DE69010592T2

DE69010592T2 - Dichtung und Lager mit magnetisierbarer Flüssigkeit.

Info

Publication number: DE69010592T2
Application number: DE69010592T
Authority: DE
Inventors: Johan Christian Marinus Bras; Vedran Andelo Tadic
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1989-08-17
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: DE69010592D1; EP0414294A1; EP0414294B1; NL8902086A; US5100159A; JPH0384267A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Halten einer Menge einer magnetischen Flüssigkeit mittels eines magnetischen Feldes innerhalb eines um eine drehbare Welle gelegenen, spaltförmigen Raumes, die eine Einheit einschließt, welche aus einem ringförmigen Polstück besteht, dessen innere Umfangsfläche in relativ kurzem Abstand zur Welle angeordnet ist und das zwischen zwei ringförmigen Permanentmagneten zur Erzeugung des magnetischen Feldes angeordnet ist, wodurch die magnetische Flüssigkeit innerhalb des spaltförmigen Raumes zwischen dieser Einheit und der Welle gehalten ist, wobei die gleichnamigen Pole der Magneten gegeneinander gerichtet und die inneren Umfangsflächen der zwei Magneten im wesentlichen im gleichen Abstand von der Welle gelegen sind, um zusammen mit der Welle zwei ringförmige Räume zu bilden, welche an beiden Seiten eines ringförmigen Zwischenspaltes liegen.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US-A-4 526 381 bekannt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, in welcher die magnetische Flüssigkeit in zuverlässigerer Weise gehalten ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die äußere Umfangsfläche des Polstücks von den Permanentmagneten umschlossen ist.
Die Teile der Magneten außerhalb der Umfangsfläche des Polstücks befinden sich nun in naher Nachbarschaft oder berühren sich sogar gegenseitig. Damit werden radiale Verluste des Magnetfeldes an der äußeren Umfangsfläche des Polstückes verhindert, und die Stärke des magnetischen Feldes an dessen innerer Umfangsfläche wird gesteigert.
Demnach gibt es in einer auf diese Weise ausgeführten Vorrichtung nur ein Polstück und als Folge nur einen Spalt, der magnetische Flüssigkeit enthält, so daß die Einheit im Aufbau ziemlich einfach ist. Die durch die beiden Permanentmagneten erzeugten magnetischen Felder sind zur Welle hin konzentriert, so daß der Gradient des magnetischen Flusses auf die Herzlinie des Polstücks gerichtet ist, wodurch die Menge der magnetischen Flüssigkeit in dem oben erwähnten Spalt sehr gut gehalten wird. Als Ergebnis davon kann der magnetische Fluß im Spalt genügend groß sein, um - wenn die Welle stillsteht - zu bewirken, daß sich die in der magnetischen Flüssigkeit suspendierten magnetischen Partikel in einem Bereich zwischen dem Polstück und der Welle konzentrieren und sich innerhalb der magnetischen Flüssigkeit eine Art Membran mit einer hohen Konzentration magnetischer Partikel bildet und dadurch die magnetische Leitung örtlich steigert, was zu einer verbesserten Dichtwirkung führt, weil eine derartige Membran in der Lage ist, große Druckunterschiede aufzunehmen. Wenn die Welle beginnt sich zu drehen, werden die magnetischen Partikel wieder gleichmäßig über die magnetische Flüssigkeit verteilt.
Vorzugsweise sind die dem Polstück zugekehrten inneren Kanten an den inneren Umfangsflächen der Permanentmagneten abgeschrägt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in Form eines Gleitlagers für die Welle ausgeführt sein, wobei die Einheit, die aus den beiden Magneten und dem Polstück besteht, zu diesem Zweck um den äußeren Umfang eines buchsenförmigen Elements installiert ist, welches mit einem relativ kleinen, ringförmigen Zwischenspalt um die Welle angeordnet ist, der den oben erwähnten Zwischenspalt bildet.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Dichte inheit;
Fig. 2 den Verlauf der magnetischen Kraftlinien bei der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 3 grafisch den Verlauf des magnetischen Flusses innerhalb des Dichtspaltes;
Fig. 4 eine Reihe von erfindungsgemäßen Dichteinheiten;
Fig. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Gleitlagers;
Fig. 6 den Verlauf der magnetischen Kraftlinien in der Ausführungsform nach Fig. 5.
Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt die Dichteinheit zwei ringförmige Permanentmagneten 1 und 2, deren gleichnamige Pole gegeneinander gerichtet sind, wie in Fig. 1 ausgewiesen. Zwischen diesen Permanentmagneten 1 und 2 ist ein Polstück 3 angeordnet, dessen innere Umfangsfläche zusammen mit der Welle 4 einen ringförmigen Dichtspalt 5 bildet, der mit einer Menge einer magnetischen Flüssigkeit 6 gefüllt ist, welche innerhalb des Dichtspaltes 5 durch magnetische Felder gehalten ist, die durch die Magneten 1 und 2 erzeugt werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die äußere Umfangsfläche 3' des Polstücks 3 vollständig von den Magneten 1 und 2 umschlossen.
Fig. 1 zeigt weiterhin, daß die gesamte Einheit von einem Gehäuse 7 umschlossen ist. Dieses Gehäuse 7 ist jedoch nicht notwendig. Es ist zulässig, daß nur ein Teil der Einheit von einem Gehäuse umschlossen ist. Zuletzt zeigt Fig. 1, daß die inneren Kanten der Permanentmagneten 1 und 2, wie bei 1'' und 2'' gezeigt, abgeschrägt sind.
Fig. 2 stellt den Verlauf der magnetischen Kraftlinien bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dar. Diese Darstellung offenbart deutlich, daß die Kraftlinien zur Welle 4 hin konzentriert sind.
Fig. 3 zeigt, daß der magnetische Fluß zur Mitte des Dichtspalts 5 hin steil ansteigt.
Die gesamte Einheit, wie in Fig. 1 dargestellt, kann eine Dicke von lediglich 1 mm besitzen, wobei das Polstück eine Stärke von 0,1 - 0,2 mm hat. Dies gestattet trotzdem das Erzeugen eines starken magnetischen Flusses von 0,5 Tesla im Dichtspalt.
Die Permanentmagneten 1 und 2 können aus jeglichem geeigneten Material hergestellt sein, z. B. Ferrit, ferrit-gefülltem synthetischen Material oder Gummi, seltenen Erdmetallen und dgl.
Schließlich zeigt Fig. 4, wie eine Anzahl erfindungsgemäßer Dichteinheiten zusammengeschaltet werden können, um eine Dichteinrichtung für eine Welle 10 zu bilden, die aus einer Anzahl N ringförmiger Polstücke 8 und einer Anzahl N + 1 von Permanentmagneten 9 besteht.
Wie in Fig. 5 dargestellt, schließt die Vorrichtung - in der Form eines Gleitlagers für die Welle 11 - zwei Permanentmagneten 12 und 13 ein, deren gleichnamige Pole aufeinander gerichtet sind, wie in dieser Darstellung ausgewiesen. Ein Polstück 14 erstreckt sich zwischen diesen Permanentmagneten 12 und 13 und ist zusammen mit den Magneten 12 und 13 um den äußeren Umfang einer Gleitlager-Buchse 15 installiert, wodurch diese zwischen hervorstehenden Absätzen 12' und 13' der Magnete 12 bzw. 13 eingeschlossen ist. Die Gleitlager-Buchse 15 umgibt die Welle 11 mit einem kleinen Spielraum 16, wobei dieser vollständig mit einer Menge einer magnetischen Flüssigkeit 17 gefüllt ist, die in den ringförmigen Räumen zu beiden Seiten des Spielraums 16 vorhanden ist, die sich an beiden Seiten des Spielraums 16 erstrecken. Diese Menge der magnetischen Flüssigkeit 17 wird durch die magnetischen Felder gehalten, die durch die Magneten 12 und 13 erzeugt werden, deren magnetische Kraftlinien in Fig. 6 dargestellt sind.
Auch in dieser Ausführungsform steigt der magnetische Fluß zur Mitte des ringförmigen Spalts oder Spielraums 16 hin mehr oder weniger steil an, etwa wie in Fig. 3 für die Ausführungsform nach Fig. 1 dargestellt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die äußere Umfangsfläche des Polstücks 14 vollständig von den Magneten 12 und 13 umschlossen.
Die gesamte Einheit wird von einem Gehäuse 18 umschlossen, welches jedoch nicht notwendig ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann lediglich ein Teil der Einheit von einem Gehäuse umschlossen sein.
Die gesamte, in Fig. 5 dargestellte Einheit kann eine Dicke von 5 mm besitzen, wobei das Polstück eine Stärke von 0,5 - 1,0 mm und die Welle einen Durchmesser von 10 mm hat. Eine derartige Ausführung erzeugt einen magnetischen Fluß von 0,5 +/- 0,1 Tesla am inneren Durchmesser des Polstücks.
Ein Gleitlager mit einer magnetischen Flüssigkeit, wie in Fig. 5 gezeigt, kann z. B. in Spindeln, Elektromaschinen und dgl. verwendet werden, bei welchen die Hauptanforderungen in niedrigem Geräusch, hoher Geschwindigkeit und niedrigen Herstellungskosten liegen.

Claims

1. Vorrichtung zum Halten einer Menge einer magnetischen Flüssigkeit (6, 17) mittels eines magnetischen Feldes innerhalb eines um eine drehbare Welle (4, 10, 11) gelegenen, spaltförmigen Raumes, die eine Einheit einschließt, welche aus einem ringförmigen Polstück (3, 8, 14) besteht, dessen innere Umfangsfläche in relativ kurzem Abstand zur Welle (4, 10, 11) angeordnet ist und das zwischen zwei ringförmigen Permanentmagneten (1, 2; 9; 12, 13) zur Erzeugung des magnetischen Feldes angeordnet ist, wodurch die magnetische Flüssigkeit innerhalb des spaltförmigen Raumes zwischen dieser Einheit und der Welle gehalten ist, wobei die gleichnamigen Pole der Magneten (1, 2; 9; 12, 13) gegeneinandergerichtet und die inneren Umfangsflächen der zwei Magneten im wesentlichen im gleichen Abstand von der Welle (4, 10, 11) gelegen sind, um zusammen mit der Welle zwei ringförmige Räume zu bilden, welche an beiden Seiten eines ringförmigen Zwischenspaltes (5, 16) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Umfangsfläche des Polstücks (3, 14) von den Permanentmagneten (1, 2; 9, 12, 13) umschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den zwei Magneten (12, 13) und dem Polstück (14) bestehende Einheit um den äußeren Umfang eines buchsenförmigen Elements (15) herum angeordnet ist, welches um die Welle (11) herum mit einem relativ kleinen, ringförmigen Zwischenraum (16) liegt, der den obenerwähnten Zwischenspalt bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Polstück zugekehrten inneren Kanten (1'', 2'') an den inneren Umfangsflächen der Permanentmagneten (1, 2) abgeschrägt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Anzahl zusammengeschalteter, ringförmiger Permanentmagneten (9) besteht, deren gleichnamige Pole jeweils gegeneinandergerichtet sind, und Polstücke (8) zwischen aufeinanderfolgenden Magneten gehalten sind.