DE2260080B2 - Plain bearings with magnetizable lubricant - Google Patents
Plain bearings with magnetizable lubricantInfo
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Description
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmschrauben (84,86) vorgesehen sind, die den Scheiben (232,234) einen einstellbaren Druck aufgeben.2. Plain bearing according to claim 1, characterized in that clamping screws (84, 86) are provided are that give the discs (232,234) an adjustable pressure.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager für den Betrieb mit einem magnetisierbarer! Schmiermittel, wobei das Schmiermittel durch die Wirkung eines im äußeren Teil angebrachten ringförmigen Magneten innerhalb von das Lager axial begrenzenden ringförmigen Scheiben gehalten wird.The invention relates to a plain bearing for operation with a magnetizable! Lubricant, the lubricant by the action of an annular magnet mounted in the outer part is held within the bearing axially delimiting annular discs.
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 din 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.From US-PS 34 39 961 is a combined axial and radial plain bearings in the form of a hydrodynamic bifluid bearing known, in which the lubricant for a first bearing part, namely the axial slide bearing There is gas, especially air, while the second bearing part, namely the radial bearing, through a magnetizable liquid, especially mercury, in a magnetic field is lubricated, which forms a seal which prevents that in a high pressure chamber trapped air escapes from the first bearing part into a low-pressure chamber separated from this by the radial bearing. The use of two separate flowing media complicates the design and construction of bearings; Bifluid bearing of this type, the gas-lubricated bearings have inherent disadvantage that wear and tear of the too lubricating surface is unavoidable due to the friction when starting and stopping. It is known that gas bearings are only effective at high speeds, so that at low operating speeds, especially during the starting and stopping process bearing noise, spatial contact between the Surfaces that need to be kept separate and pollution due to the formation of metal dust in the bearing gap, due to friction, must be accepted.
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.In addition, bearing seals in which two flat rings made of bimetal in the form of a liner form the end seals or seals for the interior are made GB-PS 10 26 007 and GB-PS 5 90 139 known. The deformation of the rings takes place at increasing temperature in the sense of an enlargement of the space bounded by these rings and vice versa.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gleitlager der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß es unter Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit als einzigem Schmiermittel einwandfrei betrieben werdenThe object of the invention is to design a plain bearing of the generic type so that it is under Use of a magnetizable liquid as the only lubricant can be operated properly kann.can.
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 nachThis is achieved according to the invention in that the ring-shaped disks are designed as pole shoes, which are connected to the magnet on the front side, that the ring-shaped disks move radially so far 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 Lagerteilesextend inside that they only have the rotating part encompass a small radial gap, and that the annular discs are made of bimetal and the radially inner edge areas from a certain temperature against collars of the inner bearing part dichtend anlegen.create a seal.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird erreicht, daß unter Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit als einzigem Schmiermittel die baulichen Komplikationen bei der Verwendung von magnetisierWith the embodiment according to the invention it is achieved that using a magnetizable Liquid as the only lubricant the structural complications of using magnetisier barer 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 imliquid as a seal for another, in particular gaseous lubricants are not required. the Disadvantages that the known arrangements, e.g. B. adhere to gas-lubricated bearings, namely the rapid Destruction due to contact with the bearing surface, which occurs in the 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 terner mit einem derartigen Lager erreicht, daßOperation at low speeds, for example during the start-up and run-down periods, is unavoidable, and the resulting pollution as well as the high starting power are thus switched off is achieved terner with such a camp that Volumenänderungen des Schmiermittels — bedingt durch Wärmeeinflüsse — kompensiert werden; des weiteren stellen solche Lager in sich geschlossene Lager dar, die keine Schmiermittelzufuhr von außen benötigen.Changes in volume of the lubricant - caused by the effects of heat - are compensated; of Furthermore, such bearings represent self-contained bearings that do not require a supply of lubricant from the outside.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert Die Figuren zeigenThe invention is described below in conjunction with the drawing on the basis of two exemplary embodiments explained the figures show
F i g. 1 eine Ausführungsform eines Gleitlagers nach der Erfindung in Teilschnittansicht, undF i g. 1 shows an embodiment of a slide bearing according to the invention in a partial sectional view, and
mit einein Lagerteil 62, das auf einer Welle 64 befestigtwith a bearing part 62 which is fastened on a shaft 64 ist Das rotierende Lagerteil 62 besitzt einen zentrischenThe rotating bearing part 62 has a central 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.bearing part 66, which is between end parts 68 and 70 of the Bearing part 62 is formed. Pressure plates 72 and 74 are on the end portions 68 and 74 in a corresponding manner 70 and are offset in the axial direction from the central load-bearing part 66 of the bearing part 62.
so 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 soweitso The pressure plates 72 and 74 therefore revolve with the bearing part 62. Two end flanges 76 and 78 are in correspondingly secured in abutment with end portions 68 and 70 so that the flanges also revolve with the bearing part 62. The so far erwähnten Komponenten bilden einen Teil des Rotors der Lageranordnung nach F i g. 1.mentioned components form part of the rotor the bearing arrangement according to FIG. 1.
Die Lageranordnung nach F i g. 1 weist eine zylindrische Traganordnung 80 auf, die mit einem Gehäuse befestigt sein oder einen Bestandteil dieses GehäusesThe bearing arrangement according to FIG. 1 has a cylindrical support assembly 80 which is provided with a housing be attached or part of this housing 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 zweican represent. A magnet 82 is within the Support assembly 80 is arranged and held there by two tightened clamping screws 84 and 86, the are in engagement with the support assembly. Each of the clamp screws 84 and 86 hold one of two 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 einenannular discs that hold the pole pieces 88 and 90 in direct contact with the magnet 82 and on this are attached. The pole pieces 88 and 90, which extend inward in the radial direction, produce a
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 bestehtPath for the magnetic field that is built up by the magnet 82 and cause a concentration of the Magnetic flux at and across corresponding columns 92 and 94, so that a magnetic circuit is created because the Bearing part 62 is made of magnetic material
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ferner ein stationäres, mittleres Stabilisierelement 96 vorgesehen, das die Form eines hohlen Zylinders besitzt, der aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist; die äußere zylindrische Oberfläche ist dabei mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Magneten 82 befestigt Das Stabilisierelement 96 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.As shown in Figure 1, there is also provided a stationary central stabilizing member 96 which is in the form of a hollow cylinder made of non-magnetic material; the outer cylindrical surface is attached to the inner cylindrical surface of the magnet 82. The stabilizing element 96 protrudes into the space defined by the central, supporting part 66 and each of the two pressure plates 72 and 74. The magnetic components 82 and 88, 90 together with the stabilizing element 96 constitute the stator of the bearing arrangement according to FIG. 1 represents.
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 welcher nur längs der Spalte 92 und 94 offen ist Die magnetisierbare Flüssigkeit 98 ist das einzige vorhandene Schmiermittel.Stator and rotor of the bearing arrangement according to FIG. 1 are through a continuous, meander-shaped Gap separated because they are held at a desired distance by a magnetizable liquid 98 which almost completely fills the gap which is only open along the gaps 92 and 94 magnetizable fluid 98 is the only lubricant present.
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 Welle 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 As can be seen from the representation according to FIG. 1 results, the bearing arrangement can be viewed as a combination of a plain bearing and a double-acting thrust bearing. The plain bearing is formed by the central, load-bearing part 66 and the opposing inner surface 97 of the central stabilizing element 96. When a radial load is applied to the shaft 64, the bearing becomes eccentric so that the fluid diameter changes in the bearing gap 99 between the bearing part 66 and the inner surface 97 of the central stabilizing element 96. The viscous drag exerted by the moving, bearing part 66 exerts on the liquid 98, drives the liquid within the bearing gap 99 and builds up a hydrodynamic pressure which counteracts the radial load applied to the shaft 64
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.However, hydrodynamic plain bearings, which are bearings lubricated with the aid of lubricants under pressure, are unstable. This instability can be avoided in that grooves 102 are cut in the surface of the supporting part 66, which have the effect that the liquid pressure distribution is evened out. When the grooves 102 have a spiral shape, as shown in FIG. 1, whereby a sense of rotation is assumed in the direction of the arrow, then they press the liquid 98 against the center plane of the bearing, ie against the center of the intermediate load-bearing part 66. This effect also prevents the bearing assembly from leaking at the seals along the gaps 92 and 94 by decreasing the liquid pressure along the gaps 92 and 94 by decreasing the liquid pressure in the zones in the vicinity of the gaps 92 and 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.The double-acting pressure-absorbing ability of the bearing arrangement according to FIG. 1 results from the Presence of the pressure plates 72 and 74, their inwardly oriented surfaces near the End faces 73 and 75 of the central stabilizing element 96 lie.
Unter einer axialen, d. h. Drucklast, wird der Rotor der Lageranordnung in axialer Richtung verschoben, so daß der Abstand auf einer Seite des Lagers zwischenUnder an axial, i. H. Pressure load, the rotor of the bearing assembly is displaced in the axial direction, so that the distance on one side of the bearing between
einer der Druckplatten, entweder172 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 Pampe 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 anderen Ende erzeugte Kraft gleich und entgegengesetzt der angelegten Belastung wird.one of the pressure plates, either 1 72 or 74, and the adjacent end face 73 or 75 of the stabilizing element 96 decreases as the distance at the other end increases the pressure at the end with the greater distance decreases A steady state is obtained when the force generated by the difference between the pressures at one end or the other becomes equal to and opposite to the applied load.
Die Durchflußkanäle, z.B. der Durchflußkanal 103 können zwischen den Endflächen 73 und 75 des Stabilisierelementes 96 vorgesehen sein, um zu verhindern, 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 des 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 ausgebildetThe flow channels, for example the flow channel 103, can be provided between the end surfaces 73 and 75 of the stabilizing element 96 in order to prevent load support pressures (originating from an axially applied load) from pushing the liquid out through the magnetic seal at one of the gaps 92 and 94. The channels also act to stabilize the bearing in the axial direction by preventing pressure differences that cause instability. A plurality of such flow channels 106 are expediently provided, which are arranged at the same distance from one another around the circumference of the stabilizing element 96; The number and size of these channels will depend on the operating conditions under which the bearing assembly is to be operated. A leak-proof magnetic seal is formed along each of the gaps 92 and 94
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.Each of the two pole pieces 232 and 234 consists of strip-shaped bimetal material, which its configuration changes as a function of temperature; it follows that the bimetallic pole pieces 232 and 234 the Expansion and contraction of the magnetizable liquid 98 over a wide temperature range compensate. This means that the surfaces facing inward in the radial direction of the bimetallic Pole shoes 232 and 234, which have the configuration of bimetallic shims, against the expedient non-magnetic flanges 76 and 78 are deflected outwards with increasing temperature, so that the change in volume of the channels and gaps that receive the magnetizable liquid, the change of the volume of liquid caused by thermal expansion. Vice versa the bimetallic pole pieces 232 and 234 are turned inwards, i.e. H. away from flanges 76 and 78 deflected with decreasing temperature to compensate for decreases in liquid volume. That The extent of the temperature-related deflection of the bimetallic pole pieces 232 and 234 can be within certain limits can be controlled by an appropriately selected setting of the pressure, which is over the Clamping screws 84 and 86 is given to the corresponding pole pieces, and / or by initial selection the thickness or material of the bimetallic pole pieces 232 and 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 Bc^renzungsanschläge 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-As mentioned above, such a bearing arrangement can be exposed to high temperatures, z. B. during a high vacuum bake treatment, d. H. a degassing before the actual use of the Storage, which would lead to a boiling of the magnetizable liquid 98. To such a decoction To prevent this, the flanges 76 and 78 serve as limit stops for the outward-facing one Expansion of the bimetallic pole pieces 232 and 234 with increasing temperature. The resulting Sealing of metal against metal largely prevents a loss of magnetizable liquid
keit während des Entgasens.speed during degassing.
In F i g. 2 weist die Gleitlageranordnung ähnlich der F i g. 1 zwei Flansche 122 und 124 aus nichtmagnetischem Material auf. Auch hier sind Polschuhe 236 und 238 bimetallische ringförmige Scheiben. Die bimetallischen Polschuhe 236 und 238 wirken nicht nur als Flußkonzentrationsvorrichtungen, sondern auch als Volumenausgleichsvorrichtungen ähnlich denen in Verbindung mit der Lageranordnung nach Fig. 1. Des weiteren erzeugen die Polschuhe 236 und 238 die vorbeschriebene Abdichtung von Metall mit Flanschen 122 und 124, die als Anschläge wirken.In Fig. 2 has the slide bearing arrangement similar to FIG. 1 has two flanges 122 and 124 made of non-magnetic material. Here, too, pole pieces 236 and 238 are bimetallic ring-shaped disks. Bimetallic pole pieces 236 and 238 function similarly not only as Flußkonzentrationsvorrichtungen, but also as a volume compensating devices which 236 and 238 further in connection with the bearing assembly of FIG. 1. Des produce the pole shoes the above-described sealing of metal with flanges 122 and 124 which act as stops works.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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-
1972
- 1972-12-08 DE DE19722260080 patent/DE2260080C3/en not_active Expired
Also Published As
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|---|---|
| DE2260080C3 (en) | 1981-08-27 |
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