DE3520594A1

DE3520594A1 - Sphaerische lager

Info

Publication number: DE3520594A1
Application number: DE19853520594
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Standard Magnet & Co GmbH
Current assignee: Standard Magnet & Co GmbH
Priority date: 1985-06-08
Filing date: 1985-06-08
Publication date: 1986-12-11

Description

Sphärische Lager
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager für die Rotoren von Elektromotoren oder Magnetkupplungen, bei denen der Luftspalt zwischen dem antreibenden Teil und dem Rotor auf der Oberfläche einer Kugel verläuft.
Derartige sphärische Antriebe werden in zunehmender Zahl im Pumpen-und Ventilatorbau eingesetzt. Der Läufer solcher Maschinen wird durch Magnetkräfte in seiner Lage gehalten und lediglich durch eine Lagerschale, die auf einer feststehenden Metallkugel gleitet, zentriert und gegen die axial gerichteten Kräfte des Magnetschubes abgestützt. Bei gewissen Ausführungsformen erfolgt die Abstützung durch eine an der Saugseite der Pumpe befestigte Kugel, die den Läufer entgegen der nagnetischen Wirkrichtung gegen den hydraulischen Schub abstützt. In beiden Fällen besteht das Bedürfnis dass der Läufer jeweils auch in der entgegengesetzten Richtung in seiner Lage gehalten wird. Bei Elektromotoren ist dies z.B. erforderlich, weil der magnetische Schub sofort entfällt, wenn der Strom abgeschaltet wird, während der hydraulische Schub aber erst mit abnehmender Drehzahl abklingt.
Der Nachteil der sphärischen Lagerung, bei der einer der Gleitpartner eine Metallkugel ist, liegt darin begründet, dass sich auf der Oberfläche der Kugel im Gegensatz zu zylindrischen Wellen kein tragender Schmierfilm ausbildet, so dass ständig Halbtrockenreibung herrscht. Damit entscheidet die Lösung der Forderung nach Gleitpartnern, die fast keinen Verschleiss verursachen und bei denen sich kein "Lagerf ressen" stellen kann (was bei Metallen immer eine Gefahr bildet), über die technische Verwendbarkeit sp nacischer Antriebe. Es ist bekannt, dass Hartstoffe auf der Basis von Metalloxiden oder Karbiden wegen des ausserordentlich hochliegenden Schmelzpunktes ein Lagerfressen sicher ausschliessen. Bei diesen Werkstoffen lassen sich auch kleinste Rauhtiefen und damit höchste Oberflächenqualitäten verwirklichen. Wegen des geringen Ausdehnungscjuotienten haben sie ferner eine höhere Formtreue und ausserdem eine bessere Benetzbarkeit als Metallkugeln. Vor allem aber sind diese Hartstoffe chemisch inaktiv, überziehen sich also nicht mit Metalloxiden oder anderen Metallverbindungen, wie dies bei Metallen unvermeidlich ist. Schliesslich sind sie durch abrasive Flüssigkeitsbeimischungen, s.B. durch Sand nicht ritzbar, behalten deshalb auch bei der Förderung von Schmutzwasser die unbeschädigte Gleitfläche.
Hartstoff-Keramikkugdn weisen andererseits den grossen Nachteil auf, dass sie weder durch Löten noch durch Schweissen mit dem tragenden Konstruktionselement verbunden werden können. Sie können andererseits auch nicht mit ökonomischen Verfahren mit Bohrungen zur formschlüssigen Befestigung der Kugel hergestellt werden.
Die Erfindung weist einen Weg, wie die sonst so vorteilhaften Hartstoffkugeln dennoch eingesetzt werden können. Gemäss der Erfindung wird die Keramikkugel von einer Metallkapsel eingefasst, deren Rand parallel zum Kugelaequator verläuft, über diesen aber noch um einen kleinen Betrag übergreift. Dieser Rand ist vorteilhaft gezahnt ausgeführt, so dass er die aus weicherem Werkstoff bestehende, verschleissuntenvorfene Lagerschale anfräst, sobald die Lagerschale einen entsprechenden axialen Verschleissweg zurückgelegt hat. Hierdurch wird verhindert, dass die Lagerschale sich nach entsprechendem Verschleissweg auf dem Rand der Metallkapsel abstützt.
Die Erfindung soll anhand von Figuren erläutert werden: Figur 1 zeigt ein Einbaubeispiel des Lagers in eine Kreiselpumpe mit sphärischem Aufbau.
Figur 2 zeigt in vergrösserter Ausführung den eingekreisten Bereich gemäss Figur 1.
Figur 3 zeigt eine alternative Verbindung zwischen der Metallkapsel und der Lagersäule.
Figur 1 zeigt den Motor 1 der über die Welle 2 den antreibenden Magneten 3 antreibt. Dieser überträgt das Drehmoment auf den Läufer 4 der durch die Trennwand 5 vom antreibenden Magneten 3 getrennt ist. Das Schaufelrad 6 mit den Schaufeln 7 und dem Nabenkörper 8 ist mit dem angetriebenen Magneten 3 unlösbar verbunden.
Die Lagerschale 9 rotiert relativ zur Kugel lo, die ihrerseits auf der Lagersäule 11 befestigt ist. Durch den konischen Ring 12 wird die Laufradmagneteinheit 6,7,4 daran gehindert, dass der Rotor in Richtung des Pfeiles 13 auswandern kann, wenn der hydraulische Schub, zu gross ist.
Figur 2 zeigt den vom Kreis 14 in Figur 1 umschlossenen Bereich des Lagers. Die Hartstoffkugel 10 ist durch eine metallische Kapsel 15 eingefasst, deren Rand 16 um einen kleinen Betrag hinterschneidend über den Aequator 17 hinübergreift. Der Fussbereich 18 weist einen geringen Hinterschnitt auf, so dass er mit der Lagersäule 11 unlösbar verbunden ist. Die Lagerschale 9 gleitet auf der keramischen Oberfläche der Kugel 10 während das Rücklager 19 dessen zur Kugel weisende Ringfläche einen kleineren Durchmesser hat, als die Kapsel 15, einen kleinen Spalt 20 mit dem sphärischen Oberflächenbereich der Kapsel 15 bildet. Der Rand 16 weist Zähne 2 1 auf, die im Rahmen des betriebsmässig sich einstellenden Schwenkwinkels eine Rille 22 in der Lagerschale erzeugen. Hierdurch wird verhindert, dass die Lagerschale mit zunehmendem Verschleiss auf dem Rand 16 der Kapsel 15 aufsitzt, wodurch der Läufer am Taumeln gehindert würde.
Figur 3 zeigt die Kugel 10 mit der Kapsel 30, die auf der Lagersäule 31 durch eine Punktschweissung 32 befestigt ist.
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Claims

Patentansprüche Anspruch 1 Lager für eine Umlaufmaschine, bei welcher der Läufer durch magnetische Kräfte von einem ein Drehfeld erzeugenden Element angetrieben wird und wobei der Magnetspalt zwischen dem antreibenden Element und dem angetriebenen Läufer auf einem Kugel mantel verläuft, bei dem ferner betriebsmässig axial gerichtete Kräfte auf den Läufer wirken, die durch eine umlaufende Lagerschale auf eine Kugel, welche mit feststehenden Bauelementen über eine Lagersäule fest verbunden ist, übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (10) aus einem nichtmetallischen Hartstoff besteht und von einer metallischen Kapsel (15), die bis über den equator der Kugel (10) hinausreicht, eingefasst ist, und dass die metallische Kapsel (15) unlösbar mit der Lagersäule (11, 31) verbunden ist.

Anspruch 2 Lager für eine Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kapsel (15, :30) einen konvexen sphärischen Bereich aufweist, dessen äussere Oberfläche mit einem Rücklager (19) dessen zur Kugel weisender Ringbereich einen kleineren Durchmesser hat als der Durchmesser der Kapsel (15, 30) einen engen Spalt (2G) bildet.

Anspruch 3 Lager für eine Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (16) der metallischen Kapsel Zähne (21) aufweist.