DE3011078C2 - Magnetlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetlager für einen zu einer Achse drehtür angeordneten Rotor mit am Rotor befindlichen Magnetringen ?.ur be^rr«hrungsfreien Zentrierung des Rotors gegenüber der Achse gernäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-PS 8 29 832 ist ein Lager bekannt, bei dem durch entsprechende Anordnung von Permanentmagneten ein axiales Spiel der Welle oder des Zapfens unterbunden werden kann.

Es sind bereits elektrische Drehmaschinen bekannt, die als Motor oder als Generator arbeiten und einen das kinematische Schwungrad bildenden Rotor aufweisen. Derartige Maschinen sind heute unter dem Namen »kinetische Räder« bekannt und werden oft aufgrund ihres geringen Gewichts sowie ihrer kleinen Abmessungen an Bord von künstlichen Satelliten verwendet.

Ein derartiger Rotor ist gewöhnlich freilaufend um seine Drehachse aufgehängt und seine Axialstellung auf dieser Achse oder Welle wird aufgrund einer Aufhängung mit magnetischen Lagern aufrechterhalten, die Luftspalte zwischen dem Rotor und feststehenden an der Welle befestigten Teilen bewahren, wobei diese Luftspaite sich in im rechten Winkel zur Welle liegenden Ebenen befinden. Somit ist der Rotor zwischen seinen Luftspalten aufgehängt, die eine Weite von etwa 0.6 bis 0,7 mm haben, wobei es unter Berücksichtigung ihrer Unbesländigkeit erforderlich ist, in den Magnctlagern Elektromagnete unterzubringen, deren Speisestrom so geregelt wird, daß die Weite dieser Luftspalte so konstant wie möglich gehalten wird. Darüber hinaus sind zur Vermeidung, daß sich der Rotor axial um eine Länge verschiebt, die ausreicht, daß er während der Rotation gegen feststehende Teile des entsprechenden kinetischen Rades aufgrund eines Versagens der Magnetlager oder Eintreten von unvorhergesehenen Bctriebszuständen stößt und die Gefahr einer Beschädigung und möglicherweise eine Zerstörung des Rades verursacht. .Sicherheitsanschläge vorgesehen, die jeweils aus einem Kugellager, Rollen- oder Nadellager bestehen, die /.ur Rotorachse konzentrisch angeordnet sind. Ein Ring eines derartigen Lagers, z. B. der Außenring, ist unmittelbar am Rotor befestigt, während der andere Ring des Lagers, beispiclshalbcr der Innenring, an einem Anschlagtci! befestigt ist, so daß er mit einem komplementären mit der Welle verbundenen Anschlagteil zusammenarbeiten kann, wenn ein beträchtliches Maß an Axialgleiten des Rotors vorliegt Unter normalen •Betriebsbedingungen, wenn also der Rotor in der richtigen Axialstellung ist und sich um seine Achse dreht, drehen sich die beiden Ringe des Lagers mit dem Rotor und es tritt faktisch keine Relativbewegung zwischen den Ringen auf, wobei die beiden zusammenarbeitenden Anschlagteile dann zueinander in einem räumlichen Abstandsverhältnis stehen.

Andererseits kommen bei Auftreten einer beträchtlichen Axialverschiebung des Rotors die beiden Anschlagteile miteinander in Kontakt, um die Amplitude der Bewegung zu begrenzen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Innenring daran gehindert, sich zu drehen, und der Ruiüf dfchi Sich aufgrund der Tatsache UiTi Seine Achse, daß der Außenring sich gegenüber dem Innenring zu drehen beginnt.

Um den einwandfreien Betrieb dieser Sicherheitsanschlage zu gewährleisten, ist es für das Längsspiel zwischen den beiden Ringen der Kugellager unerläßlich, daß dieses faktisch Null ist, da sonst die Außenringe und demzufolge auch der Rotor ihre Axialverschiebung weiter fortsetzen könnten, während die Innenlauf ringe be-

jo reits blockiert sind, wodurch der Schutz durch die Sicherheitsanschläge illusorisch wird.

Es wurde bereits zur Überwindung dieses Nachteils unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die vom Hersteller gelieferten Toleranzen der Kugellager auf dem Markt kein hinreichend kleines Längsspiel gewähren, vorgeschlagen, in jedem Sicherheitsanschlag zwei identische, gekoppelte konzentrische Kugellager einzusetzen und zwischen den Innenringer, der Lager jedes derart ausgestatteten Paares eine Zwiscueii- oder Beilage unterzubringen, so daß diese Innenringe auf diese Weise einen hinreichenden Abstand voneinander erhalten, so daß das Längsspiel des Kugellagerpaares faktisch Null ist.

Eine derartige Lösung hat jedoch auch Nachteile. Es müssen zwei Kugellager pro Sicherheitsanschlag vorgesehen werden, wodurch die Gesamtkosten steigen und eine zusätzliche Masse sowie größere Abmessungen eingeführt werden, wogegen im Hinblick auf die aufzunehmenden Belastungen nur ein Kugellager ausreichend wäre. Darüber hinaus ist dic>e bekannte Lösung schwierig in der Herstellung, da die Kugellager gepaart weiden müssen und eine oft nur wenige Millimeter dikke Bei- oder Zwischenlage maschinell angefertigt und in Stellung gebracht werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise ein Magnetlager zu schaffen, bei dem trotz der sich aus der Herstellung der Kugellagerteile selbst ergebenden Toleranzen kein Spiel zwischen den Lagerteilen vorhanden ist.

M) Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Magnetlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Magnet·

h5 lagers soll nachfolgend anhand der Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigen, erläutert werden. Dabei zeigt

I·' i g. I eine Tcilansicht im axialen Halbschnitt eines

Sicherheitsanschlags für ein kinetisches Trägheitsrad bekannter Bauart;

F i g. 2 eine Teilansicht in der F i g. 1 ähnlicher Darstellung eines Sichcrheitsanschlags für ein kinetisches Trägheitsrad nach der Erfindung.

Nach den Zeichnungen, in denen für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden, weist das Rad der F i g. 1 einen Rotor 1 auf, der sich um eine Achse 2 einer feststehenden Welle 3 dreht Der Rotor 1 ist freilaufend auf -dor Welle 3 montiert und wird dort über Magnetlager bekannter Bauart in Axialstellung gehalten. In der F i g. 1 sind nur die magnetisierten Ringe 4 und 5 eines Magnetlagers wiedergegeben. Die Ringe 4 und 5 sind gegen die Achse 2 konzentrisch.

Der Rotor 1 weist eine Büchse 6 auf, mit der er fest verbunden ist und die zur Achse 2 konzentrisch liegt. In dem ringförmigen Raum zwischen dtr Büchse 6 und der Welle 3 sind zwei übereinander liegende Kugellager 7 und 8 untergebracht Die Außenlaufringe Ta und Sa der Lager 7 und 8 stoßen aneinander und stehen mit der Innenwand der Büchse 6 in Kontakt Sie werden zwischen einer Beilage 9 und einer Ringmuiier IC gehalten, die auf einem in der Innenwand der Büchse 6 vorgisehenem Gewinde aufgeschraubt ist Die Innenlaufringe Tb und 86 der Lager 7 und 8 werden von einem zur Achse 2 konzentrischen Innenring 11 abgedeckt der einen Flansch 12 aufweist, der auf die Kante des Laufrings 76 stößt Darüber hinaus können auf der Seite der Magnetringe 4 und 5 durch eine Ringmutter 13, die auf einem Gewinde in der Außenwand von Ring 11 aufgeschraubt ist die Innenlaufringe Tb und 8b zwischen der Außenwand und dem Flansch 12 festgezogen werden. Eine Zwischen- oder Beilage 14 liegt zwischen den inneren Laufringen Tb und Bb, um ein Längsspiel des Lagerpaares 7,8 zu vermeiden.

An dem Teil neben dem Flansch 12 weist der Ring 11 eine Abschrägung 15 gegenüberliegend einer komplementären abgeschrägten Kante 16 der Welle 3 auf. Abgesehen von den magnetisierten Ringen 4 und 5 sind die verschiedenen Elemente des Anschlags der Fig. 1 aus nicht-magnetischem Werkstoff gefertigt.

Bei Normalbetrieb wird der Rotor 1 aufgrund der Wirkung der Magnetlager in relativer Axialsteiiung zur Welle 3 gehalten, so daß ein Luftspalt 17 einerseits zwischen dem Ring 11 und der Welle 3 und andererseits zwischen der abgeschrägten Kante 16 und der Abschrägung 15 vorliegt. Der Rotor 1 kann somit frei um die Welle 3 rotieren. Es ist zu bemerken, daß der Ring 11 sich dann über die Kugellager 7 und 8 mit dem Rotor 1 dreht, deren Innenlaufringe Tb und 86 mit den äußeren Laufringen Ta und 8a mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie der Rest des Roto-s um die Welle 3 rotieren. Bei dieser Betriebsart intervenieren die Lager 7 und 8 bei der Drehung des Rotors 1 nicht und dienen nur als Verbindung zwischen letzterem und dem Ring 11.

Sollte sich aus irgendeinem Grunde der Rotor 1 nach oben bewegen (vgl. F i g. 1), so tritt der Fall ein, daß die Abschrägung 15 mit der abgeschrägten Kante 16 in Kontakt kommt. Der Ring 11 löst sich aufgrund der sich daraus ergebenden Reibung von der Rotation des Rotors, der jedoch aufgrund der Tatsache weiter rotieren kann, daß die Lager 7 und 8 dann ihre Funktion als Lager ausüben. Da die zwischen den Laufringen Tb und 8b eingesetzte Zwischenlage 14 etwaiges Längsspiel faktisch eliminiert, kommt die relative Verschiebung des Rotors 1 gegenüber der Achse 3 zum Stillstand, sobald die Abschrägungen 15 und 16 einander berühren. Selbstverständlich ist auf dem Rad noch ein zusätzlicher (nicht dargestellter) Anschlag vorgesehen, der auf ähnliche Weise wirksam wird, wenn die Rotorverschiebung in die entgegengesetzte Richtung (nach unten in F i g. 1) geht

Wie bereits erwähnt, weist der Sicherheitsanschlag der F i g. 1 Nachteile auf. die durch die Erfindung überwunden werden, was anhand des Beispiels der F i g. 2 dargelegt wird. Hier sind auch die gleichen Bauelemente 1 bis 6,9 bis

ίο 12 und 15 bis 17 eingezeichnet die genauso wie in F i g. 1 angeordnet sind, ausgenommen die Kugellager 7 und 8. die Ringmutter 13 und die Beilage 14. Das Kugellager 7 und 8 ist durch ein einziges Kugellager 18 ersetzt, weshalb die Ein- oder Zwischenlage 14 entfällt, und Ring- mutter 13 wird gegen eine aus magnetischem Werkstoff gefertigte Ringmutter 19 ausgetauscht Der äußere Laufring 18a des Lagers 18 ist zwischen der Einlage 9 und der Ringmutter 10 blockiert, während der innere Laufring 186 zwischen dem Flansch 12 und der Magnet mutter 19 eingezwängt ist Darüber hinaus ist der Radi us des magnetisierten Rings 4 (oder 5) nnd/oder der Radius der magneimuttcr iS gegebcneni&üs so gewählt, daß der Ring und die Mutter zumindest im wesentlichen einander gegenüberliegen. Des weiteren ist die Dicke 20 des zwischen diesem Ring und dieser Mutter zwischengelegten Materials des Rotors 1 zweckmäßig gegenüber der Dicke des Anschlags nach F i g. 1 verringert Somit können die magnetischen Streuflüsse von Ring 4 auf die Ma.gnetmutter 19 eine gegenüber der Schwerkraft un empfindliche Daueranziehung ausüben. Dhse Magnet mutter ist mit dem Innenring 186 verbunden, so daß es 7.U einer Axialversetzung zwischen letzterem und dem Außenring 18a kommt, wobei das Längsspiel von Lager 18 aufgenommen wird. Die Sicherheitsfunktion des An schlags der F i g. 2 ist dabei der von F i g. 1 ähnlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetlager für einen zu einer Achse drehbar angeordneten Rotor mit am Rotor befindlichen Magnetringen zur berührungsfreien Zentrierung des Rotors gegenüber der Achse, mit einer Kugellagerung als Hilfslager. deren eine Laufbahn am Rotor und deren andere Laufbahn an einem der Achse mit Spiel zugeordneten Zwischenring axial mittels je einer gegen ein Widerlager wirkenden Ringmutter festgelegt ist, wobei durch axiale Verspannung einer Laufbahn die Kugellagerung spielfrei gehalten ist, und mit einer Anschlagfläche an der von der Ringmi'.fter abgewandten Seite des Zwischenrings gegenüber einer Anschlagfläche an der Achse zur Begrenzung einer Bewegung des Rotors in einer axialen Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfslager aus einem einzigen Kugellager (18) mit einem inneren und einem äußeren Laufring (i8b, tea) besteht und daß die den Laufring, weicher die verspannte Laufbahn aufweist, axial festlegende Ringmutter (19) aus magnetischem Werkstoff gebildet ist und von einem der Magnetringe (4) am Rotor (1) angezogen wird.