DE2260080C3 - Gleitlager mit magnetisierbarem Schmiermittel - Google Patents

Description

a) als Polschuhe ausgebildet sind, die stirnseitig mit dem Magneten verbunden sind,

b) sich radial soweit nach innen erstrecken, das sie das drehende Teil mit nur einem geringen radialen Spalt umgreifen, und

c) aus Bimetall bestehen und die radial inneren Randbereiche sich ab einer bestimmten Temperatur gegen Bunde (76, 78) des inneren Lagerteils dichtend anlegen.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmschrauben (84, 86) vorgesehen sind, die den Scheiben (232, 234) einen einstellbaren Druck aufgeben.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager für den Betrieb mit einem magnetisierbaren Schmiermittel, wobei das Schmiermittel durch die Wirkung eines im äußeren Teil angebrachten ringförmigen Magneten innerhalb von das Lager axial begrenzenden ringförmigen Scheiben gehalten wird.

Aus der US-PS 34 39 961 ist ein kombiniertes Axial- und Radial-Gleitlager in Form eines hydrodynamischen Bifluidlagers bekannt, bei dem das Schmiermittel für einen ersten Lagerteil, nämlich das Axial-Gleitlager, ein Gas, insbes. Luft ist, während ein zweites Lagerteil, nämlich das Radiallager, durch eine magnetisierbare Flüssigkeit, insbes. Quecksilber, in einem Magnetfeld geschmiert wird, die eine Dichtung ausbildet, welche verhindert, daß die in einer Hochdruckkammer eingeschlossene Luft aus dem ersten Lagerteil in eine durch das Radiallager von diesem getrennte Niederdruckkammer entweicht. Die Verwendung zweier getrennter strömender Medien macht die Auslegung und Konstruktion von Lagern kompliziert; Bifluidlager dieser Art haben den gasgeschmierten Lagern anhaftenden Nachteil, daß Abnutzung und Beschädigung der zu schmierenden Oberfläche aufgrund der Reibung beim Anlaufen und Anhalten unvermeidbar ist. Bekanntermaßen sind Gaslager nur bei hohen Drehzahlen wirksam, so daß bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten, also insbesondere während des Anlauf- und Anhaltevorganges Lagergeräusch, räumlicher Kontakt zwischen den Oberflächen, die getrennt gehalten werden müssen und Verschmutzung aufgrund der Bildung von Metallstaub im Lagerspalt, bedingt durch Reibung, in Kauf genommen werden müssen.

Des weiteren sind Lagerdichtungen, bei denen zwei beilagenförmige flache Ringe aus Bimetall die Endabschlüsse bzw. Dichtungen für den Innenraum bilden, aus der GB-PS 10 26 007 sowie der GB-PS 5 90 139 bekannt. Die Verformung der Ringe erfolgt dabei bei zunehmender Temperatur im Sinne einer Vergrößerung des von diesen Ringen begrenzten Raumes und umgekehrt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gleitlager der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß es unter Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit als einzigem Schmiermittel einwandfrei betrieben werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die ringförmigen Scheiben als Polschuhe ausgebildet sind, die stirnseitig mit dem Magneten verbunden sind, daß die ringförmigen Scheiben sich radial soweit nach

ίο innen erstrecken, daß sie das drehende Teil mit nur einem geringen radialen Spalt umgreifen, und daß die ringförmigen Scheiben aus Bimetall bestehen und die radial inneren Randbereiche sich ab einer bestimmten Temperatur gegen Bunde des inneren Lagerteiles dichtend anlegen.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird erreicht, daß unter Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit als einzigem Schmiermittel die baulichen Komplikationen bei der Verwendung von magnetisierbarer Flüssigkeit als Dichtung für ein anderes, insbesondere gasförmiges Schmiermittel, entfallen. Die Nachteile, die bekannten Anordnungen, z. B. gasgeschmierten Lagern anhaften, nämlich die rasche Zerstörung aufgrund des Lagerflächenkontaktes, der im Betrieb bei niedrigen Drehzahlen, beispielsweise während der Anlauf- und Auslaufperioden unvermeidbar ist, und die sich daraus ergebende Verschmutzung wie auch die hohe Anlaufleistung, werden damit ausgeschaltet. Es wird ferner mit einem derartigen Lager erreicht, daß Volumenänderungen des Schmiermittels — bedingt durch Wärmeeinflüsse — kompensiert werden; des weiteren stellen solche Lager in sich geschlossene Lager dar, die keine Schmiermittelzufuhr von außen benötigen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren zeigen

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Gleitlagers nach der Erfindung in Teilschnittansicht, und

"0 F i g. 2 in verkleinertem Maßstab eine weitere Ausführungsform eines Gleitlagers in Teilschnittansicht.

Fig. 1 zeigt ein kombiniertes Radial-Axial-Gleitlager

mit einem Lagerteil 62, das auf einer Welle 64 befestigt ist. Das rotierende Lagerteil 62 besitzt einen zentrischen tragenden Teil 66, der zwischen Endteilen 68 und 70 des Lagerteiles 62 ausgebildet ist. Druckplatten 72 und 74 sind in entsprechender Weise auf den Endteilen 68 und 70 befestigt und sind in axialer Richtung von dem mittleren tragenden Teil 66 des Lagerteiles 62 versetzt. Die Druckplatten 72 und 74 laufen deshalb mit dem Lagerteil 62 um. Zwei Endflansche 76 und 78 sind in entsprechender Weise mit den Endteilen 68 und 70 zusammenstoßend befestigt, so daß die Flansche ebenfalls mit dem Lagerteil 62 umlaufen. Die soweit erwähnten Komponenten bilden einen Teil des Rotors der Lageranordnung nach F i g. 1.

Die Lageranordnung nach F i g. 1 weist eine zylindrische Traganordnung 80 auf, die mit einem Gehäuse befestigt sein oder einen Bestandteil dieses Gehäuses darstellen kann. Ein Magnet 82 ist innerhalb der Traganordnung 80 angeordnet und wird dort durch zwei festgezogene Klemmschrauben 84 und 86 gehalten, die in Eingriff mit der Traganordnung stehen. Jede der Klemmschrauben 84 und 86 hält eine von zwei

f>⁵ ringförmigen Scheiben, die Polschuhe 88 und 90 in direktem Kontakt mit dem Magneten 82 halten und an diesem befestigt sind. Die in radialer Richtung nach innen verlaufenden Polschuhe 88 und 90 erzeugen einen

Pfad für das Magnetfeld, das durch den Magneten 82 aufgebaut wird und bewirken eine Konzentration des Magnetflusses an und quer zu entsprechenden Spalten 92 und 94, so daß ein magnetischer Kreis entsteht, da der Lagerteil 62 aus magnetischem Material besteht

Wie in F i g. 1 gezeigt, ist ferner e.n stationäres, mittleres Stabilisierelement % vorgesehen, das die Form eines hohlen Zylinders besitz^ der aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist; die äußere zylindrische Oberfläche ist dabei mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Magneten 82 befestigt Das Stabilisierelement %6 ragt in den Raum hinein, der durch den zentrischen, tragenden Teil 66 und jede der beiden Druckplatten 72 und 74 definiert ist Die magnetischen Komponenten 82 und 88, 90 stellen zusammen mit dem Stabilisierelement 96 den Stator der Lageranordnung nach F i g. 1 dar.

Stator und Rotor der Lageranordnung nach F i g. 1 sind durch einen kontinuierlichen, mäanderförmigen Spalt getrennt da sie in einem gewünschten Abstand durch eine magnetisierbare Flüssigkeit 98 gehalten werden, die den Spalt praktisch vollständig füllt, weicher nur längs der Spalte 92 und 94 offen ist. Die magnetisierbare Flüssigkeit 98 ist das einzige vorhandene Schmiermittel.

Wie sich aus der Darstellung nach F i g. 1 ergibt, kann die Lageranordnung als Kombination eines Gleitlagers und eines doppelt wirkenden Drucklagers betrachtet werden. Das Gleitlager wird durch den zentrischen, tragenden Teil 66 und die gegenüberliegende innere Fläche 97 des zentrischen Stabilisierelementes 96 gebildet Wenn eine radiale Belastung auf die Wd'.e 64 aufgebracht wird, wird das Lager exzentrisch, so daß der Flüssigkeitsdurchmesser sich im Lagerspalt 99 zwischen dem tragenden Teil 66 und der inneren Oberfläche 97 des zentrischen Stabilisierelementes 96 ändert. Der viskose Widerstand, den der sich bewegende, tragende Teil 66 auf die Flüssigkeit 98 ausübt, treibt die Flüssigkeit innerhalb des Lagerspaltes 99 an und baut einen hydrodynamischen Druck auf, der der radialen, auf die Welle 64 aufgegebenen Belastung entgegenwirkt

Hydrodynamische Gleitlager, die mit Hilfe von unter Druck stehenden Schmiermitteln geschmierte Lager sind, sind jedoch instabil. Diese Instabilität läßt sich dadurch vermeiden, daß Nuten 102 in die Oberfläche des tragenden Teiles 66 eingeschnitten werden, die bewirken, daß die Flüssigkeitsdruckverteilung vergleichmäßigt wird. Wenn die Nuten 102 eine spiralförmige Gestalt aufweisen, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, wodurch ein Rotationssinn in Pfeilrichtung angenommen wird, dann drücken sie die Flüssigkeit 98 gegen die Mittelebene des Lagers, d.h. gegen die Mitte des zwischenliegenden tragenden Teiles 66. Dieser Effekt verhindert ferner ein Undichtwerden der Lageranordnung an den Abdichtungen längs der Spalte 92 und 94 durch Abnahme des Flüssigkeitsdruckes längs der Spalte 92 und 94 durch Abnahme des Flüssigkeitsdrukkes in den Zonen in der Nähe der Spalte 92 und 94.

Die doppelt wirkende druckabsorbierende Fähigkeit der Lageranordnung nach F i g. 1 ergibt sich aus dem Vorhandensein der Druckplatten 72 und 74, deren nach innen orientierten Oberflächen in der Nähe der Endflächen 73 und 75 des zentrischen Stabilisierelementes 96 liegen.

Unter einer axialen, d. h. Drucklast, wird der Rotor der Lageranordnung in axialer Richtung verschoben, so daß der Abstand auf einer Seite des Lagers zwischen einer der Druckplatten, entweder 72 oder 74, und der benachbarten Endfläche 73 oder 75 des Stabilisierelementes 96 geringer wird, während der Abstand am anderen Ende zunimmt Dies bewirkt, daß das Ende mit dem verkleinerten Abstand als Pumpe wirksamer wird und einen Druckanstieg erzeugt während der Druck an dem Ende mit dem größeren Abstand abnimmt Ein stetiger Zustand wird erhalten, wenn die durch den Unterschied zwischen den Drücken am einen oder

ίο anderen Ende erzeugte Kraft gleich und entgeg^ngesetzt der angelegten Belastung wird.

Die Durchflußkanäle, z.B. der Durchflußkanal 106 können zwischen den Endflächen 73 und 75 des Stabilisierelementes 96 vorgesehen sein, um zu verhindem, daß Laststützdrücke (von einer axial angelegten Last stammend), die Flüssigkeit durch die magnetische Abdichtung an einem der Spalte 92 und 94 herausdrükken. Die Kanäle wirken auch zur Stabilisierung des Lagers in axialer Richtung, indem Instabilität hervorrufende Druckunterschiede verhindert werden. Zweckmäßigerweise werden mehrere solcher Durchflußkanäle 106 vorgesehen, die in gleichem Abstand voneinander um den Umfang dss Stabilisierelementes 96 angeordnet sind; Anzahl und Größe dieser Kanäle hängen von den Arbeitsbedingungen ab, unter denen die Lageranordnung betrieben werden soll. Eine lecksichere magnetische Abdichtung wird längs jedes der Spalte 92 und 94 ausgebildet
Jeder der beiden Polschuhe 232 und 234 besteht aus streifenförmigem Bimetall-Material, das seine Konfiguration als Funktion der Temperatur ändert; dadurch ergibt sich, daß die Bimetall-Polschuhe 232 und 234 die Expansion und Kontraktion der magnetisierbaren Flüssigkeit 98 über einen weiten Temperaturbereich kompensieren. Das heißt, daß die in radialer Richtung nach innen gerichteten Flächen der bimetallischen Polschuhe 232 und 234, die die Konfiguration von bimetallischen Beilagen besitzen, gegen die zweckmäßigerweise nichtmagnetischen Flansche 76 und 78 nach außen mit zunehmender Temperatur abgelenkt werden, so daß die Volumenänderung der Kanäle und Spalte, die die magnetisierbare Flüssigkeit aufnehmen, der Änderung des Flüssigkeitsvolumens entspricht, die durch thermische Expansion verursacht wird. Umgekehrt werden die bimetallischen Polschuhe 232 und 234 nach innen, d. h. von den Flanschen 76 und 78 weg bei abnehmender Temperatur abgelenkt, um Verringerungen im Flüssigkeitsvolumen zu kompensieren. Das Ausmaß der temperaturbedingten Auslenkung der bimetallischen Polschuhe 232 und 234 kann innerhalb gewisser Grenzen durch eine entsprechend gewählte Einstellung des Druckes gesteuert werden, der über die Klemmschrauben 84 und 86 an die entsprechenden Polschuhe gegeben wird, und/oder durch Anfangswahl der Dicke oder des Materials der bimetallischen Polschuhe 232 und 234.

Wie weiter oben erwähnt, kann eine solche Lageranordnung hohen Temperaturen ausgesetzt sein, z. B. während einer Hochvakuum-Ausheizbehandlung,

d. h. einem Entgasen vor dem tatsächlichen Einsatz des Lagers, was zu einem Abkochen der magnetisierbaren Flüssigkeit 98 führen würde. Um ein solches Abkochen zu verhindern, dienen die Flansche 76 und 78 als Begrenzungsanschläge für die nach außen gerichtete Expansion der bimetallischen Polschuhe 232 und 234 bei zunehmender Temperatur. Die sich daraus ergebende Abdichtung von Metall gegen Metall verhindert weitgehend einen Verlust an magnetisierbarer Flüssig-

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keit während des Entgasens. Flußkonzentrationsvorrichtungen, sondern auch als

In F i g. 2 weist die Gleitlageranordnung ähnlich der Volumenausgleichsvorrichtungen ähnlich denen in Ver-

Fig. 1 zwei Flansche 122 und 124 aus nichtmagneti- bindung mit der Lageranordnung nach Fig. 1. Des

schem Material auf. Auch hier sind Polschuhe 236 und weiteren erzeugen die Polschuhe 236 und 238 die

238 bimetallische ringförmige Scheiben. Die bimetall)- ^r> vorbeschriebene Abdichtung von Metall mit Flanschen

sehen Polschuhe 236 und 238 wirken nicht nur als 122 und 124, die als Anschläge wirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gleitlager für den Betrieb mit einem magnetisierbaren Schmiermittel, wobei das Schmiermittel durch die Wirkung eines im äußeren Teil angebrachten ringförmigen Magneten innerhalb von das Lager axial begrenzenden ringförmigen Scheiben gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Scheiben (232,234)