DE3447571A1 - Kompakte ferrofluiddichtungs- und radiallagervorrichtung - Google Patents
Kompakte ferrofluiddichtungs- und radiallagervorrichtungInfo
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Description
3U7571
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Ferrofluid-Dichtungs- und Radiallagervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
15
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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
-A-
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 (4)
- Kompakte Ferrofluiddichtungs- und RadiallagervorrichtungPatentansprücheKompakte 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 denzur 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.
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