DE3741451A1

DE3741451A1 - Hydrostatisches lagersystem

Info

Publication number: DE3741451A1
Application number: DE19873741451
Authority: DE
Inventors: Sousuke Kawashima
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3741451C2; US4809354A

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lager system mit einer Welle, einem hydrostatischen Lager mit Flüssigkeitskammer, an dem Teil, der der Welle gegen überliegt, zum hydrostatischen Halten einer ferromagne tischen Flüssigkeit und mit einer Einrichtung zum Ab dichten der beiden axialen Seiten der Kammer, wobei die Einrichtung relativ zu jeder der Seiten beweglich ist.

Aus dem US-Patent 34 39 961 ist ein sogenanntes bifluides hydrodynamisches Lager bekannt, bei dem ein Hochdruckgas als hydrostatisches Gas verwendet wird und das unter hohem Druck stehende Betriebsgas durch ma gnetische Anziehung einer ferromagnetischen Flüssigkeit, die feine Ferritpartikeln enthält, mittels einer Magnet spule gehalten wird.

Ein anderes bekanntes Lager ist so aufgebaut, daß ein Entweichen des Betriebsöls dadurch verhindert wird, daß ein Druckgleichgewicht zwischen dem Betriebsöl und der Dichtungsflüssigkeit in der Weise aufrechterhalten wird, daß die Außeneinrichtungen nicht kontaminiert werden, die ferromagnetische Flüssigkeit in dem Öl ein gefangen ist, wenn das Betriebsöl durch eine Rückgewin nungsnut gesammelt und zu einem Öltank zurückgeleitet wird oder wenn es unvermeidbar ist, daß das Öl, das einen Schmierfilm an der Oberfläche der Drehwelle bil det, die Möglichkeit hat, aus dem Lagersystem auszutre ten, wodurch es jedoch unmöglich wird, das hydrostati sche System gegenüber der Außenatmosphäre abzuschließen. Zusätzlich zeigt sich dabei ein weiteres Problem derart, daß eine Luftabdichtung für solche Anlagen nicht ange wandt werden kann, in denen Halbleiter hergestellt wer den, insbesondere wird dabei die im Vakuum ausgeführte Belichtung in derartigen Anlagen beeinträchtigt.

Es wurde auch schon in Betracht gezogen, mechani sche Dichtungen anstelle von Luftdichtungen einzusetzen, mit der Absicht, die voranstehenden Nachteile zu ver meiden, jedoch ist bei diesen mechanischen Abdichtungen unvermeidlich, daß eine bestimmte Luftmenge rings um die Dichtung in der Ölrückgewinnungseinrichtung als ein schockabsorbierendes Medium vorhanden ist, um die Ab dichtfunktion der Vorrichtung aufrechtzuerhalten, wenn der hydrostatische Druck ausgelöst wird, zu Zeiten von Laständerungen und gegen thermische Expansion und daher ist es ebenso unvermeidlich, daß ein geringer Anteil von Dichtgas austritt.

Wälzlager anstelle von hydrostatischen Lägern können gleichfalls in Betracht gezogen werden, jedoch erfordern derartige Läger Schmierfette als Schmiermit tel, und das in dem Schmiermittel enthaltene Fett kann verdampfen und dadurch die Außenatmosphäre kontaminie ren.

Das in dem US-Patent 34 39 961 beschriebene Lager ist so konstruiert, daß das Hochdruckgas durch eine ferromagnetische Flüssigkeit abgedichtet wird, jedoch kann ein derartiges Lager wegen der hohen Kompressibi lität des Hochdruckgases, das als hydrostatisches Medium verwendet wird, im Vergleich zu einer Flüssigkeit, nicht eingesetzt werden, da es für ein derartiges Lager unmög lich ist, das Hochdruckgas während des Laufens zu er gänzen, so daß das Lager seine Funktion als ein hydro statisches Lager nicht erfüllen kann, wen ein bestimm ter Betrag des Hochdruckgases infolge einer langen Betriebsperiode ausgetreten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, Nachteile bekannter Lagersysteme zu vermeiden und ein hydrostatisches Lager system unter Einsatz einer nichtkompressiblen ferroma gnetischen Flüssigkeit als die Arbeitsflüssigkeit zu schaffen, bei dem ein Austreten der ferromagnetischen Flüssigkeit aus dem Lagersystem weitgehend verhindert wird.

Im Rahmen dieser Aufgabe soll auch ein hydrostati sches Lager mit einer ferromagnetischen Flüssigkeit ge schaffen werden, bei dem die Antriebswirksamkeit der ferromagnetischen Flüssigkeit durch eine geeignete An triebseinrichtung für die Rückführung der ferromagneti schen Flüssigkeit zu einer Flüssigkeitskammer des Lagers an einem Teil, der einer Rückgewinnungsnut gegenüber liegt, verbessert wird.

Die voranstehende Aufgabe der Erfindung wird durch ein hydrostatisches Lagersystem der eingangs beschriebe nen Art in der Weise gelöst, daß Rückgewinnungsnuten an den beiden axialen Seiten der Kammer zum Sammeln der aus der Flüssigkeitskammer austretenden ferromagnetischen Flüssigkeit angeordnet sind, daß eine magnetische Dich tung an dem Teil angebracht ist, aus dem die ferroma gnetische Flüssigkeit austritt, daß ein umlaufender Durchgang zum Zirkulieren der ferromagnetischen Flüs sigkeit zwischen den Rückgewinnungsnuten und der Flüs sigkeitskammer und eine Antriebseinrichtung in der Mitte des Durchgangs vorhanden sind, die die ferromagnetische Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer treibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das hydrostatische Lagersystem mit einer Welle und einem um die Welle herum angeordneten hydrostatischen Lager ausgerüstet, ferner mit einer oder mehreren Flüssigkeits kammern an dem Teil, der der Welle gegenüberliegt, zum hydrostatischen Halten einer ferromagnetischen Flüssig keit und einer Einrichtung zum Abdichten der beiden axialen Seiten der Kammer, wobei die Einrichtung relativ zu jeder der Seiten beweglich ist, und zeichnet sich dadurch aus, daß das hydrostatische Lager Rückgewinnungs nuten zum Sammeln der aus den Kammern herausgedrückten ferromagnetischen Flüssigkeit aufweist, daß ein umlau fender Durchgang die Rückgewinnungsnuten und die Kammern verbindet, daß eine Antriebseinrichtung für den Antrieb der ferromagnetischen Flüssigkeit axial zu einem Seiten teil der Rückgewinnungsnut und eine magnetische Dich tungseinrichtung an dem Teil angeordnet sind, aus dem die ferromagnetische Flüssigkeit herausgedrückt wird, daß die Antriebseinrichtung aus einer flexiblen Membran, die eine Seitenwand der Rückgewinnungsnut bildet, und einer Anzahl von Antriebsringteilen besteht, die konzen trisch auf die Welle aufgesteckt sind und die an der Außenseite der flexiblen Membran der Rückgewinnungsnut so anliegen, daß sie axial und hin- und herbewegbar sind und daß eine Einrichtung, die den Fließwiderstand der ferromagnetischen Flüssigkeit ändert, an dem Verbindungs endstück des umlaufenden Durchgangs zu der Rückgewin nungsnut nahe den Antriebsringteilen angeordnet ist.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Lagerungsfunktion bei dem statischen Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit, die in der Flüssigkeits kammer enthalten ist, erreicht wird, da die mit einem vorgegebenen Druck zugeführte ferromagnetische Flüssig keit der Flüssigkeitskammer zwischen der Welle und dem Lager eingespeist wird. Von Vorteil ist des weiteren, daß ein Entweichen der magnetischen Flüssigkeit nach außen mit großer Sicherheit durch die magnetische Dich tung verhindert werden kann, die an den beiden axialen Seiten, nämlich dem äußersten Ende der Flüssigkeitskam mer angeordnet ist. Da sowohl der umlaufende Durchgang als auch die Antriebseinrichtung innerhalb des Lagers angeordnet sind, kann die Transportlänge der magneti schen Flüssigkeit gekürzt werden, so daß eine verrin gerte Menge an magnetischer Flüssigkeit für das Lager system erforderlich ist.

Diese Vorteile gelten auch für die weitere Aus führung der Erfindung, nämlich daß die Lagerungsfunktion bei dem statischen Druck der in der Flüssigkeitskammer enthaltenen ferromagnetischen Flüssigkeit erreicht wird, da die Magnetflüssigkeit mit einem vorgewählten Druck, bestimmt durch die Antriebseinrichtung, der Flüssigkeits kammer zugeführt wird, die sich zwischen einer Führungs welle und dem Lager erstreckt. Ebenso kann ein Austreten der Magnetflüssigkeit mit großer Sicherheit mittels der magnetischen Dichtung verhindert werden, die an den bei den axialen Seiten, nämlich dem äußersten Ende der Flüssigkeitskammer angeordnet ist. Da die Antriebsein richtung für die Rückführung der magnetischen Flüssig keit in die Flüssigkeitskammer so angeordnet ist, daß sie den Rückführungsnuten gegenüberliegt, kann die Fläche für das Anlegen des Druckes durch die Antriebseinrichtung größer ausgeführt werden und dadurch die Antriebswirksam keit der Flüssigkeit verbessert werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zeich nerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher be schrieben. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht von rechts nach Fig. 1,

Fig. 3 im Schnitt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 im Schnitt eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht entlang der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 6 bis 8 Seitenansichten und Abwandlungen der Antriebseinrichtung, die in den Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt wird,

Fig. 9 eine Seitenansicht im Schnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Antriebseinrichtung, die in der vierten Ausführungsform der Erfindung angewandt wird,

Fig. 11 eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Antriebseinrichtung, und

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Lagers gemäß dem Stand der Technik.

Bevor die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden, wird zunächst auf Fig. 12 Bezug genommen, die ein herkömmliches Lager wiedergibt, bei dem eine Drehwelle 2 innerhalb eines hydrostatischen Lagers 1 befestigt ist. Die Innenfläche des hydrostati schen Lagers 1 ist mit einer Ölkammer 3 ausgestattet, die mit Betriebsöl und einem vorgegebenen Druck versorgt wird. Eine kreisförmige Rückführungsnut 4 ist an den beiden axialen Enden des Lagers angeordnet und ist um eine vorgegebene Distanz von der Ölkammer 3 beabstandet. Des weiteren ist ein Paar von Dichtungsnuten 5, von denen jede an einem der beiden axialen Enden des Lagers ange ordnet ist, vorhanden. Die Ölkammer 3 wird mit einem Betriebsöl von einer äußeren Ölpumpe 7 durch einen Ein laßkanal 6 versorgt, und das Betriebsöl, axial aus der Ölkammer 3 herausgedrückt, wird von der Rückführungs nut 4 aufgefangen und einem Öltank 9 über einen Auslaß kanal 8 zugeführt. Die Dichtungsnut 5 wird mit einem hydrostatischen Dichtungsgas von einer unter Druck stehenden Dichtungsgasquelle 10 über ein Druckregelven til 11 und einen Kanal 12 beaufschlagt, so daß ein Aus tritt des Betriebsöls, das aus der Rückführungsnut 4 herausgedrückt wird, verhindert wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Schnittansichten der ersten Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen ist mit der Bezugszahl 1 ein hydrostatisches Lager und mit der Bezugszahl 2 eine Welle belegt, die drehbar und verschiebbar auf der Innenwand des hydrostatischen Lagers 1 angeordnet ist.

Das hydrostatische Lager 1 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 21 aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise Nichteisenmetalle oder Legierungen oder einem Kunststoffmaterial und hat einen Durchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 2 ist.

Im Mittelteil auf der Innenfläche des Gehäuses 21 ist eine Flüssigkeitskammer 22 angeordnet, gebildet durch Ausschnitte, zum hydrostatischen Halten einer ferromagnetischen Flüssigkeit, welche die Betriebsflüs sigkeit ist, an vier Abschnitten der inneren Umfangs fläche des Gehäuses und in einer Weise, daß zwei der Kammern, die ein Paar bilden, so angeordnet sind, daß sie einander in der x- und y-Richtung gegenüberliegen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß sich die vier Abschnit te der Flüssigkeitskammer 22 kreuzweise gegenüberliegen.

Eine geeignete verwendbare ferromagnetische Flüs sigkeit ist beispielsweise eine Art von Kolloidflüssig keit, die so hergestellt wird, daß feine Magnetpartikel wie beispielsweise Ferritpartikel in eine Trägerflüssig keit stabil feinstverteilt werden. Eine derartige ferro magnetische Flüssigkeit verhält sich so, als ob die Flüssigkeit selbst magnetische Eigenschaften besitzt, ohne daß es zu einem Koagulieren oder Ausfällen der Ferritpartikel im Schwerfeld oder in einem Magnetfeld kommt.

Die beiden axialen Enden der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 21 sind mit Magnetdichtungen 23 L und 23 R ausgestattet. Jede dieser Magnetdichtungen 23 L und 23 R besteht aus einem kreisförmigen Permanentmagneten 24, der so magnetisiert ist, daß der N-S-Pole in Axialrichtung und ein Paar von Magnetjoche 25 a und 25 b aufweist, von denen je eines an dem entsprechenden axialen Ende jedes Magneten 24 befestigt ist. In diesem Fall ist der Innen durchmesser der Magnetjoche 25 a und 25 b so ausgewählt, daß er geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 2 ist. Wie später noch beschrieben wird, wird die ferromagnetische Flüssigkeit magnetisch durch das Magnetfeld angezogen, das zwischen diesen Magnetjochen 25 a und 25 b ausgebildet ist, wodurch ein Austreten der Magnetflüssigkeit nach außen verhindert wird.

Ringförmige Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R sind in den Abschnitten zwischen der Flüssigkeitskammer 22 und jeder Magnetdichtung 23 L und 23 R ausgebildet, wobei die Rückgewinnungsnuten mit der Flüssigkeitskammer 22 durch einen Zwischenraum 27 geringer Lichtweite zwischen Stegen 26 und der äußeren Umfangsfläche der Welle 2 kommunizieren. Das Gehäuse 21 weist des weiteren einen umlaufenden Durchgang 29 auf, der mit den beiden Rück gewinnungsnuten 28 L und 28 R zu der Flüssigkeitskammer 22 durch eine fest vorgegebene Drosselöffnung 0 verbunden ist.

Ein Paar von Antriebseinrichtungen 30 L und 30 R um gibt den umlaufenden Durchgang 29, um die ferromagneti sche Flüssigkeit oder das ferromagnetische Fluid in Richtung der Flüssigkeitskammer 22 anzutreiben und da durch den hydrostatischen Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit bzw. des ferromagnetischen Fluids in der Flüssigkeitskammer 22 auf einem vorgegebenen Niveau zu halten.

Die Antriebseinrichtungen 30 L und 30 R bestehen aus 3-Phasenerregungsspulen 31 a bis 30 c, und ein sich bewegendes Magnetfeld wird durch die aufeinanderfolgende Elektrizitätsversorung mit dreiphasigem Wechselstrom ausgewählter Frequenz erzeugt und zieht die ferromagneti schen Partikel an und treibt des weiteren die angezoge nen Partikel gegen das Zentrum der Flüssigkeitskammer 22, beispielsweise mit einer Fließgeschwindigkeit von unge fähr 0,06 cm³/s (0,06 cc/sec) und einem Ausströmdruck von 49,04 · 10⁴Pa (5 kg/cm²).

Dichtungen 33 L und 33 R sind außerhalb der entsprechen den Magnetdichtungen 23 L und 23 R angeordnet, um das Ein dringen von Staub von außen her zu verhindern.

Im folgenden wird die Betriebsweise der ersten Ausführungsform näher beschrieben.

Zunächst wird angenommen, daß sich die Welle 2 im stationären Zustand befindet und von der Schaltung 32, die mit den Antriebseinrichtungen 30 L und 30 R verbun den ist, kein elektrischer Strom geliefert wird, so daß sich ein bewegtes Magnetfeld in den Antriebseinrichtun gen 30 L und 30 R nicht ausbilden kann und die ferromagne tische Flüssigkeit angehalten wird, so daß der hydro statische Druck innerhalb der Flüssigkeitskammer Null ist und die Welle 2 die Stege 26 des hydrostatischen Lagers 1 berührt, so daß die Welle 2 durch die Stege 26 abgestützt ist. Unter dieser Bedingung ist die ferro magnetische Flüssigkeit oder das ferromagnetische Fluid überall in der Flüssigkeitskammer 22, den Rückgewin nungsnuten 28 L und 28 R und dem umlaufenden Durchgang 29 verteilt, und da die Magnetdichtungen 23 L und 23 R vor handen sind, ist eine Leckage oder ein Entweichen der ferromagnetischen Flüssigkeit aus dem Lager mit Sicher heit durch die Tatsache verhindert, daß die ferromagne tische Flüssigkeit ihrerseits dem Herauspressen ausge setzt wäre, durch die Magnetkraft angezogen wird, die durch die Magnetdichtungen ausgeübt wird.

Wenn es erforderlich ist, die Welle 2 für ihre Drehung hydrostatisch abzustützen, wird zuerst die Antriebsschaltung 32 gestartet, so daß elektrischer Strom den Erregungsspulen 31 a bis 31 c zugeleitet wird, die mit den Antriebseinrichtungen 30 L und 30 R verbun den sind, um ein verschiebbares Magnetfeld in Richtung des Zentralteils der Flüssigkeitskammer 22 auszubil den und somit die ferromagnetische Flüssigkeit gegen die Flüssigkeitskammer 22 zu treiben, wodurch die ferro magnetische Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal 22 auf einem vorgegebenen Druck gehalten wird.

Infolge der zuvor erwähnten Tatsache wird ein dünner Film aus ferromagnetischer Flüssigkeit inner halb eines Lagerhohlraums ausgebildet, der sich zwischen der Innenfläche des hydrostatischen Lagers 1 und der äußeren Umfangsfläche der Welle 2 befindet, woraus eine gleichförmige lichte Weite in Radialrichtung zwi schen dem Gehäuse des Lagers 1 und der Welle 2 resul tiert, die es erlaubt, daß die Welle 2 in dem Lager hohlraum des hydrostatischen Lagers 1 schwebt und eine weitgehend reibungsfreie Drehung der Welle sicherge stellt ist.

Die aus der Flüssigkeitskammer 22 austretende ferromagnetische Flüssigkeit wird durch die Rückgewin nungsnuten 28 L und 28 R gesammelt und den Antriebsein richtungen 30 L und 30 R über den umlaufenden Durchgang 29 zugeführt, während die außerhalb der Rückgewinnungs nuten 28 L und 28 R herausgedrückte ferromagnetische Flüs sigkeit am Entweichen durch die Magnetdichtungen 23 L und 23 R gehindert wird, wodurch mit großer Sicherheit eine Kontaminierung der Außenatmosphäre vermieden wird und ebenso eine bemerkenswerte Reduzierung des Verlustes an ferromagnetischer Flüssigkeit im Betrieb erzielt wird.

Da sowohl der umlaufende Durchgang als auch die Antriebseinrichtungen innerhalb des Gehäuses 21 ange ordnet sind, ist es offensichtlich möglich, die gesamte Länge des umlaufenden Durchgangs zu verringern, was Anlaß zu einer Reduktion der Menge an kostspieliger ferromagnetischer Flüssigkeit ist, die als Arbeitsflüs sigkeit erforderlich ist und was zuletzt zu verringer ten Herstellungskosten des hydrostatischen Lagersystems führt.

Die erste Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf ein Lager zum Abstützen einer Drehwelle erklärt, die eine kreisförmige zylindrische Außenfläche aufweist, jedoch ist es ebenso möglich, diese Erfindung bei anderen Lagerausführungsformen anzuwenden, die beispiels weise einen feststehenden Schaft anstelle einer Drehwelle aufweisen, gegenüber welchem das hydrostatische Lager 1 in Axialrichtung verschiebbar ist. Bei diesen Lageraus führungen handelt es sich um sogenannte Gleitlager.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Wenn der fest stehende Schaft 34 quadratischen Querschnitt aufweist, besitzt selbstverständlich auch die Zentralöffnung des Gehäuses einen quadratischen Querschnitt. Die Innenflächen der Zentralöffnung, von denen jede einer Fläche des feststehenden Schaftes 34 gegenüberliegt, ist so ge formt, daß sie eine eigene Flüssigkeitskammer 22 a, 22 b, 22 c und 22 d aufweist. Entlang den Flüssigkeitskammern 22 a bis 22 d sind Stege 35 a bis 35 d ausgebildet, und den Ecken des feststehenden Schaftes 34 liegen Rück gewinnungsnuten 36 a bis 36 d gegenüber, so daß die durch die Rückgewinnungsnuten 36 a bis 36 d gesammelte ferro magnetische Flüssigkeit mit Hilfe von unabhängigen An triebseinrichtungen 37 a bis 37 d über einen umlaufenden Durchgang den Flüssigkeitskammern 22 a bis 22 d zugeführt werden kann.

Die relative Verschiebung sowohl in x- und y-Rich tung zwischen dem hydrostatischen Lager 1 und dem fest stehenden Schaft 34 in einer Ebene senkrecht zu der Achse wird mit Hilfe von Verschiebungsdetektoren 38 und 39 detektiert, die strichpunktiert in Fig. 3 angedeu tet sind, wobei die Menge an zuzuführender ferromagneti scher Flüssigkeit in Übereinstimmung mit dem festge stellten Wert durch die entsprechende Antriebseinrich tung 37 a bzw. 37 b für die Flüssigkeit eingestellt wird, so daß das hydrostatische Lager 1 schwebend abgestützt werden kann, mit einem gleichförmig gehaltenen Abstand zwischen der Außenfläche des feststehenden Schaftes 34 und der Innenfläche des hydrostatischen Lagers 1.

Die erste und die zweite Ausführungsform wurden an Hand von Anwendungsbeispielen erläutert, bei denen das hydrostatische Lager 1 um eine Drehwelle 1 oder um einen feststehenden Schaft 34 angeordnet ist, jedoch ist auch ein Lagersystem praktikabel, bei dem ein zylindrisches hydrostatisches Lager einen feststehenden Schaft umgibt.

Im folgenden wird an Hand der Fig. 4 und 5 die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Bei der dritten Ausführungsform handelt es sich um ein Beispiel, bei dem ein hydrostatisches Lager als ein Radial- und Axialdrucklager zu einer Drehwelle 1 ausgebildet ist, die mit einem konischen Abschnitt 2 a zusammengesetzt ist, dessen Außendurchmesser der Um fangsfläche nach unten hin größer wird. Ein ebener Ab schnitt 2 b schließt den konischen Abschnitt 2 a im rechten Winkel zur Axialrichtung der Drehwelle ab. Das hydrostatische Lager 1 besteht, korrespondierend zu der Drehwelle 2, aus einem radialen Lagerabschnitt 1 a für die Aufnahme des konischen Abschnittes 2 a und einem Axialdrucklagerabschnitt 1 b für die Aufnahme des ebenen Abschnitts 2 b der Drehwelle.

Der radiale Lagerabschnitt 1 a umfaßt ein zylindri sches Gehäuse 42 bestehend aus einer zylindrischen Innen fläche 41 a, die der zylindrischen Außenfläche der Dreh welle 2 gegenüberliegt und aus einer konischen Innen fläche 41 b, die entsprechend der Zylinderfläche ausge bildet ist und dem konischen Abschnitt 2 a der Drehwelle 2 gegenüberliegt. Der obere Endabschnitt in der zylind rischen Innenfläche 41 a enthält eine Staubdichtung 43 und eine Magnetdichtung 44, während die konische Innen fläche 41 b mit den Flüssigkeitskammern 45 und 46 ausge stattet ist. Sowohl die Flüssigkeitskammer 45 als auch die Flüssigkeitskammer 46 sind in vier, voneinander gleich weit entfernten Abschnitten entlang dem Umfang angeordnet und in zwei Gruppierungen in Axialrichtung zueinander ausgerichtet. Zusätzlich sind kreisring förmige Rückgewinnungsnuten 47 und 48 zwischen den Flüssigkeitskammern 45 und der Magnetdichtung 44 und zwischen den Flüssigkeitskammern 45 und 46 angeordnet. Des weiteren sind Rückgewinnungsnuten 50 im Bereich von Stegen 49 vorhanden. Das Innere des Gehäusekörpers 42, der eine zylindrische Konfiguration besitzt, weist einen Versorgungsdurchgang 51 und einen Rückgewinnungs durchgang 52 auf. Ein Ende des Versorgungsdurchgangs 51 ist mit dem axialen Zentralabschnitt jeder Flüssigkeits kammer 45 und 46 über eine feste Verengung 0 verbunden, und das andere Ende öffnet sich in Richtung der unte ren Stirnfläche des zylindrischen Gehäusekörpers 42. Ein Ende des Rückgewinnungsdurchgangs 52 kommuniziert mit den Rückgewinnungsnuten 47, 48 und 50 und das andere Ende öffnet sich in Richtung der unteren Stirn fläche des zylindrischen Gehäusekörpers 42.

Der Axialdrucklagerabschnitt 1 b setzt sich zu sammen aus einem kreisförmigen Gehäusekörper 53, der mit der unteren Stirnfläche des Lagerabschnitts 1 a in flüssigkeitsdichter Art zusammengefügt ist und im Zentralbereich, der der ebenen Stirnfläche 2 b der Drehwelle gegenüberliegt, ist eine Flüssigkeitskammer 54 als kreisförmiger Ausschnitt ausgebildet. Des wei teren ist eine kreisförmige Rückgewinnungsnut 55 in dem Teil ausgeformt, der dem Umfangsendstück der Drehwelle 2 gegenüberliegt. Der Gehäusekörper 53 ist des weiteren mit einem Versorgungsdurchgang 56 ausgerüstet, von dem ein Ende über einen feststehenden Querschnitt 0 mit der Flüssigkeitskammer 54 verbunden ist. Ein Ende eines Rückgewinnungskanals 55 kommuniziert mit dem Rückgewin nungsdurchgang 55. Der Versorgungsdurchgang 56 ist mit dem Versorgungsdurchgang 51 des radialen Lagerabschnitts 1 a verbunden, während der Rückgewinnungskanal 57 und der Rückgewinnungsdurchgang 52 miteinander verbunden sind und die anderen Enden des Versorgungsdurchgangs 56 und des Rückgewinnungskanals 57 miteinander in Verbin dung stehen, um so einen sicher geschlossenen Schalt kreis zu bilden.

In der Mitte des geschlossenen Schaltkreises ist eine Antriebseinrichtung 30 zwischengeschaltet, die den gleichen Aufbau wie die zuvor beschriebenen An triebseinrichtungen 30 L und 30 R besitzt, die ein wan derndes Magnetfeld erzeugen.

Im folgenden wird die Betriebsweise der dritten Ausführungsform erläutert. Bei der dritten Ausführungs form kann gleichfalls der hydrostatische Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit in den Flüssigkeitskam mern 45, 46 und 54 auf einem vorgegebenen Niveau mit Hilfe der Antriebseinrichtung 30 gehalten werden, welche die ferromagnetische Flüssigkeit gegen die Flüssigkeitskammern 45 und 46 des radialen Lagerab schnitts 1 a als auch gegen die Flüssigkeitskammer 54 in dem Axialdrucklagerabschnitt 1 b treibt, so daß die Drehwelle 2 in dem hydrostatischen Lager 1 durch den hydrostatischen Druck schwebend abgestützt ist, in einer Weise, bei der sie geringfügig von dem Lager ab gehoben ist. Zusätzlich wird die Radialkraft durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitskammern 45 und 46 und die axiale Druckkraft durch die Flüssigkeitskam mer 54 erhalten.

Die aus jeder Flüssigkeitskammer 45, 46 und 54 austretende ferromagnetische Flüssigkeit wird durch die Rückgewinnungsnuten 47, 48, 50 und 55 gesammelt, und die so gesammelte ferromagnetische Flüssigkeit wird durch die Rückgewinnungsdurchgänge 52 und 57 mittels der Antriebseinrichtung 30 abgesaugt und jeder der Flüssigkeitskammern 45, 46 und 54 durch die Versor gungsdurchgänge 51 und 56 zugeführt.

Unter dieser Bedingung wird die ferromagnetische Flüssigkeit magnetisch durch die Magnetkraft der Ma gnetdichtung 44 angezogen, die am oberen Ende des ra dialen Lagerabschnitts 1 a angeordnet ist und dadurch ein Austreten der ferromagnetischen Flüssigkeit aus dem Lagersystem weitgehend verhindert. Da der radiale Lagerabschnitt 1 a und der Axialdrucklagerabschnitt 1 b flüssigkeitsdicht zusammengefügt sind, tritt in keinem Fall eine Leckage der ferromagnetischen Flüssigkeit durch den Spalt zwischen den beiden zusammengepaßten Lagerabschnitten auf.

Infolge der Konstruktion der in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsform, bei der das axiale Ende der Drehwelle 2 eine konische Gestalt aufweist und dem entsprechend der radiale Lagerabschnitt 1 a des hydro statischen Lagers 1 so ausgebildet ist, daß er eine konische Innenfläche besitzt, steht jeder der Lager teile unter einem Vordruck, wodurch die Festigkeit als hydrostatisches Lager erhöht wird und ein fehlerfreies Schweben der Drehwelle ermöglicht wird.

Der Abstand zwischen dem hydrostatischen Lager 1 und der Drehwelle 2 wird durch Regelung der Antriebs kraft der Antriebseinrichtung 30 gleichbleibend gehal ten, aufbauend auf die Größe der Versetzung in den Richtungen X und Y in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Drehwelle 2. Obwohl bei der voranste henden Erklärung der Flüssigkeitskammern der Ausfüh rungsformen 1 bis 3 die Rede von zwei sich gegenüber liegenden Hohlräumen in den beiden Richtungen X und Y ist, ist die Erfindung keineswegs auf eine derartige Anordnung der Flüssigkeitskammern beschränkt, vielmehr kann jede andere geeignete Anordnung, die beispielswei se aus drei oder mehreren, sich gegenüberliegenden Flüssigkeitskammern besteht, zusätzlich gewählt werden.

Die Erläuterungen der ersten bis dritten Ausfüh rungsform der Erfindung erfolgte unter Bezugnahme auf eine Antriebseinrichtung 30, die ein wanderndes Ma gnetfeld ausbildet, jedoch ist eine derartige Ausge staltung nicht unbedingt zwingend erforderlich, da die Antriebseinrichtung auch in der Weise, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, ausgebildet sein kann, be stehend aus einer Zylinderkammer 73 mit einer flexiblen Membran 72, ausgebildet an einem Teil des umlaufenden Durchgangs 71, Magneten 74 und 75, die vor und hinter der Zylinderkammer 73 zum Ändern des Fließwiderstands der ferromagnetischen Flüssigkeit angeordnet sind, um so die momentane Viskosität der Flüssigkeit zu erhöhen. Eine Antriebseinrichtung 76 wie beispielsweise ein piezo elektrisches Element oder ein elektromagnetisches Sole noid oder dergleichen schwingt mit einer vorgegebenen Frequenz auf und ab, und zur gleichen Zeit werden die Magnete 74 und 75 ein- bzw. ausgeschaltet und sind mit der Schwingung derart synchronisiert, daß der Magnet 74 ausgeschaltet ist, während der Magnet 75 eingeschaltet ist, wodurch die in der Rückgewinnungsnut gesammelte ferromagnetische Flüssigkeit angezogen wird. Anschlie ßend wird der Magnet 74 eingeschaltet und der Magnet 75 ausgeschaltet, und die Antriebseinrichtung 76 dehnt sich aus, um gegen die Membran 72 zu drücken, so daß die momentane Viskosität der ferromagnetischen Flüssigkeit an der Seite des Magneten 74 hoch und an der Seite des Magneten 75 niedrig wird. Der Durchfluß der ferroma gnetischen Flüssigkeit während der Druckzeit steigt wegen des auf die Membran 72 ausgeübten Drucks an und erfolgt in Richtung des Magneten 75, da der Fließwider stand auf seiten des Magneten 74 höher als auf seiten des Magneten 75 ist. Ebenso ist es möglich, eine Flüs sigkeitspumpe anzuwenden, welche die ferromagnetische Flüssigkeit innerhalb der Zylinderkammer 73 gegen die Flüssigkeitskammer treibt.

Wird in diesem Fall die Antriebsfrequenz der Membran 72, die durch die Antriebseinrichtung 76 be tätigt wird, beispielsweise mit 300 Hz gewählt und angenommen, daß die Oberfläche der Membran 72 2 cm² beträgt, so kann die Membran eine Durchflußmenge von 0,06 cm³/s und einen Entladungsdruck von 49,04 · 10⁴Pa (5 kg/cm²) ausüben.

Wahlweise können auch die Membran 72 und die Zylinderkammer 73 weggelassen werden und statt dessen ein Abschnitt des umlaufenden Durchgangs 71 aus einem flexiblen Rohr bestehen, mit dem ein Antriebsteil wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element verbunden ist oder Druck auf das flexible Rohr ausübt. Eine andere alternative Lösung ist in Fig. 7 dargestellt und besteht aus einem Satz Absperrventilen 80 und 81, von denen jedes einen Ventilsitz 77 und einen Ventil kegel 79 als Ventilkörper aufweist, der gegen den Ven tilsitz durch eine Feder 78, die anstelle der Magnete 74 und 75 verwendet wird, gedrückt wird. Eine weitere Modifikation ist in Fig. 8 gezeigt, bei der die An triebseinrichtung in der Weise aufgebaut ist, daß drei ringförmig geformte Antriebsteile 82 a bis 82 c aus piezo elektrischen Elementen bestehen, die konzentrisch zu sammengesteckt sind und am Verzweigungspunkt des umlau fenden Durchgangs 83 angeordnet sind, derart, daß jedes Antriebsteil aufeinanderfolgend auf die anderen Teile abgesenkt wird. Dies bedeutet bei Betrachtung des in Fig. 8 gezeigten Zustands, daß das äußerste Antriebsteil 82 c zuerste, dann das Zwischenantriebsteil 82 b und zu letzt das innerste Antriebsteil 82 a zusammengesteckt werden und daß diese drei Teile eine Antriebspumpe zur Lieferung der ferromagnetischen Flüssigkeit in dem System gegen die Flüssigkeitskammer 22 bildet. In einer weiteren Modifikation kann die Antriebseinrichtung in der Weise konstruiert werden, daß eine oder mehrere Magnetspulen um den umlaufenden Durchgang gewickelt werden. An diese Spulen wird ein Regelstrom angelegt, um einen Magnetfluß zu erzeugen, der gegen die Flüssigkeitskammer gerichtet ist und die ferromagnetische Flüssigkeit in deren Richtung treibt. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die An triebseinrichtung nur so konstruiert werden muß, daß sie geeignet ist, die ferromagnetische Flüssigkeit durch Druck gegen die Flüssigkeitskammer zu treiben oder zu fördern.

Das Gehäuse 21 oder 42 ist nicht in der Weise in seiner Ausgestaltung begrenzt, daß es nur zylindrisch ausgebildet sein kann, vielmehr kann das Gehäuse auch einen teilweise ausgeschnittenen ringförmigen Quer schnitt besitzen. In solch einem Fall müssen die Magnetdichtungen nicht nur an den beiden Axialenden vorhanden sein, sondern auch an den Umfangsenden des Ausschnittes.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 nunmehr beschrieben.

In der Zeichnung ist mit der Bezugszahl 1 ein hydrostatisches Lager und mit der Bezugszahl 2 eine Drehwelle bezeichnet, die drehbar und gleitbar auf der Innenfläche des hydrostatischen Lagers 1 montiert ist.

Das hydrostatische Lager 1 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 21 aus nichtmagnetischem Material, ähnlich dem in Fig. 1 der ersten Ausführungsform ge zeigten Gehäuse.

Das Gehäuse 21 ist axial in drei Abschnitte un terteilt und die Abschnitte 21 a, 21 b und 21 c sind flüs sigkeitsdicht miteinander verbunden.

Im Zentralabschnitt auf der Innenfläche des Ab schnittes 21 b sind Flüssigkeitskammern 22 in Gestalt von Aushöhlungen zum hydrostatischen Halten einer ferromagne tischen Flüssigkeit, als Betriebsflüssigkeit an vier Stel len der inneren Umfangsfläche des Gehäuses in einer Weise angeordnet, daß zwei der Kammern stets ein Paar bilden, wobei sich die beiden Paare jeweils in x- und y-Richtung gegenüberliegen.

Als ferromagnetische Flüssigkeit kann eine Kolloid flüssigkeit bzw. ein Kolloidfluid verwendet werden, die oder das in der Weise hergestellt wird, daß feine Magnet partikel wie Ferritteilchen in einer Trägerflüssigkeit feinstverteilt werden, wobei sich diese ferromagnetische Flüssigkeit so verhält, als wenn die Flüssigkeit selbst magnetische Eigenschaften besitzt, ohne daß es zu einem Koagulieren oder zu einem Ausfällen der Partikel im Schwerefeld oder einem Magnetfeld kommt.

Eines der axialen Enden an der inneren Umfangs fläche des Abschnitts 21 a oder 21 c, an dem ferromagneti sche Flüssigkeit herausgedrückt wird bzw. austritt, ist mit einer Magnetdichtung 23 L bzw. 23 R ausgerüstet.

Jede dieser Magnetdichtungen 23 L und 23 R besteht aus einem ringförmigen Permanentmagnet 24, der so ma gnetisiert ist, daß er in Axialrichtung N- und S-Pole besitzt und einem Paar von Magnetjochen 25 a und 25 b, von denen jedes an dem entsprechenden axialen Ende jedes Magneten 24 befestigt ist. Der Innendurchmesser der Magnetjoche 25 a und 25 b ist so gewählt, daß er gering fügig größer als der Außendurchmesser der Drehwelle 2 ist. Wie später noch näher erklärt werden wird, kann die ferromagnetische Flüssigkeit durch das zwischen diesen Magnetjochen 25 a und 25 b bestehende Magnetfeld magnetisch angezogen werden, wodurch ein Austreten der Magnetflüssigkeit nach außen verhindert wird.

Die kreisförmigen Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R sind an bestimmten Abschnitten des Innenumfangs des Ge häuses 21 ausgebildet und verlaufen zwischen der Flüs sigkeitskammer 22 und jeder Magnetdichtung 23 L und 23 R. Die Rückgewinnungsnuten sind durch einen geringen Zwi schenraum 27 zwischen Stegen 26 und der Außenfläche der Drehwelle 2 mit der Flüssigkeitskammer 22 verbunden. In dem Gehäuse 21 ist ein umlaufender Durchgang 29 vorhan den, der die Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R über eine feststehende Verengung 0 mit der Flüssigkeitskammer 22 verbindet. Ein Paar von Antriebseinrichtungen 90 L und 90 R ist an den Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R angeord net und liegt dem axialen äußeren Teil der Nuten gegen über, um so die ferromagnetische Flüssigkeit gegen die Flüssigkeitskammer 22 treiben zu können und den hydro statischen Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 22 auf einem vorgegebenen Niveau zu halten.

In der vergrößerten Darstellung nach Fig. 10 ist gezeigt, daß die Antriebseinrichtung 90 L ebenso wie die Antriebseinrichtung 90 R an einem Abschnitt angeordnet ist, der der Rückgewinnungsnut 28 L bzw. 28 R gegenüber liegt. Die Antriebseinrichtung besitzt einen ringförmi gen Einschnitt 91 konzentrisch zu der Drehwelle 2 und ist mit einer Membran 92 verbunden, welche die Biegsam keit eines Diaphragmas hat, durch welches der Einschnitt 91 und die Rückgewinnungsnut 28 L oder 28 R voneinander getrennt sind.

Zwei Antriebszylinder 93 und 94 bestehen aus piezo elektrischen Elementen und sind radial zusammengesteckt und axial kompressibel. Des weiteren ist an der Seite, nahezu dem umlaufenden Durchgang 29 und entfernt von der ringförmigen Vertiefung 91, ein Magnet 95 als ein Ele ment für die Veränderung des Fließwiderstandes vorgese hen, welches das Auftreten einer Gegenströmung der ferro magnetischen Flüssigkeit verhindert. Jeder dieser An triebszylinder 93 und 94 wird mit elektrischem Strom einer vorgegebenen Frequenz und in vorgewählter Ordnung durch eine Betriebsschaltung 96 beliefert, die außerhalb des Gehäuses 21 angeordnet ist. Die Axiallänge der Antriebszylinder 93 und 94 ist vergrößert oder gekürzt. Der Magnet 95 wird durch die Betriebsschaltung 96 synchron mit elektrischer Stromversorgung an die Antriebszylinder 93 und 94 erregt und betätigt. Die Reihenfolge der Ver sorgung der Zylinder 93 und 94 und die Erregung des Ma gneten 95 mit elektrischem Strom wird im folgenden er läutert.

Zunächst wird angenommen, daß jeder Zylinder 93 und 94 nicht mit elektrischem Strom versorgt ist und daß ihr innerstes Ende geringfügig über das offene Ende der ringförmigen Vertiefung 91 vorsteht. Das Volumen der Rückführungsnuten 28 L und 28 R ist groß, und das Einströmen der ferromagnetischen Flüssigkeit von der umlaufenden Durchgangsseite wird durch den Anstieg der momentanen Viskosität der Flüssigkeit durch die Ma gnetisierung des Magneten verzögert. Dadurch ändert sich der Fließwiderstand der ferromagnetischen Flüssig keit an der Stelle, an der der Magnet angeordnet ist. Die ferromagnetische Flüssigkeit wird dann durch den Zwischenraum zwischen dem Steg 26 und der äußeren Umfangsfläche der Drehwelle 2 aus der Flüssigkeitskam mer 22 herausgedrückt und innerhalb der Rückgewinnungs nuten 28 L und 28 R gesammelt. Als nächstes wird der Innenzylinder 93 von der Betriebs- bzw. Betätigungs schaltung 96 mit Strom versorgt, wodurch sich der Zylinder 93 ausdehnt und in Kontakt mit der gegenüber liegenden Wand des Gehäuses 21 tritt, um die ferroma gnetische Flüssigkeit zu sperren. Danach wird dem äußeren Zylinder 94 Strom zugeführt und dieser gelangt in Berührung mit der Wand des Gehäuses 91 in der gleichen Weise wie der Zylinder 93 und zu der gleichen Zeit. Zu letzt wird die Stromversorgung des Magneten 95 durch die Betriebsschaltung 96 abgeschnitten, um den Fließ widerstand der ferromagnetischen Flüssigkeit zu er höhen.

Als nächstes wird die Betriebsweise der vierten Ausführungsform beschrieben. Es wird angenommen, daß sich die Drehwelle 2 im stationären Zustand befindet und daß die Betriebsschaltung 96, die mit den Antriebsein richtungen 90 L und 90 R verbunden ist, keinen Strom an die Zylinder 93, 94 und an den Magneten 95 liefert. Die Zylinder 93 und 94 der Antriebseinrichtung befinden sich dann im zusammengezogenen Zustand und dementsprechend er folgt kein Antrieb der ferromagnetischen Flüssigkeit, so daß der hydrostatische Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer Null ist, die Drehwelle 2 die Stege 26 des hydrostatischen Lagers 1 berührt und durch diese abgestützt wird. Bei diesen Bedingungen ist die ferromagnetische Flüssigkeit über all in der Flüssigkeitskammer 22, den Rückgewinnungs nuten 28 L und 28 R und im umlaufenden Durchgang 29 ver teilt. Durch die Anordnung der Magnetdichtungen 23 L und 23 R wird eine Leckage oder ein Entweichen der ferroma gnetischen Flüssigkeit aus dem Lager mit großer Sicher heit durch die Tatsache verhindert, daß die einem Aus tritt unterworfene ferromagnetische Flüssigkeit durch die Magnetkraft angezogen wird, welche von den Magnet dichtungen ausgeübt wird.

Wenn es erforderlich ist, die Drehwelle 2 während ihrer Drehung hydrostatisch abzustützen, wird zuerst die Betriebsschaltung 96 gestartet. Mit anderen Worten be deutet dies, daß der Magnet 95 durch den elektrischen Strom von der Betriebsschaltung 96 erregt wird, so daß die auftretende Viskosität der ferromagnetischen Flüs sigkeit nahe dem Magneten 95 hoch wird, während umgekehrt das Einfließen der ferromagnetischen Flüssigkeit von dem umlaufenden Durchgang 29 zu den Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R verzögert wird. Gleichzeitig oder etwas später wird elektrischer Strom von der Betriebsschal tung 96 dem Zylinder 93 zugeführt, so daß sich dieser ausdehnt und sein Innenende mit der Wand des Gehäuses 21, die dem Zylinder 93 gegenüberliegt, in Berührung gelangt und dadurch die ferromagnetische Flüssigkeit auf den Raum zwischen dem Magneten 95 und den Zylinder 93 beschränkt wird.

Als nächstes wird die Stromversorgung des Magneten 95 durch die Betriebsschaltung 96 abgeschaltet, wodurch die auftretende Viskosität der ferromagnetischen Flüs sigkeit, die in dem Raum zwischen den Rückgewinnungs nuten 28 L und 28 R enthalten ist, erniedrigt wird und die ferromagnetische Flüssigkeit in die Lage versetzt wird, abzufließen.

Gleichzeitig oder etwa später liefert die Be triebsschaltung elektrischen Strom an den Zylinder 94, der dadurch verlängert wird. Diese Verlängerung wird durch einen Vorgang begleitet, bei dem die ferromagneti sche Flüssigkeit, die zwischen dem Magneten 95 und dem Zylinder 93 eingeschlossen ist, gegen den umlaufenden Durchgang 29 getrieben wird und durch diesen Durchgang 29 und einem feststehenden Querschnitt 0 der Flüssig keitskammer 22 zugeleitet wird. Demzufolge steigt der hydrostatische Druck der ferromagnetischen Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitskammer 22 an, abhängig von der Differenz zwischen der angetriebenen Menge an ferromagnetischer Flüssigkeit und der durch den Spalt zwischen dem Steg 26 und der Drehwelle 2 austretenden Flüssigkeit. Der Druck der ferromagnetischen Flüssig keit in der Flüssigkeitskammer kann auf einem vorgege benen Niveau durch wiederholte Impulsbeaufschlagung der ferromagnetischen Flüssigkeit durch die Antriebs einrichtungen 90 L und 90 R gehalten werden.

Wird die ferromagnetische Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 22 auf einem vorgegebenen konstanten Niveau gehalten, so schwebt die Welle 2 von dem Steg des hydrostatischen Lagers 1 aufwärts, so daß die nach folgende Drehung der Welle unter diesem Umstand sehr weich erfolgen kann, als Folge des weitgehend redu zierten Reibungswiderstandes zwischen der Welle 2 und dem hydrostatischen Lager 1.

Die axial aus der Flüssigkeitskammer 22 austreten de ferromagnetische Flüssigkeit wird durch die Rückge winnungsnuten 28 L und 28 R gesammelt und an die Antriebs einrichtungen 90 L und 90 R zurückgeleitet und zirkuliert verstärkt über den umlaufenden Durchgang 29, während die außerhalb der Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R aus tretende ferromagnetische Flüssigkeit an dem Entweichen aus dem Gehäuse 21 durch die Magnetdichtungen 23 L und 23 R gehindert wird, wodurch die Außenatmosphäre vor einer Kontamination mit großer Sicherheit bewahrt wird und darüber hinaus eine erhebliche Reduzierung des Verlustes an ferromagnetischer Flüssigkeit während des Betriebs erzielt wird.

Da sowohl der umlaufende Durchgang als auch die Antriebseinrichtungen innerhalb des Gehäuses 21 ange ordnet sind, ist es offensichtlich möglich, die ge samte Länge des umlaufenden Durchgangs zu verringern, was Anlaß zu einer Reduktion der Menge an teurer ferro magnetischer Flüssigkeit ist, die als Betriebsmedium erforderlich ist, woraus eine Reduzierung der Herstel lungskosten resultiert.

Die vierte Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf das Lager zum Abstützen einer Drehwelle, die eine zylindrische Außenfläche besitzt, erläutert, jedoch ist es auch möglich, die Erfindung bei einem anderen Lager typ anzuwenden, der einen feststehenden Schaft anstelle einer Drehwelle aufweist, wobei das hydrostatische Lager 1 entlang dem Schaft in Axialrichtung gleiten kann. Bei diesem Lagertyp handelt es sich um ein sogenanntes Gleit lager.

Bei den beiden zuvor erwähnten vierten Ausführungs formen der Erfindung umschließt das hydrostatische Lager 1 die Drehwelle 2, jedoch ist es auch möglich, das hydrostatische Lager innerhalb einer hohlzylindrischen Drehwelle anzuordnen.

Im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform wurden Antriebseinrichtungen 90 L und 90 R erläutert, die aus zwei Antriebszylindern 93 und 94 aus piezoelektri schen Elementen bestehen, die radial zusammengesteckt sind. Jedoch können die Antriebseinrichtungen auch Antriebszylinder aufweisen, die aus drei oder mehr Schichten bestehen und die nacheinanderfolgend betätigt werden. Es ist auch nicht erforderlich, daß der ein zelne Antriebszylinder aus einem piezoelektrischen Ele ment besteht, statt dessen können auch andere Betäti gungseinrichtungen verwendet werden, beispielsweise Antriebszylinder 93 und 94 von nichtkompressibler Bau art, die in gesteuerter Weise vorwärtsbewegt oder zurück gezogen werden durch einzelne Betätigungseinrichtungen wie beispielsweise elektromagnetische Solenoide.

Des weiteren gilt, daß die Einrichtung zur Ver änderung des Fließwiderstandes, die in der Erfindung dazu benutzt wird, das Einströmen der ferromagnetischen Flüssigkeit in die Rückgewinnungsnuten 28 L und 28 R zu verzögern, nicht aus einem oder mehreren Magneten 30 bestehen muß, sondern statt dessen diese Magnete durch ein Absperrventil 104, gezeigt in Fig. 11, ersetzt wer den können, das aus einem Kugelventil besteht, dessen Ventilkugel 103 durch eine Feder 102 gegen einen Ventil sitz 101 gedrückt wird.

Die piezoelektrischen Elemente für die Antriebs zylinder 93 und 94 der Antriebseinrichtungen 90 L und 90 R sind so gestaltet, daß jede ihrer Endflächen direkt der Seitenwand gegenüberliegt, welche jede der Rückgewin nungsnuten 28 L und 28 R bildet, jedoch können diese piezoelektrischen Elemente auch anders geformt sein, beispielsweise wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, nämlich derart, daß ein Zwischensitz 106 innerhalb eines kreis förmigen Einschnitts 105 angeordnet ist, der eine Rück gewinnungsnut bildet, wobei die Endfläche des Zwischen sitzes in Kontakt mit der Endfläche des piezoelektri schen Elements des Zylinders 93 oder 94 steht.

Es ist auch nicht erforderlich, daß das Gehäuse 21 stets einen Zylinder bildet, vielmehr kann es als Kanal oder Nut durch axiales Wegschneiden eines Teils des Zylinders geformt sein und besitzt dann im Quer schnitt eine U-förmige Konfiguration. In diesem Fall muß die Magnetdichtung für das Gehäuse nicht nur an den axialen Enden angebracht werden, sondern ebenso am Umfangsende oder den Enden der aufgeschnittenen Öffnung, um ein Austreten der ferromagnetischen Flüssigkeit nach außen zu verhindern.

Wie zuvor an Hand der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert wurde, dient die ferromagnetische Flüssigkeit dazu, hydrostatischen Druck für das Schweben eines hydrostatischen Lagers relativ zu einem Schaft oder einer Welle zu erzeugen. Diese Flüssigkeit wird in eine oder mehrere Flüssigkeitskammern in der Fläche des Lagers, das dem Schaft gegenüberliegt, gedrückt und stützt den Schaft schwebend ab. Zusätzlich ist zu mindest eine Magnetdichtung an dem Teil angeordnet, wo die ferromagnetische Flüssigkeit voraussichtlich ent weicht. Das Lagersystem der Erfindung enthält Durch gänge in denen die ferromagnetische Flüssigkeit zir kuliert und Einrichtungen für das Vorwärtstreiben der Flüssigkeit. Mit dem Lagersystem der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt.

Ein Entweichen der ferromagnetischen Flüssigkeit nach außen wird ohne Verwendung eines Arbeitsgases mit Hilfe der Magnetdichtung verhindert, wodurch sich weder die Gefahr eines Einschlusses von Gasen in der Flüssigkeit noch die Gefahr einer Kontaminierung der Außenatmosphäre, bewirkt durch eine Leckage der im Lagersystem verwendeten ferromagnetischen Flüssigkeit ergibt und somit das Lager system in einer Vakuumumgebung ohne jede Schwierigkeit eingesetzt werden kann. Da das Lagersystem zumindest einen Durchgang mit einschließt und Einrichtungen für das Antreiben der ferromagnetischen Flüssigkeit, ergibt sich offensichtlich für dieses Lagersystem eine Reduzierung des Volumens im Gesamtsystem, das die ferromagnetische Flüssigkeit enthält und somit eine Vereinfachung im Aufbau, so daß die Vorrichtung kleingehalten werden kann. Zusätzlich kann dadurch auch die Menge der ferromagneti schen Flüssigkeit, die als Arbeitsmedium eingesetzt wird, minimalisiert werden.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die ferromagnetische Flüssigkeit als eine Flüssigkeit für die Erzeugung hydrostatischen Drucks zum Schweben eines hydrostatischen Lagers relativ zu einem Schaft ver wendet, und die entsprechende Flüssigkeit wird in Rich tung einer oder mehrerer Flüssigkeitskammern vorwärts getrieben, die in der Fläche des Lagers ausgebildet sind und dem Schaft gegenüberliegen. Dabei wird ein Dünnfilm aus ferromagnetischer Flüssigkeit zwischen dem Schaft und dem hydrostatischen Lager ausgebildet, was zur Folge hat, daß die Relativbewegung zwischen diesen beiden Bau teilen weitgehend reibungsfrei erfolgt. Antriebseinrich tungen stützen schwebend den Schaft ab. Diese Antriebs einrichtungen liegen den Rückgewinnungsnuten zum Sammeln der austretenden ferromagnetischen Flüssigkeit gegenüber. Die Druckfläche für die ferromagnetische Flüssigkeit kann großgehalten werden, und dadurch kann sowohl die Menge der angetriebenen Flüssigkeit als auch der Versorgungsdruck erhöht werden. Da zumindest eine Magnetdichtung an der Stelle angeordnet ist, an der voraussichtlich die ferro magnetische Flüssigkeit entweicht, wird bei dem Lager system der Erfindung das Entweichen der ferromagnetischen Flüssigkeit nach außen ohne Verwendung eines Arbeits gases durch die Magnetdichtung verhindert, so daß keine Befürchtung besteht, daß Gas in der Flüssigkeit einge schlossen wird und daß es zu einer Verschmutzung der Außenatmosphäre durch eine Leckage der im Lagersystem ver wendeten ferromagnetischen Flüssigkeit kommt. Somit kann das erfindungsgemäße Lagersystem auch in einer Vakuum umgebung ohne Schwierigkeit eingesetzt werden.

Auch für diese Ausführungsform gilt, daß durch den Einschluß zumindest eines Durchgangs und von Ein richtungen für den Antrieb der ferromagnetischen Flüs sigkeit in dem Lagersystem es leicht möglich ist, das Volumen des gesamten Systems, welches die ferromagneti sche Flüssigkeit enthält, zu verringern und den Aufbau zu vereinfachen, so daß die Vorrichtung in ihren Ab messungen kleingehalten werden kann. Zusätzlich ist es möglich, die Menge der teuren ferromagnetischen Flüs sigkeit als Arbeitsflüssigkeit zu minimalisieren.

Claims

1. Hydrostatisches Lagersystem mit einer Welle, einem hydrostatischen Lager mit Flüssigkeitskammern an dem Teil, der der Welle gegenüberliegt, zum hydrostatischen Halten einer ferromagnetischen Flüssigkeit und mit einer Ein richtung zum Abdichten der beiden axialen Seiten der Kammer, wobei die Einrichtung relativ zu jeder der Seiten beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß Rückgewinnungsnuten (28 L, 28 R) an den beiden axialen Seiten der Kammer (22) zum Sammeln der aus der Flüssig keitskammer (22) austretenden ferromagnetischen Flüssig keit angeordnet sind, daß eine magnetische Dichtung (23 L, 23 R) an dem Teil angebracht ist, aus dem die ferro magnetische Flüssigkeit austritt, daß ein umlaufender Durchgang (29) zum Zirkulieren der ferromagnetischen Flüssigkeit zwischen den Rückgewinnungsnuten und der Flüssigkeitskammer und eine Antriebseinrichtung (30 L, 30 R) in der Mitte des Durchgangs (29) vorhanden sind, die die ferromagnetische Flüssigkeit in die Flüssigkeits kammer treibt.

2. Hydrostatisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (30 L, 30 R) die ferromagne tische Flüssigkeit durch ein verschiebbares Magnetfeld anzieht.

3. Hydrostatisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (30 L, 30 R) aus zumindest einer Antriebspumpe, zusammengesetzt aus vielschichtigen Ringen aus piezoelektrischen Elementen, besteht.

4. Hydrostatisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung aus zumindest einem flexib len Flüssigkeitsdurchgang, einem piezoelektrischen Ele ment zum Ausüben einer Druckkraft auf den Durchgang für den Antrieb und einer Einrichtung zum Ändern des Fließ widerstandes der Flüssigkeit vor und hinter dem Flüssig keitsdurchgang besteht.

5. Hydrostatisches Lagersystem mit einer Welle und einem um die Welle herum angeordneten hydrostatischen Lager, mit einer oder mehreren Flüssigkeitskammern an dem Teil, der der Welle gegenüberliegt, zum hydrostatischen Halten einer ferromagnetischen Flüssigkeit und einer Einrichtung zum Abdichten der beiden axialen Seiten der Kammer, wobei die Einrichtung relativ zu jeder der Seiten beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (1) Rückgewinnungsnuten (28 L, 28 R) zum Sammeln der aus den Kammern (22) herausge drückten ferromagnetischen Flüssigkeit aufweist, daß ein umlaufender Durchgang (29) die Rückgewinnungsnuten (28 L, 28 R) und die Kammern (22) verbindet, daß eine Antriebs einrichtung (90 L bzw. 90 R) für den Antrieb der ferromagne tischen Flüssigkeit axial zu einem Seitenteil der Rückge winnungsnut und eine magnetische Dichtungseinrichtung (23 L, 23 R) an dem Teil angeordnet sind, aus dem die ferro magnetische Flüssigkeit herausgedrückt wird, daß die An triebseinrichtung aus einer flexiblen Membran (92), die eine Seitenwand der Rückgewinnungsnut bildet, und einer Anzahl von Antriebsringteilen (82 a bis c) besteht, die konzentrisch auf die Welle aufgesteckt sind und die an der Außenseite der flexiblen Membran der Rückgewinnungs nut so anliegen, daß sie axial und hin- und herbewegbar sind und daß eine Einrichtung (0), die den Fließwider stand der ferromagnetischen Flüssigkeit ändert, an dem Verbindungsendstück des umlaufenden Durchgang zu der Rück gewinnungsnut nahe den Antriebsringteilen angeordnet ist.

6. Hydrostatisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsringteile aus piezoelektrischen Elementen bestehen.