EP2769108A1 - Friktionsbremse, fanglager mit friktionsbremse und verfahren zum betreiben eines magnetlagers - Google Patents

Friktionsbremse, fanglager mit friktionsbremse und verfahren zum betreiben eines magnetlagers

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EP2769108A1
EP2769108A1 EP12766024.9A EP12766024A EP2769108A1 EP 2769108 A1 EP2769108 A1 EP 2769108A1 EP 12766024 A EP12766024 A EP 12766024A EP 2769108 A1 EP2769108 A1 EP 2769108A1
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EP
European Patent Office
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bearing
friction brake
backup
safety
retainer
Prior art date
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EP12766024.9A
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French (fr)
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Christoph Heckel
Christian REDEMANN
Axel Kaiser
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Levitec GmbH
Siemens AG
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Levitec GmbH
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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    • F16C32/044—Active magnetic bearings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00—Relieving load on bearings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/001—Integrated brakes or clutches for stopping or coupling the relatively movable parts

Definitions

  • the invention relates to a friction brake, friction bearing with friction brake and method for operating a magnetic ⁇ campers.
  • Retaining bearing 15 is present, according to the invention prevented (Fig. 1 - 4, 7 - 9).
  • the friction brake 10 does not have on one side (counter opposite end face 18) on a housing 14 or housing ⁇ part 14 'or 14''abut, but presses with the outer periphery as to the housing 14 or housing parts 14', 14 ''that the mechanical forces acting here on the inner ring 15' can be held by the friction brake 10 nen.
  • the annular friction brake 10 preferably has a ring shape 16, in particular a closed ring 16, wherein the outer diameter preferably corresponds to the inner diameter of the housing 14 (in the recess 23, paragraph 23 ') (in particular for application according to FIGS. 1, 2, 3, 4).
  • FIG. 8 shows a further solution according to the invention, in which the catching bearing 15 is arranged on the shaft 4, in particular is fastened, and the catching bearing 15 thus also rotates as a unit.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Fanglager für ein Magnetlager nach dem Stand der Technik müssen oft ausgetauscht werden, da sie auch im Betrieb des Magnetlagers ohne dessen Absturz verschleißen. Durch eine Friktionsbremse (10) wird dies verhindert, so dass die Fanglager (7) nicht ausgetauscht werden müssen.

Description

Friktionsbremse, Fanglager mit Friktionsbremse und Verfahren zum Betreiben eines Magnetlagers
Die Erfindung betrifft eine Friktionsbremse, Fanglager mit Friktionsbremse und Verfahren zum Betreiben eines Magnet¬ lagers .
Fanglager werden bei magnetischen Lagern als Sicherheit beim Ausfall des Magnetlagers oder übermäßiger mechanischer
Schockbelastung verwendet.
Dabei kann das Fanglager verschleißen und muss dementspre¬ chend auch ausgetauscht werden. Dies verursacht Kosten.
Im Normalbetrieb kann ein Verschleiß des Fanglagers dadurch entstehen, indem z.B. aufgrund von Verwirbelungseffekten im den Rotor umgebenden Medium, z.B. Luft, im Fanglager Kräfte eingebracht werden, die ein andauerndes unerwünschtes Drehen von Fanglagerringen gegeneinander verursachen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Fanglager aufzuzeigen, mit dem das o. g. Problem gelöst werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Friktionsbremse gemäß An¬ spruch 1, ein Fanglager nach Anspruch 3 und einem Verfahren nach Anspruch 17.
In den jeweiligen Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen:
Figur 1 bis 4 Querschnitte durch Fanglageranordnungen, Figur 5 eine Aufsicht auf eine Friktionsbremse,
Figur 6 eine Seitenansicht gemäß Figur 5,
Figuren 7 - 9 Querschnitte weiterer Fanglageranordnungen, Figur 10 eine weitere Fanglageranordnung. Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung einer Wellenlagerung 1 mit einer erfindungsgemäßen Fanglageranordnung 22.
Eine Welle 4 (eines Rotors) ist durch ein Magnetlager (nicht näher dargestellt) innerhalb eines Gehäuses 14 oder Gehäuse- teils 14', 14'' (Fig. 2) gelagert.
Die Fanglageranordnung 22 weist ein konventionelles Lager als Fanglager 15 und eine Friktionsbremse 10 auf.
Als Fanglager 15 wird vorzugsweise ein konventionelles Lager, insbesondere ein Kugel- oder Zylinderrollenlager verwendet.
Nach dem Stand der Technik dreht sich zeitweise z.B. aufgrund von Luftverwirbelungen auch das konventionelle Fanglager 15 mit und verschleißt. Dies ist jedoch nicht gewünscht und wird durch eine Friktionsbremse 10, die an dem konventionellen
Fanglager 15 anliegt, erfindungsgemäß verhindert (Fig. 1 - 4, 7 - 9) .
Das Fanglager 15 ist hier vorzugsweise in einer Vertiefung 23 des Gehäuses 14 (Fig. 1, 3, 4, 7) oder der Gehäuseteile 14', 14'' (Fig. 2) angeordnet.
Es 15 liegt auf der einen Seite 42 der Vertiefung 23 an einem Gegenstück 21 an. Dieses Gegenstück 21 muss nicht vorhanden sein (Fig. 1 - 4, 7), wenn das Fanglager 15 an dem Gehäuse 14, 14', 14'' durch seinen Außenring 15'' befestigt (Klemmwirkung, Schweißstelle, Lötung, ...) ist.
Das Gegenstück 21 kann auch Teil des Gehäuses 14 (Fig. 1, 3, 4, 7) oder der Gehäuseteile 14', 14'' (Fig. 2) sein und stützt den Außenring 15' ' des Fanglagers 15 ab und ist dem¬ entsprechend auch nur maximal so hoch. Die Friktionsbremse 10 liegt an der anderen Seite 40 der Ver¬ tiefung 23 an (Fig. 1, 2) .
Im Falle eines Fanglagers 15, das einen Innen- 15' und Außen- ring 15'' aufweist, ist die Friktionsbremse 10 (Fig. 1 - 4), 10' (Fig. 7), 10'' (Fig. 8, 9) so ausgestaltet, dass sie einen axialen Druck insbesondere auf den Innenring 15' (Fig. 1 - 4, 7) bzw. den Außenring 15'' (Fig. 8, 9) ausübt, wobei je nach Reibwiderstand im Fanglager 15 keine Verdrehung des Innenringes 15' bzw. des Außenrings 15'' relativ zum Außen¬ ring 15'' bzw. Innenring 15' auftritt. Dies ist insbesondere während des Betriebs oder der Rotation der Welle 4 der Fall.
Das Fanglager 15 wird also allgemein (Fig. 1 - 4, 7 - 9) reibschlüssig durch die Friktionsbremse 10 festgehalten und ein unbeabsichtigtes Mitdrehen wird so verhindert.
Sollte im Betrieb die Magnetlagerung wider Erwarten ausfallen, kommt es zum Absturz der Welle 4 und nachfolgend zum Kontakt mit dem Innenring 15' bzw. Außenring 15'' des Fang- lagers 15. Das nun auf den Innenring 15' (Fig. 1 - 4, 7) bzw. Außenring 15'' (Fig. 8, 9) des Lagers 15 wirkende Drehmoment übersteigt den durch die Friktionsbremse 10 aufgebrachten Reibwiderstand und der Innenring 15' (Fig. 1 - 4, 7 - 9) bzw. der Außenring 15'' (Fig. 8, 9) des Fanglagers 15 beschleu- nigt, um die Welle 4 sicher zum Stillstand zu bringen oder wieder weiter zu betreiben.
Der Abstand des Innenrings 15' zur Welle 4 ist kleiner als der Abstand 13 von Welle 4 und Gehäuse 14, 14', 14'' (Figuren 1 bis 4 und 7) .
In Figur 2 ist eine weitere Modifikation der Fanglageranord¬ nung 22 ausgehend von Figur 1 gezeigt.
Das Gehäuse ist hier vorzugsweise in zwei Gehäuseteile 14', 14'' aufgeteilt, so dass das Gehäuse, insbesondere die Ver¬ tiefung 23 erst durch das Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 14', 14'' gebildet wird. Das Fanglager 15 ist vorzugsweise in einer Vertiefung 23 des Gehäuses 14, 14', 14'' angeordnet und weist vorzugsweise dort ein Gegenstück 21 als Abstandshalter auf, das aber auch ein- teilig mit dem Gehäuse 14 ausgebildet sein kann, und auf der anderen Seite gegenüberliegend der Friktionsbremse 10 ange¬ ordnet ist.
Figur 3 zeigt eine weitere Variante der Fanglageranordnung 22.
Es muss keine Vertiefung vorhanden sein, sondern lediglich ein Absatz 23' .
Vorzugsweise ist der Außenring 15' ' des Fanglagers 15 an dem Gehäuse 14 befestigt, vorzugsweise durch Aufschrumpfen, Ein¬ pressen, Anlöten oder Anschweißen, so dass kein Gegenstück 21 notwendig ist (nicht dargestellt) .
Auch die Friktionsbremse 10 muss nicht an einer Seite (gegen- überliegend Stirnseite 18) an einem Gehäuse 14 oder Gehäuse¬ teil 14' oder 14'' anliegen, sondern presst sich mit dem Außenumfang so an das Gehäuse 14 oder Gehäuseteile 14', 14'' an, dass die mechanischen Kräfte, die hier auf den Innenring 15' wirken, durch die Friktionsbremse 10 gehalten werden kön- nen.
In Figur 4 ist eine weitere Variante der Fanglageranordnung 22 gezeigt, bei dem die Friktionsbremse 10 an einer Seite 42 des Gehäuses 14 anliegt und das Fanglager 15 kraftschlüssig mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.
Dabei bedarf es dann keines Gegenstücks 21, wie in Figur 1, 2 oder 3 oder der Aufteilung des Gehäuses 14 in zwei Gehäuse- teile 14', 14'', wie in Figur 2, wobei sich jedoch in Figur 4 von rechts ein weiteres Gehäuseteil anschließen kann. Als Friktionsbremse 10, 10' können allgemein vorzugsweise Scheibenringe mit Vorsprüngen 19', 19'', 19''' (Fig. 5, 6), eine oder mehrere Spiralfedern 25 (Fig. 7), Flachfedern oder federbelastete Gleitsteine verwendet werden, die an das Fang- lager 15, insbesondere an den Außenring 15'' angreifen. Es können ein, zwei oder mehrere Federn o.a. entsprechend der Anzahl von Vorsprüngen 19', 19'', ... bei der Friktionsbremse 10 (Fig. 5, 6) verwendet werden. Die Anordnung einer Fanglageranordnung 22 gemäß Figur 7 kann entsprechend der Modifikationen von Figuren 1, 2, 3 und 4 ausgeführt sein.
In Figur 5 ist eine Aufsicht auf eine beispielhafte Frikti¬ onsbremse 10, wie in Figur 1 beispielsweise eingesetzt, ge¬ zeigt .
Die ringförmige Friktionsbremse 10 weist vorzugsweise eine Ringform 16 auf, insbesondere einen geschlossenen Ring 16, wobei der Außendurchmesser vorzugsweise dem Innendurchmesser des Gehäuses 14 (in der Vertiefung 23, Absatz 23' ) entspricht (insbesondere für Anwendung gemäß Fig. 1, 2, 3, 4) .
Ausgehend von dem Innendurchmesser des Rings 16 stehen ein, zwei oder insbesondere drei Vorsprünge 19', 19'', 19''' aus der Zeichnungsebene hervor (siehe Figur 6) .
Diese Vorsprünge 19', 19'', 19''', ... drücken axial an den Innenring 15' (Fig. 1, 2, 3, 4) oder Außenring 15'' (Fig. 8,
9) des Fanglagers 15 und halten das Fanglager 15 durch das so entstehende Reibmoment fest.
In Figur 8 ist eine weitere erfindungsgemäße Lösung gezeigt, bei der das Fanglager 15 auf der Welle 4 angeordnet, insbe- sondere befestigt ist und das Fanglager 15 als Einheit somit mit rotiert.
Der Außenring 15' ' des Fanglagers 15 wird dabei vorzugsweise durch einen Vorsprung 19', 19'', ... der Fiktionsbremse 10'' festgehalten, um eine relative Drehbewegung zwischen Außen- 15' ' und Innenring 15' des Fanglagers 15 im Normalbetrieb zu verhindern . Die Friktionsbremse 10'' kann vorteilhafter Weise mittels eines Halteelements 20 mechanisch montiert werden.
Die Friktionsbremse 10 liegt vorzugsweise an dem Halteelement 20 an, das ebenfalls auf der Welle 4 angeordnet ist. Ebenso vorzugsweise können Halteelement 20 und Friktionsbremse 10 einteilig ausgeführt sein oder die Friktionsbremse 10'' ist alleine auf die Welle 4 aufgeschrumpft oder anders befestigt (gelötet, ...) .
Das Halteelement 20 kann auf verschiedene Weise auf der Welle 4 befestigt sein: angelötet, angeschweißt, aufgeschrumpft,... oder ist der Teil der Welle 4.
Vorzugsweise liegt das Fanglager 15 an einem Haltestück 28 auf der Welle 4 an, das hier nur vorzugsweise einteilig mit der Welle 4 ausgebildet ist, an. Das Haltestück 28 kann voll- ständig umlaufend um die Welle 4 vorhanden sein oder nur teilweise oder stellt eine Befestigung dar (Schweißpunkte, Schweißnaht, ...) und ist gegenüber der Friktionsbremse 10'' an dem Fanglager 15 angeordnet.
In Figur 9 ist eine Modifikation der Ausführung gemäß Figur 8 gezeigt, bei dem das Fanglager 15 auf der Welle 4 ohne Halte¬ stück 28 befestigt ist.
Als Befestigungsarten des Fanglagers 15 auf der Welle 4 kom- men Schrumpfungen, Lötungen, Schweißen oder sonstige kraftschlüssige Verbindungen in Frage.
Die Friktionsbremse 10'' kann auch auf der Welle 4 befestigt sein (durch Schrumpfung, Lötung, Schweißung, ...) , so dass ein Halteelement 20 nicht benötigt wird (Fig. 8, 9) .
Die Friktionsbremse 10'' in den Figuren 8, 9 kann auch gemäß Figur 7 ausgebildet sein. Der Abstand des Außenrings 15' ' zum Gehäuse 14 ist kleiner als der Abstand 13 von Welle 4 und Gehäuse 14 (Figuren 8, 9) .
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Fanglageranordnung 22 mit einer anderen Friktionsbremse 10'''.
An dem Fanglager 15 ist eine Klemmvorrichtung zwischen Außenring 15'' und Innenring 15' vorhanden.
Vorzugsweise ist das eine Druckfeder/Druckblatt 50, das an dem Außenring 15'' an einer Stelle 54 befestigt ist. Dies kann durch eine Lötung, Schweißung oder sonstiger Befestigungsmöglichkeit erfolgen.
Die Feder 50 wirkt mit einer Kraft auf eine Stelle 58 des Innenrings 15' .
Die Druckkraft der Feder 50 in Axialrichtung bewirkt, dass sich der Innenring 15' bei der Rotation des Rotors 4 nicht mitdreht. Sollte aber ein Kontakt zwischen Rotor 4 und Innenring 15' stattfinden, kann die Druckkraft der Feder 50 über- wunden werden. Das Fanglager 15 lagert dann den Rotor 4.
Diese Friktionsbremse 10''' kann gemäß den Figuren 1 bis 4 und 8, 9 eingesetzt werden.
Sitzt die Friktionsbremse 10''' gemäß Figur 10 auf der Welle 4 auf, so ist der Befestigungspunkt 54 der Feder 50 natürlich auf dem Innenring 15' vorhanden und die Klemmwirkung wirkt auf den Außenring 15' ' .

Claims

Patentansprüche
1. Friktionsbremse (10) für ein Lager (15),
die ringförmig ausgebildet ist,
insbesondere die einen geschlossenen Ring (16) aufweist, wobei zumindest ein Vorsprung (19', 19'', ...) ,
insbesondere der (19', 19'', ...) von einer Innenseite (17) der Ringform (16) ausgeht und
aus einer Ebene, die von einer Stirnseite (18) der Ringform
(16) aufgespannt wird, hervorsteht.
2. Friktionsbremse nach Anspruch 1,
die mindestens zwei,
insbesondere mindestens drei Vorsprünge (19',
ganz insbesondere nur drei Vorsprünge (19', 19
aufweist .
3. Fanglageranordnung (22) für ein Magnetlager (1),
die ein Fanglager (15) und eine Friktionsbremse (10, 10', 10'') für das Fanglager (15) aufweist.
4. Fanglageranordnung nach Anspruch 3,
mit einer Friktionsbremse (10) nach Anspruch 1 oder 2.
5. Fanglageranordnung nach Anspruch 3,
die zumindest eine Druckfeder (25) oder
zumindest einen Gleitstein,
insbesondere federbelastet,
als Friktionsbremse (10') aufweist.
6. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5,
bei der das Fanglager (15) ein Kugellager aufweist.
7. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprü- che 3, 4 oder 5,
bei der das Fanglager (15) ein Zylinderrollenlager auf- weist .
8. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4, 5, 6 oder 7,
die ein Gegenstück (21) im Gehäuse (14, 14', 14'') auf- weist,
an dem (21) das Fanglager (15) anliegt,
insbesondere liegt der Außenring (15'') des Fanglagers (15) an dem Gegenstück (21) an.
9. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 3 bis 8,
bei dem die Friktionsbremse (10, 10') im Gehäuse (14, 14', 14'') angeordnet,
insbesondere befestigt ist.
10. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7,
bei dem das Fanglager (15) auf der Welle (4) des Rotors an geordnet,
insbesondere befestigt ist.
11. Fanglageranordnung nach Anspruch 10,
bei dem die Friktionsbremse (10'') auf der Welle (4) ange¬ ordnet ist.
12. Fanglageranordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Fanglager (15) an einem Haltestück (28) auf der Welle (4) anliegt.
13. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Klemmwirkung der Friktionsbremse (10, 10')/ auf den Innenring (15') des Fanglagers (15) wirkt,
insbesondere durch den zumindest einen Vorsprung (19', 19" , 19" ' ) .
14. Fanglageranordnung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche 3 bis 7 oder 10 bis 12,
bei dem die Klemmwirkung der Friktionsbremse (10"), auf den Außenring (15") des Fanglagers (15) wirkt,
insbesondere durch den zumindest einen Vorsprung (19', 19" , 19" ' ) .
15. Fanglageranordnung nach Anspruch 3,
bei dem eine Klemmvorrichtung (50) zwischen Außenring
(15") und Innenring (15') des Fanglagers (15) vorhanden ist .
16. Fanglageranordnung nach Anspruch 15,
bei dem die Klemmvorrichtung (50) eine Blattfeder ist, die einen Befestigungspunkt (54) auf der einen Hälfte (15', 15") und einen Druckpunkt (58) auf der anderen Hälfte (15', 15") des Fanglagers (15) aufweist.
17. Verfahren zum Betreiben eines Magnetlagers mit einem Fanglager (15) und einer Friktionsbremse (10),
insbesondere bei dem eine Friktionsbremse (10) für das Fanglager (15) nach Anspruch 1 oder 2 verwendet wird, ganz insbesondere eine Fanglageranordnung (22) nach einem oder mehreren Ansprüche 3 bis 16.
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