DE2129018A1

DE2129018A1 - Magnetisches Lager

Info

Publication number: DE2129018A1
Application number: DE19712129018
Authority: DE
Inventors: die Anmelder. M sind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1972-01-27
Also published as: DE2129018B2; DE2129018C3; FR2094326A5; US3702208A; GB1345766A

Description

Dipl.-lng. G. Schliebs 61 Darm»tadt Ludwig-Büchner-Straße 14

Patentanwalt Telefon (06151) 62928

Postscheckkonto i Frankfurt a. M. 111157 An das Bankverbindung: Deutsche Bank AG., Darmstadt

Telegramme: inventron

Deutsche Patentamt,

München 2
Zweibrückenstr. 12

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Mein Zeichen E 182 J Tag 9· 6.71

Betrifft: Patentanmeldung

Anmelder: Helmut HABERMANH, Roger LOTEN, Pierre JOLY, Forttde Vernon über Vernon (Frankreich)

Magnetisches Lager

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Lager, die zwei sich gegeneinander drehende Lagerteile aufweisen. Das eine Lagerteil besteht zumindest teilweise aus einem magnetischen Werkstoff, während das andere Lagerteil mit mindestens einem Paar gegenläufig auf das magnetische Lagerteil wirkender Elektromagnete versehen ist.

Die Erfindung setzt sich ein magnetisches Lager zum Ziel, das durch seine Stabilitätseigenschaften höchste Laufgenauigkeit für Radial- und für Axiallager garantiert. Hierzu schlägt die Erfindung vor, bei einem eingangs beschriebenen magnetischen Lager jedem Paar von Elektromagneten ein Paar von Distanzgebern zur Feststellung der Mittenabweichung zwischen den Lagerteilen zuzuordnen und die Distanzgeber eines Paares einander gegenüber anzuordnen und gegenläufig zu schalten. Sie steuern über Verstärker, Regler und Leistungsverstärker das zugeordnete Paar von Elektromagneten derart, daß jede Lagermittenabweichung zu Null wird. Diese Ausbildungsform eines magnetischen Lagers erlaubt höchste Lagerstabilität und damit eine höchst präzise Lagerung.

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Brief vom 9.6.71 Blatt 2 Dipl.-Ing. G. Sdiliebs

cn das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Vorzugsweise werden Distanzgeber vorgeschlagen, die auf elektromagnetischem Prinzip beruhen. Hierdurch läßt sich eine einfache und hochgenaue Messung der Lagermittenabweichung erzielen.

Gemäß weiterer Erfindung sind die Distanzgeber gegenüber den Elektromagneten winkelversetzt. Hierdurch läßt sich eine Rückwirkung der Elektromagneten auf die Distanzgeber vermeiden, was zur Erzielung höchster Laufgenauigkeit erforderlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei zueinander senkrecht stehende Paare von Elektromagneten vorgesehen, und zwei um {jeweils 45 versetzte Paare von Distanzgebern sind in Brücke geschaltet. Die Differenzspannungen an gegenüberliegenden Brückenpunkten gehen auf zwei Verstärker, an die Regler angeschlossen sind, hinter denen je ein Leistungsverstärker zur Steuerung je eines Paares von Elektromagneten liegt. Durch diese besondere Ausbildungsform läßt sich auf bestmögliche Weise eine Rückwirkung der Elektromagnete auf die Distanzgeber vermeiden und jede Lagermittenabweichung voll ausregeln.

Gemäß einer speziellen Ausbildungsform der Erfindung besitzen die Regler jeweils einen Demodulator, einen Tiefpaßverstärker, ein Dämpfungsglied, einen Linearisierungsverstärker und einen Diodenverzweigungskreis in dieser Reihenfolge. Ein derartiger Regler erfüllt alle für die Lageregelung des magnetischen Lagers erforderlichen Bedingungen in einfacher Weise.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung sind die beiden sich gegeneinander drehenden Lagerteile zylindrisch und konzentrisch und bilden so ein Radiallager. Die beiden Lagerteile können aber auch senkrecht zu ihrer

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Drehachse stehen und so ein Axiallager bilden. Schließlich können die Lagerteile auch konisch oder sphärisch auegebil- ·-· ---ir. ^Λ~τ.β «η ein kombiniertes Radial-Axial-Lager bilden.

Mit besonderem Vorteil dienen erfindungsgemäße magnetische Lager zur Lagerung zweier Teile eines spinstabilisierten Satelliten, und zwar in zwei magnetischen Hadiallagem und einem magnetischen Axiallager.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. In dieser zeigen

Fig. 1 in einem Schaltschema eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Lagers und

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung die Anwendung des magnetischen Lagers in Fig. 1 zur Verbindung zweier Teile eines spinstabilisierten Satelliten.

Das als Ausführungsbeispiel der Erfindung gewählte magnetische Lager (Fig. 1) ist ein Radiallager mit zwei konzentrischen zylindrischen Lagerteilen 1 und 2, die sich gegeneinander drehen. Das Lagerteil 1 besteht zumindest teilweise aus einem laminierten oder geschichteten magnetischen Werkstoff. Das Lagerteil 2 ist mit zwei Paaren von Elektromagneten 3a, 4a' und 3b» 4b ausgestattet. Die Elektromagnete 3a, 4a des ersten Paares stehen senkrecht zu den Elektromagneten 3b, 4b des zweiten Paares. Innerhalb jedes Paares wirken die beiden Elektromagneten gegenläufig auf das magnetische Lagerteil 1 ein.

Jedem Paar von Elektromagneten ist ein Paar von Distanzgebern für die Messung des Lagerspieles zwischen den Lagerteilen 1 und 2 oder besser für die Messung der Lagermittenabweichung zugeordnet. Die Distanzgeber eines Paares sind

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gegenüberliegend angeordnet und gegenläufig geschaltet. So können beispielsweise den Elektromagneten 3a, 4a Distanzgeber 5a, 6a zugeordnet sein und den Elektromagneten 3b, 4b Distanzgeber 5b, 6b.

Die Distanzgeber können auf elektromagnetischem Prinzip beruhen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, sie gegenüber den Elektromagneten im Winkel zu versetzen, wie in Fig. 1 gezeigt, um sie der magnetischen Beeinflussung durch die Elektromagneten zu entziehen.

Bei der in Fig. 1 gewählten Anordnung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles sind die Distanzgeber um jeweils 45 gegenüber den Elektromagneten versetzt. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, die Distanzgeberpaare in Brücke zu schalten, um die beiden Elektromagnetpaare 3a, 4a und 3b, 4b derart zu steuern, daß jede Relativverschiebung zwischen den beiden Lagerteilen 1 und 2 durch eine zugeordnete Wirkung der beiden Elektromagnetpaare ausgeglichen wird. Im vorliegenden Fall sind die Distanzgeber 5a, 6a und 5b, 6b über Verstärker 7 zu einer Brücke AA'-BB' verbunden. Eine Differenzspannung V. zwischen den Punkten A, A¹ der Brückenschaltung ist proportional zur Mittenabweichung des Lagerteiles 1 gegenüber den Elektromagneten 3a, 4a, und eine Differenzspannung V"_B zwischen den Punkten B, B' der Brückenschaltung ist proportional zu einer Mittenabweichung des Lagerteiles 1 bezüglich der Elektromagnete 3b, 4b.

Die Differenzspannungen V. und VV. werden in zwei nachgeschalteten Verstärkern 8. und 8-g verstärkt. An diese Verstärker schließen sich zwei Regler M. und M_ß an, die jeweils folgende Elemente in dieser Reihenfolge enthalten: einen Demodulator 9» einen Tiefpaßverstärker 10, ein Dämpfungsglied 11 zur Erzielung einer Phasenvoreilung (DifferentiaJ glied ), einen Linearisierungsverstärker 12 sowie einen Diodenverzweigungskreis 13·

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Am Ende der Regler sind Jeweils zwei Leistungsverstärker 14 und 15 angeschlossen, die beim Regler M^ die Elektromagneten 3a, 4a des ersten Magnetpaares steuern, und beim Regler M_B die Elektromagneten Jb, 4b des zweiten Elektromagnetpaares.

Das an einem magnetischen Radiallager beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich ohne weiteres auf ein Axiallager übertragen, dessen Lagerteile senkrecht zur Drehachse verlaufen. Auch kombinierte Radial-Axial-Lager mit Lagerteilen in konischer oder, sphärischer Form sind im Rahmen der Erfindung möglich.

In jedem Falle erzeugt ein erfindungsgemäßes magnetisches Lager bei höchster Laufgenauigkeit sehr geringe Reibungsmomente, und derartige Lager können in zahlreichen Gebieten angewendet werden. Als Beispiel sei die Raumfahrttechnik genannt, und dort die Lagerung zweier Teile eines spinstabilisierten Satelliten z. B. eines zur Erde stationären Nachrichtensatelliten.

In Fig. 2 ist schematisch ein Satellit gezeigt, dessen Teile 16 und 17 sich gegeneinander mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 U/min drehen. Die beiden Teile sind über erfindungsgemäße magnetische Radiallager 18 und 19 und über ein erfindungsgemäßes magnetisches Axiallager 20 miteinander verbunden. Selbstverständlich ist die Anwendung nicht auf die aufgezeigten Anwendungsfälle beschränkt, und im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungsformen möglich.

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Claims

Blatt 6 Dipl.-Ing. G. Schliebs das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt Patentansprüche

1.)Magnetisches Lager mit zwei sich gegeneinander drehenden —^ Lagerteilen, von denen das eine zumindest teilweise aus einem magnetischen Werkstoff besteht, während das andere mit mindestens einem Paar gegenläufig auf das magnetische Lagerteil wirkender Elektromagnete versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Paar von Elektromagneten (3a, 4a; 3b, 4b) ein Paar von Distanzgebern (5a, 6a; 5b, 6b) zur Feststellung der Mittenabweichung zwischen den Lagerteilen (1, 2) zugeordnet ist und daß die Distanzgeber eines Paares einander gegenüber angeordnet und gegenläufig geschaltet sind und über Verstärker (8), Regler und Leistungsverstärker (14-, 15) das zugeordnete Paar von Elektromagneten derart steuern, daß jede Lagermittenabweichung zu Null wird.

2. Magnetisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzgeber (3» 4) auf elektromagnetischem Prinzip beruhen.

3. Magnetisches Lager nach Anspruch 1-und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzgeber (3, 4) gegenüber den Elektromagneten (5, 6) winkelversetzt sind.

4. Magnetisches Lager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander senkrecht stehende Paare von Elektromagneten (3a, 4a; 3b, 4b) vorgesehen sind und zwei um jeweils 45 versetzte Paare von Distanzgebern (5a, 6a; 5b, 6b) in Brücke (ABA¹B¹) geschaltet sind.

5. Magnetisches Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz spannungen (V., V_fi) an gegenüberliegenden Brückenpunkten (A, A'; B, B¹) an zwei Verstärkern (8_A; 8_B) liegen, an die Regler (M_A; Mg) angeschlossen sind, hinter denen «je ein Leistungsverstärker (14, 15) zur Steuerung je eines Paares von Elektromagneten liegt. 109885/1 184

BIaH 7 Dlpl.-lng. G. Sdiliebs

aas Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

6. Magnetisches Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Regler (M., Mg) jeweils einen Demodulator (9)» einen Tiefpaßverstärker (10), ein Dämpfungsglied (11), einen Linearisierungsverstärker (12) und einen Diodenverzweigungskreis (13) in dieser Reihenfolge besitzen.

7. Magnetisches Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich gegeneinander drehenden Lagerteile (1, 2) zylindrisch und konzentrisch sind.

8. Magnetisches Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich gegeneinander drehenden Lagerteile (1, 2) senkrecht zu ihrer Drehachse stehen.

9. Magnetisches Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich gegeneinander drehenden Lagerteile (1, 2) konisch oder sphärisch sind*

10. Verwendung magnetischer Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zur Lagerung zweier Teile eines spinstabilisierten Satelliten in zwei magnetischen Radiallagern (18, 19) und einem magnetischen Axiallager (20).

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