PL228074B1 - Pierscien chłodzacy zwłaszcza dla łozysk polimerowych i jego zastosowanie - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest pierścień chłodzący zwłaszcza dla łożysk polimerowych, znajdujący zastosowanie w urządzeniach produkcyjnych dla przemysłu spożywczego, elektroenergetycznego i wytwórstwa różnorakich przedmiotów przemysłu wielobranżowego, gdzie wykorzystuje się polimerowe łożyska ślizgowe, montowane na metalowych wałach obrotowych.

Polimerowe łożyska ślizgowe używane są w przemyśle spożywczym, elektroenergetycznym i wielobranżowym ze względu na dobrą odporność chemiczną, niski współczynnik tarcia i niską cenę. Jednakże, zakres ich stosowania jest ograniczony wydajnością cieplną. Siły tarcia obecne podczas pracy łożyska powodują powstawanie ciepła na powierzchni kontaktu metalowego wału z plastikowym łożyskiem. Ilość wytworzonego ciepła zależy od obciążenia łożyska oraz prędkości obrotowej wału. Powstałe ciepło skutkuje wzrostem temperatury, który może prowadzić do stopienia materiału polimerowego łożyska lub jego szybszego zużycia. Rozkład i maksymalne wartości temperatury wewnątrz łożyska wynikają z bilansu cieplnego pomiędzy ilością ciepła wytworzonego i ciepła rozproszonego przez wał jak również przez łożysko i jego obudowę. Przepływ ciepła przez łożysko jest w dużej mierze ograniczone niską przewodnością cieplną materiału polimerowego, co ma bezpośredni wpływ na wzrost temperatury podczas jego pracy. Poprawa wydajności cieplnej łożyska polimerowego może zostać osiągnięta poprzez zwiększenie jego efektywności chłodzenia. Zasadnicza część ciepła wytwarzanego na powierzchni kontaktu pomiędzy łożyskiem i wałem przepływa do wału. Dzięki dobrej przewodności cieplnej materiału wału, wykonanego przykładowo ze stali, ciepło jest łatwo przekazywane i rozpraszane do otaczającego środowiska. Znanym rozwiązaniem stosowanym w celu poprawy rozpraszania ciepła z wału są tak zwane pierścienie chłodzące mocowane do powierzchni wału. Typowe pierścienie chłodzące wykonywane są z metali z uwagi na wysoką przewodność cieplną tych materiałów. Jednakże stosowanie metali wiąże się z dużym ciężarem pierścienia oraz ogranicza możliwości związane z jego kształtem.

Istotą pierścienia chłodzącego, zawierającego otwór przelotowy i powierzchnie czołowe, usytuowane wokół przelotowego otworu, oraz wyposażonego w żebra chłodzące, jest to, że żebra chłodzące zintegrowane są z powierzchniami czołowymi pierścienia chłodzącego, który wykonany jest z materiału polimerowego o przewodności termicznej co najmniej 1 W/mK.

Korzystnie pierścień chłodzący zawiera drugą powierzchnię czołową, znajdującą się pomiędzy żebrami i utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy żebrami o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia.

Korzystnie pierścień chłodzący wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem centrycznie usytuowanym w pierścieniu, a linia podziału połówek pierścienia przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber.

Korzystnie pierścień chłodzący zawiera wypusty, które zintegrowane są z powierzchnią czołową pierścienia, i połączone są ze sobą rozłącznie.

Alternatywnie pierścień chłodzący zawiera drugą powierzchnię czołową, znajdującą się pomiędzy żebrami, utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy żebrami o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia oraz wyposażony jest w dodatkowe żebra chłodzące o różnej długości, które usytuowane są na powierzchni drugiej powierzchni czołowej i rozmieszczone są na obwodzie pierścienia w kierunku promienistym względem środka pierścienia.

Korzystnie pierścień chłodzący z dodatkowymi żebrami, wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem centrycznie usytuowanym w pierścieniu a linia podziału połówek pierścienia przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber chłodzących.

Korzystnie pierścień chłodzący z dodatkowymi żebrami zawiera wypusty, które zintegrowane są z powierzchnią czołową pierścienia, i połączone są ze sobą rozłącznie.

Alternatywnie pierścień chłodzący zawiera obwodowe żebra, które usytuowane są na bocznej powierzchni krążka skośnie, pod kątem α mniejszym od 90 stopni.

Zastosowanie pierścienia chłodzącego według wynalazku w układzie napędowym, w którym silnik elektryczny napędza wał obrotowy, ułożyskowany w polimerowym łożysku ślizgowym w pobliżu którego, na wale obrotowym osadzony jest nieruchomo pierścień chłodzący.

Zaletą pierścienia według wynalazku jest wykorzystanie polimerów przewodzących cieplnie w konstrukcji pierścieni. Podstawową zaletą jest możliwość projektowania bardziej skomplikowanych

PL 228 074 B1 kształtów i uzyskania w efekcie większej powierzchni oddawania ciepła lub/i zoptymalizowanego ruchu powietrza wzbudzanego przez obracający się pierścień chłodzący. Usprawnienia te umożliwiają obniżenie temperatury pracy i tym samym wydłużenie żywotności rozpatrywanego układu lub zastosowanie większych obciążeń jak np. wyższej prędkości kątowej wału czy siły działającej na wał. Ponadto, proponowany wynalazek pozwala zredukować wagę pierścieni chłodzących dzięki mniejszej gęstości materiałów termoplastycznych w stosunku do metali umożliwiającej zminimalizowanie masy pierścienia chłodzącego. Dodatkową korzyścią jest redukcja kosztu oraz skrócenie procesu wytwarzania pierścieni chłodzących dzięki zastosowaniu technologii wtrysku. Proponowany wynalazek jest też rozwiązaniem przyjaznym środowisku z uwagi na zastosowanie termoplastów, które mogą zostać poddane procesowi recyklingu.

Pierścień chłodzący według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierścień w pierwszym przykładzie wykonania wynalazku w rzucie izom etrycznym, fig. 2 - pierścień w drugim przykładzie wykonania wynalazku w rzucie izometrycznym, fig. 3 - pierścień w trzecim przykładzie wykonania wynalazku w rzucie izometrycznym, fig. 4 - szczegół „a” z fig. 3, a fig. 5 przedstawia przykład zastosowania pierścienia według wynalazku w układzie napęd owym zawierającym co najmniej jedno polimerowe łożysko ślizgowe.

Pierścień chłodzący 1 (1', 1, 1') wykonany jest w technologii wtrysku albo druku 3D, z materiału polimerowego o przewodności termicznej co najmniej 1 W/mK. Pierścień zawiera otwór przelotowy 2 i powierzchnie czołowe 3, usytuowane wokół tego otworu, oraz wyposażony jest w żebra chłodzące 4 (10), wykonane z każdej strony pierścienia. Pierścień wykonany jest z dwóch połówek połączonych ze sobą mechanicznie. Podział pierścienia na dwie połowy zapewnia łatwy montaż pierścienia na obrotowym wale 12, uwidocznionym na fig. 5. Linia podziału 5 dwóch połówek przebiega w płaszczyźnie prostopadłej do powierzchni czołowej pierścienia przechodząc przez jego środek geometryczny. Każda z połówek pierścienia wyposażona jest w co najmniej dwa wypusty 6, symetrycznie usytuowane naprzeciw siebie wokół otworu 2 i zawierające otworki montażowe 7, służące do połączenia obu połówek w jedną całość. W niektórych zastosowaniach, szczególnie dla krótkich wałów obrotowych, pierścień może być wykonany jako jedna całość bez podziału na dwie połowy, co nie j est przedstawione na fig. 1 i fig. 2, a wówczas pierścień 1 pozbawiony jest wypustów 6.

W pierwszym wykonaniu wynalazku pierścień chłodzący 1' wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem 2 centrycznie usytuowanym w pierścieniu 1 ', którego średnica dopasowana jest do średnicy wału obrotowego, na którym mocowany jest nieruchomo pierścień. Pierścień z każdej strony, przedniej i tylnej zawiera dwie czołowe powierzchnie, pierwszą 3 znajdującą się wokół otworu 2 i zintegrowaną z powierzchnią promienistych żeber 4 wykonanych w każdej z płaszczyzn z obu stron pierścienia oraz drugą powierzchnię czołową 8, znajdującą się pomiędzy żebrami 4, utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy zebrami 4 o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia. Linia podziału 5 połówek pierścienia przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber 4. Obie połówki pierścienia połączone są ze sobą rozłącznie poprzez wypusty 6, zintegrowane z powierzchnią 3 i połączone ze sobą mechanicznie w znany sposób, poprzez otworki 7, wykonane w wypustach 6. W przypadku wykonania pierścienia 1' jako jednej całości powierzchnia 3 pozbawiona jest wypustów 6, co nie jest uwidocznione na rysunku.

W drugim wykonaniu wynalazku pierścień chłodzący 1'' wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem 2 centrycznie usytuowanym w pierścieniu 1', którego średnica dopasowana jest do średnicy wału obrotowego, na którym mocowany jest nieruchomo pierścień. Pierścień z każdej strony, przedniej i tylnej zawiera dwie czołowe powierzchnie, pierwszą 3, znajdującą się wokół otworu 2 i zintegrowaną z powierzchnią promienistych żeber 4 wykonanych w każdej z płaszczyzn z obu stron pierścienia oraz drugą powierzchnię czołową 8, znajdującą się pomiędzy żebrami 4, utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy żebrami 4 o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia. Linia podziału 5 połówek pierścienia przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber 4. Obie połówki pierścienia połączone są ze sobą rozłącznie poprzez wypusty 6, zintegrowane z powierzchnią 3 i połączone ze sobą mechanicznie w znany sposób, poprzez otworki 7, wykonane w wypustach 6. Z obu stron pierścienia 1 '', pomiędzy promienistymi żebrami 4 usytuowane są dodatkowe żebra chłodzące 9a i 9b o różnej długości, które usytuowane są na powierzchni 8 i rozmieszczone są na obwodzie pierścienia 1 w kierunku promienistym względem środka pierścienia. W przykładzie wykonania wynalazku żebra 9b są dłuższe od żeber 9a, rozmieszczonych po obu stronach żeber 9b. W przypadku

PL 228 074 B1 wykonania pierścienia 1'' jako jednej całości powierzchnia 3 pozbawiona jest wypustów 6, co nie jest uwidocznione na rysunku.

W trzecim wykonaniu wynalazku pierścień chłodzący 1''' wykonany jest jako jedna całość. Pierścień stanowi płaski krążek z otworem 2 centrycznie usytuowanym w pierścieniu 1''', którego średnica dopasowana jest do średnicy wału obrotowego, na którym mocowany jest nieruchomo pierścień. Pierścień z każdej strony, przedniej i tylnej zawiera czołową powierzchnię pierwszą 3 znajdującą się wokół otworu 2 i zintegrowaną z powierzchnią obwodowych żeber chłodzących 10 wykonanych w każdej z płaszczyzn z obu stron i utworzoną przez całkowite wybranie materiału pomiędzy częścią powierzchni 8, przedstawionej na fig. 1 i 2. Obwodowe żebra 10 usytuowane są na bocznej powierzchni krążka 1''' skośnie, pod kątem α mniejszym od 90 stopni. Takie usytuowanie żeber 10 umożliwia sterowanie chłodzeniem łożyska.

Pierścień chłodzący według wynalazku znajduje zastosowanie w układzie napędowym, w którym silnik elektryczny 11 napędza wał obrotowy 12, ułożyskowany w polimerowym łożysku ślizgowym 13 i połączony z elektrycznym urządzeniem odbiorczym 14. W pobliżu łożyska 13, na wale 12 zamocowany jest co najmniej jeden pierścień chłodzący 1 (1', 1, 1''') z jednej lub obu stron łożyska. W przypadku umieszczenia pierścienia chłodzącego z obu stron łożyska, co jest przedstawione na fig. 5 linią kreskowaną, wybór pierścieni 1', 1'' lub 1''' jest dowolny i zależy od użytkownika. W przypadku wyboru pierścienia chłodzącego 1 ''', zaopatrzonego w obwodowe żebra 10, można sterować chłodzeniem łożyska 13 poprzez takie umieszczenie pierścienia 1''' w pobliżu łożyska 13, że ruch powietrza chłodzącego skierowany jest dośrodkowo w kierunku łożyska lub odśrodkowo od łożyska, w zależności od położenia kąta α. Pierścień 1''' może być również wykonany w postaci dwóch połówek złączonych ze sobą mechanicznie, co nie jest uwidocznione na rysunku.

Claims (9)

1. Pierścień chłodzący zwłaszcza dla łożysk polimerowych, zawierający otwór przelotowy i powierzchnie czołowe, usytuowane wokół przelotowego otworu, oraz wyposażony w żebra chłodzące, znamienny tym, że żebra chłodzące (4, 10) zintegrowane są z pierwszymi powierzchniami czołowymi (3) pierścienia chłodzącego (1), który wykonany jest z materiału polimerowego o przewodności termicznej co najmniej 1 W/mK.

2. Pierścień chłodzący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera drugą powierzchnię czołową (8), znajdującą się pomiędzy żebrami (4), utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy zebrami (4) o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia (1').

3. Pierścień chłodzący według zastrz. 2, znamienny tym, że wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem (2) centrycznie usytuowanym w pierścieniu (1'), a linia podziału (5) połówek pierścienia (1') przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber (4).

4. Pierścień chłodzący według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera wypusty (6), zintegrowane z powierzchnią czołową (3) i połączone ze sobą rozłącznie.

5. Pierścień chłodzący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera drugą powierzchnie czołową (8), znajdującą się pomiędzy żebrami (4), utworzoną przez wybranie materiału pomiędzy żebrami (4) o grubości znacznie mniejszej od grubości całego pierścienia (1') oraz wyposażony jest w dodatkowe żebra chłodzące (9a) i (9b) o różnej długości, które usytuowane są na powierzchni (8) i rozmieszczone są na obwodzie pierścienia (1) w kierunku promienistym względem środka pierścienia.

6. Pierścień chłodzący według zastrz. 5, znamienny tym, że wykonany jest z dwóch połówek, które po złączeniu ze sobą tworzą płaski krążek z otworem (2) centrycznie usytuowanym w pierścieniu (1''), a linia podziału (5) połówek pierścienia (1'') przebiega wzdłuż osi geometrycznej pierścienia symetrycznie wzdłuż linii podziału jednego z żeber (4).

7. Pierścień chłodzący według zastrz. 6, znamienny tym, że zawiera wypusty (6), zintegrowane z pierwszą powierzchnią czołową (3) i połączone ze sobą rozłącznie.

8. Pierścień chłodzący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera obwodowe żebra (10), które usytuowane są na bocznej powierzchni krążka (1') skośnie, pod kątem α mniejszym od 90 stopni.

PL 228 074 Β1

9. Zastosowanie pierścienia chłodzącego (1', 1, 1') w układzie napędowym, w którym silnik elektryczny (11) napędza wał obrotowy (12), ułożyskowany w polimerowym łożysku ślizgowym (13) w pobliżu którego, na wale (12) osadzony jest nieruchomo pierścień (1', 1, 1').