berührt diese in einer zweckmäßigen Ausführung mit der ganzen Breite seiner Polfläche erster Polarität, so daß die Magnetflußlinien in den Laufring eintreten und der radial gepolte ringförmige Permanentmagnet nicht nur als Magnet, sondern auch als einstückiges Polstück für die Bildung einer einstufigen Ferrofluxddichtung wirkt. Das zweite Ende zweiter Polarität des Permanentmagneten liegt in der Nähe der Außenfläche des Innenrings und bildet mit diesem einen Radialspalt von beispielsweise 0,03 bis 0,18 mm. In einer anderen Ausführung berührt der ringförmige Permanentmagnet den Innenring und bildet gegenüber dem Außenring einen Radialspalt mit den zuvor erwähnten Abmessungen.

Ein Ferrofluid wird in dem derart gebildeten Radialspalt von den Magnetflußlinien des ringförmigen Permanentmagneten gehalten, und zwar unter dem einen Magnetpol des Permanentmagneten. Wie bereits erwähnt, kann der Radialspalt zwischen dem Permanentmagneten und der Außenfläche des Innenrings oder der Innenfläche des Außenrings gebildet sein, um eine einstufige Abschlußdichtung zu ergeben. Der Magnet wird dicht an den Käfig und damit in die Nähe der Wälzkörper gebracht und außerdem in geringem Abstand zu der zu schützenden Umgebung angeordnet, damit der Eintritt von Verunreinigungsteilchen in die verunreinigungsfreie Umgebung verhindert wird.

Im Betrieb verlaufen die Magnetflußlinien des ringförmigen

Permanentmagneten durch· den Permanentmagneten, durch den Innenring und den Außenring sowie über den das Ferrofluid enthaltenden Radialspalt und schließlich auch durch die Wälzkörper, um geschlossene Kraftlinien zu ergeben. Hierzu müssen alle oder zumindest einige der Bauteile des Lagers magnetisierbar sein, um geschlossene magnetische Kraftlinien zu ergeben. Anstelle einer einstufigen Dichtung kann auch eine mehrstufige Dichtung aus separaten Ferrofluid-O-Ringen in dem Radialspalt des Permanentmagneten gebildet sein, um eine zweistufige oder mehrstufige Dichtung zu ergeben und um eine Druckdichtung zu bilden. Im Radialspalt können der Permanentmagnet und/oder die ihm zugewandte Laufringfläche mit Nuten oder Schneiden versehen sein, um eine mehrstufige Ferrofluiddichtung zu bilden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert, letztere zeigt:

Eine einstufige, kompakte, zusammengesetzte Ferrofluiddichtungs- und Lagervorrichtung 10 sitzt auf einer drehbaren Welle 12 und weist einen Innenring 14 auf, der auf der Welle 12 befestigt ist und sich mit dieser dreht. Im Abstand dazu ist ein Außenring 16 angeordnet, der mit dem Innenring 14 Wälzkörper darstellende Kugeln 18 einschließt. Ein Käfig 20 hält die Kugeln 18 zwischen den beiden Ringen im Abstand zueinander. Der Innenring 14, der Außenring 16 und die Kugeln 18 bestehen aus magnetisierbarem Material, beispielsweise aus einem magnetisierbaren Metall oder einem magnetisierbaren Kunststoff wie Nylon mit eingeschlossenen Magnetteilchen. In geringem Abstand zu den Kugeln 18 und dem Käfig 20 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 22 angeordnet, der in radialer Richtung Pole unterschiedlicher Polarität aufweist,

wobei beispielsweise der Nordpol N näher zur Welle 12 und der Südpol S von der Welle 12 entfernter ist. Der Permanentmagnet 22 liegt mit einer Polfläche eng dichtend an der Innenfläche des Außenrings 16, während die gegenüberliegende Polfläche des Permanentmagneten 22 einen Radialspalt von 0,06 bis 0,18 mm Höhe gegenüber der Außenseite des Innenrings 14 bildet, in dem sich ein Ferrofluid 24 befindet, um eine einstufige Ferrofluid-Abschlußdichtung zu bilden. Die Ferrofluiddichtungsvorrichtung ist zwischen die Lagervorrichtung 10 und einem verunreinigungsfreien Bereich 30 eingesetzt, der durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Der Bereich 30 enthält einen Computerplattenantrieb 26, der auf einem Ende der Welle 12 befestigt ist und Computerplatten 28 trägt, die im Betrieb vor

-I5 Verunreinigungen zu schützen sind.

Die magnetischen Kraftlinien sind vom Permanentmagneten 22 ausgehend als gestrichelte Linien angedeutet und verlaufen durch das Ferrofluid 24 im Radialspalt, durch den Innenring 14, durch die Kugeln 18 und durch den Außenring 16 zum Permanentmagneten 22 zurück. Dabei bildet der Permanentmagnet 22 eine einstufige Ferrofluiddichtung und stellt gleichzeitig ein Polstück dar, das in direktem Kontakt mit dem Außenring 16 steht.

Claims

Kompakte Ferrofluiddichtungs- und Radiallagervorrichtung

Patentansprüche

Kompakte Ferrofluiddichtungs- und Radiallagervorrichtung zur Bildung einer Ferrofiuiddichtung und einer Radiallagerung für eine drehbare Welle, mit einem Radiallager, das einen auf der Welle (12) befestigten Innenring (14), einen im Abstand dazu angeordneten Außenring (16) und dazwischen liegende Wälzkörper (18) aufweist, die von einem Käfig (20) gehalten sind, und mit einem die Welle (12) umgebenden ringförmigen Permanentmagneten (22), der gegenüber der Welle (12) und/oder einem Gehäuse mindestens einen Ferrofluid (24) enthaltenden Radialspalt zur Abdichtung des Lagers (10) gegenüber einer vor Verunreinigungen zu schützenden Umgebung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) zwischen den Innenring (14) und den Außenring (16) eingesetzt ist und mit einer Polfläche an dem Außenring (16) oder dem Innenring (14) anliegt, mit seiner radial gegenüberliegenden anderen Polfläche hingegen den

zur Aufnahme von Ferrofluid (24) dienenden Radialspalt gegenüber dem Innenring (14) oder dem Außenring (16) bildet und daß das Lager (10) in seinen wesentlichen Teilen für magnetische Kraftlinien durchlässig ist, so daß ein geschlossener Kraftlinienzug von dem Permanentmagneten (22) durch den Radialspalt durch den Innenring (14), durch die Wälzkörper (18), durch den Außenring (16) und zurück zum Permanentmagneten (22) entsteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Radialspalt eine einstufige O-Ring Ferrofluidabschlußdichtung gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß eine Anzahl von Radialspalten zwischen dem Permanentmagneten (22) und dem Innenring (14) oder dem Außenring (16) zur Bildung einer mehrstufigen Ferrofluiddichtung gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) in der Lagervorrichtung (10) an der dem zu schützenden Bereich (30) zugewandten Seite der Wälzkörper (18) angeordnet ist.