DE868811C

DE868811C - Floating rotor, especially for high speeds

Info

Publication number: DE868811C
Application number: DEM8973A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Leitermann; Wilhelm Wuerth
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1951-03-25
Filing date: 1951-03-25
Publication date: 1953-02-26

Description

Schwimmend gelagerter Rotor, insbesondere für hohe Drehzahlen Bei Rotoren für hohe Drehzahlen bereitet die Lagerfrage die größten Schwierigkeiten. Bei Drehzahlen über io ooo Um.dr./min fällt .die Lebensdauer von Kugellägern erheblich ab, wenn nicht auf umständliche und kostspielige Weise die Schmierung gesichert wird.Floating rotor, especially for high speeds For high-speed rotors, the bearing issue poses the greatest difficulties. At speeds above 10000 rpm, the service life of ball bearings drops considerably if the lubrication is not secured in a cumbersome and costly manner will.

Zur Behebung der Schwierigkeiten sind bereits Vorschläge gemacht, solche Rotoren . mit hohen Drehzahlen schwimmend zu lagern, wobei als Tragmedi@en bei der Lagerung auch Luft verwendet wurde. Es ist beispielsweise in der Zeitschrift »Konstruktion«, 1949, Heft 12, S. 370, ein schwimmenIdes Lager dargestellt, bei dem eine radiale Zentrierung durch Druckausgleichskanäle und Kammern vorgenommen wird. Als Lagermedium dient Flüssigkeit oder Preßluft. Diese Lager sind besonders für Werkzeugmaschinen bestimmt, die eine präzise Lagerung erfordern. Sie erfordern sehr genaue Ausführung der kompliziert ausgebildeten Schwimmlager, ,da die Toleranz des Lagerspiels in engen Grenzen gehalten werden muß, um die Zentrierung zu sichern. Dieses Lager bringt jedoch lediglich eine radiale Zentrierung und bedarf einer zusätzlichen axialen Führung, die bei höheren Drehzahlen Schwierigkeiten bereitet.To remedy the difficulties, suggestions have already been made, such rotors. to be stored in a floating manner at high speeds, with the supporting media air was also used in storage. For example, it's in the magazine "Construction", 1949, No. 12, p. 370, a floating camp is shown at which a radial centering is carried out through pressure equalization channels and chambers will. Liquid or compressed air is used as the storage medium. These camps are special intended for machine tools that require precise storage. You require very precise execution of the complex floating bearings, as the tolerance the bearing play must be kept within narrow limits in order to secure the centering. However, this bearing only brings radial centering and requires an additional one axial guidance, which causes difficulties at higher speeds.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein schwimmend gelagerter Rotor, insbesondere für hohe Drehzahlen, bei dem gleichzeitig mit der radialen auch eine axiale Zentrierung :gewährleistet ist.The subject of the invention is now a floating rotor, especially for high speeds, at the same time as the radial one axial centering: is guaranteed.

Dies wird nach dem wesentlichen Erfindungsgedanken dadurch erreicht, daß mindestens zwei gegeneinander wirkende, miteinander zusammenhängende Körper gegenüber einem Stätor angeordnet und so geformt sind, daß sie Triebkräften in axialer Richtung Angriffsflächen bieten. Die nachstehend als Triebkörper bezeichneten, miteinander zusammenhängenden-Körper bilden gemeinsam den Rotor. Bei den hohen Geschwindigkeiten erfolgt die radiale Zentrierung durch den Druckstau und _ Druckausgleich zwischen Rotor und Stator.According to the essential idea of the invention, this is achieved by that at least two counteracting, interrelated bodies are arranged opposite a Stätor and shaped so that they are driving forces in axial Offer direction to attack surfaces. The following referred to as the drive body, with each other contiguous-body together form the rotor. At the high speeds the radial takes place Centering through the pressure build-up and _ pressure equalization between rotor and stator.

Die: axiale Zentrierung wird erreicht, weil sich die entgegengesetzt gerichteten Axialkräfte der Triebkörper gegeneinander aufheben.The: axial centering is achieved because the opposite cancel directed axial forces of the drive body against each other.

Die Verbindung der Triebkörper ist vorzugsweise starr. Als Triebkörper können dabei beliebig geformte Rotationskörper verwendet werden, die lediglich die- Voraussetzung erfüllen müssen, .daß sie einem axialen Schub eine Angriffsfläche bilden. Vorzugsweise werden die einander entgegenwirkenden Triebkörper spiegelbildlich gleich ausgebildet. Es kann,der Rotor beispielsweise als symmetrischer Doppelkegel ausgebildet sein, wobei die Neigung der Kegelwände das Verhältnis von radialer zu axialer Lagerwirkung bestimmt. Insbesondere bei einseitiger axialer Belastung ist eine Symmetrie der Triebkörper nicht erforderlich. Die Form des Startors paßt sich dem Rotor an.The connection of the drive bodies is preferably rigid. As a driving body Any shape of revolution can be used, which only Must meet the requirement. That they have an axial thrust an attack surface form. Preferably, the opposing drive bodies are mirror images equally trained. It can, for example, the rotor as a symmetrical double cone be formed, the inclination of the cone walls being the ratio of radial to axial bearing effect determined. Particularly in the case of one-sided axial load a symmetry of the drive bodies is not required. The shape of the starter adapts itself the rotor.

In den Abbildungen ist die Erfindung Beispielsweise dargestellt: In den Abb.`i a, i b; z c, i d und i e ist ein als Doppelkegel ausgebildeter Innenläufer dargestellt.In the figures, the invention is shown, for example: In the Fig.`i a, i b; z c, i d and i e is an internal rotor designed as a double cone shown.

Abb. i a zeigt,die Vorderansicht, Abb. i b die Seitenansicht des aus zwei Hälften bestehenden Statörs mit einliegendem Rotor von außen, Abb. i c eine Innenansicht der einem Hälfte des Stators in. Vorderansicht und Abb. 1d eine Seitenansicht dieser Hälfte; Abb. i e ist eine Vorderansicht des Rotors.Fig. I a shows the front view, Fig. I b the side view of the from two halves existing stator with an enclosed rotor from the outside, Fig. i c a Interior view of one half of the stator in FIG. 1 front view and FIG. 1d a side view this half; Fig. I e is a front view of the rotor.

In :der Zeichnung bedeutet i die Rotormantelfiäche, 2 eine Kammer für den Eintritt von Preßluft, 3 Bohrungen, q. einen Ringkanal, 5 Nuten, durch die die Preßluft verteilt wird, und 6 die Statorflächen, welche als Gegenflächen zu den Rotormantelflächen i denen: Der Rotor besteht bei :dieser Darstellung der Erfindung aus einem Doppelkegel, wobei die beiden Kegelstümpfe 7a mit ihrem kleinsten Durchmesser an einem zylindrischen Verbindungsstück 8a zusammenstoßen. Die Höhe desi Verbindungszylinders richtet sich nach idem Verwendungszweck. Die Zufuhr des Tragmediums zum Rotor erfolgt vorzugsweise -an der Stelle,des kleinsten Querschnittes des Rotors durch den Stator hindurch. Dieses wird durch die Kammer 2 gleichmäßig verteilt und durch die Verteilerbohrungen 3 in den Ringkanal q. geleitet. Von hier tritt sie in die Verteilernuten 5 über, von- denen -sie auf den Rotor trifft.In: the drawing, i means the rotor surface area, 2 means a chamber for the entry of compressed air, 3 holes, q. an annular channel, 5 grooves through which the compressed air is distributed, and 6 the stator surfaces, which act as mating surfaces the rotor jacket surfaces i which: The rotor consists in: this representation of the invention from a double cone, the two truncated cones 7a having their smallest diameter collide at a cylindrical connecting piece 8a. The height of the connecting cylinder depends on the intended use. The carrier medium is fed to the rotor preferably - at the point of the smallest cross section of the rotor through the stator through. This is evenly distributed through the chamber 2 and through the distributor bores 3 in the ring channel q. directed. From here it passes into the distributor grooves 5, of which it hits the rotor.

Es ist nichterforderlich, die einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen von Stätor und Rotor parallel verlaufen zu lassen. Man kann durch einen abweichenden Verlauf erreichen, daß die Geschwindigket des Tragmediums auf seinem Weg entlang den Tragflächen beeinlußt wird, beispielsweise über den ganzen Weg gleichbleibt, wodurch die Gleichmäßigkeit der Zentrierung unterstützt Wird.It is not necessary to have the opposing boundary surfaces to let the stätor and rotor run parallel. You can go through a different one Course achieve that the speed of the support medium on its way along the wings is influenced, for example remains the same over the whole way, whereby the evenness of the centering is supported.

Durch geeignete Führung kann :das Tragmed um gleichzeitig als Antriebsmedium für den Rotor dienen. Hierzu können Spiralnuten auf dem Umfang der. Triebkörper :dienen: Die Zahl und Tiefe der Nuten bestimmt die Leistung. Um einen schwingungsfreien Lauf zu sichern, wendet man vorzugsweise mindestens drei Nuten an. Die Steigung der Spiralnuten bestimmt die Drehzahl und Drehrichtung. Für geringe Drehzahlen wählt man eine hohe Steigung. Um die Antriebskraft aller Triebkörper voll auszunutzen, wählt man die Steigung der gegeneinander wirkenden Triebkörper vorzugsweise entgegengesetzt gleich. Man kann durch geeignete Variation der Richtung, Steigung, Zahl -und Tiefe der Nuten der gegeneinander wirkenden Triebkörper durch gegenläufige Wirkung derselben eine Bremsung und damit eine niedrigere Drehzahl bei gleicher Tragfähigkeit erzielen. Durch tangentiale Einführung des Tragmediums kann die Drehwirkung unterstützt werden.By means of suitable guidance: the carrying medium can be used as a drive medium at the same time serve for the rotor. For this purpose, spiral grooves can be used on the circumference of the. Drive body : serve: The number and depth of the grooves determine the performance. To a vibration-free To secure the barrel, it is preferable to use at least three grooves. The slope the spiral grooves determines the speed and direction of rotation. Selects for low speeds one high incline. In order to fully utilize the driving force of all drive bodies, one chooses the slope of the drive bodies acting against one another, preferably opposite same. One can by suitable variation of the direction, slope, number and depth of the grooves of the drive bodies acting against one another due to their opposing action achieve braking and thus a lower speed with the same load capacity. The rotating effect can be supported by tangential introduction of the support medium.

Es ist auch möglich, gegebenenfalls - durch doppelte Anwendung- des Erfindungsprinzips, Tragmedium und Arbeitsmedium getrennt einzusetzen oder die Drehung durch Fremdantrieb, beispielsweise Elektromotor, zu bewirken oder 'zu unterstützen.It is also possible, if necessary, by using the Invention principle to use the support medium and working medium separately or the rotation by external drive, for example an electric motor, to effect or 'to support.

Der Rotor gemäß Erfindung kann, wie in Abb: i dargestellt, :ein Innen-, kann. aber auch ein Außenläufer sein. Als. weiteres Beispiel wird in den Abb. 2 a bis 2 c ein als Doppelkegel ausgebildeter Außenläufer dargestellt. Hierbei ist Abb.2a der Rotor ih einer Innenansicht und Abb. 2b im einer Seitenansicht, während Abb. 2c der Stator ist. In dieser Abbildung bedeuten ,7 die Zuleitung' für die Preßlüft, 8 Verteilerbohrungen und 9 eine Ausgleichskammer. 1o sind die Verteilernuten, um die Luft, die als Tragmediumdient, zu verteilen, r1 ist die Lauffläche des Rotors.The rotor according to the invention can, as shown in Fig: i: an inner, can. but also be an outrunner. As. Another example is shown in Fig. 2 a to 2 c an external rotor designed as a double cone is shown. Here is Fig.2a the rotor ih an inside view and Fig. 2b in a side view, while Fig. 2c is the stator. In this figure, 7 mean the supply line for the press air, 8 distributor bores and 9 a compensation chamber. 1o are the distribution grooves to to distribute the air that serves as the support medium, r1 is the running surface of the rotor.

Die vorher zu Abb. i erwähnten Änderungsmöglichkeiten in der Ausbildung des , Rotors können naturgemäß auch für diese Darstellung angewendet werden. Eine andere Ausführungsform -der Erfindung ist in den Abb. 3 a bis 3 c -dargestellt, wobei Abb. 3 a einen Schnitt,des Statörs, Abb. 3 b einen. Schnitt längs :der Linie A-B der Abb. 3 a und Abb. 3 c eine Ansicht des Rotors, wobei diese Ansicht teilweise im Schnitt zu sehen ist, wiedergeben.The change options in training mentioned previously for Fig. I Of course, the rotor can also be used for this representation. One Another embodiment of the invention is shown in Figs. 3 a to 3 c, where Fig. 3 a is a section, the stator, Fig. 3 b a. Cut lengthways: the line A-B of Fig. 3 a and Fig. 3 c a view of the rotor, this view being partial can be seen in the cut, reproduce.

Die#Luftzuführung erdolgt durch die Zuleitung 12 im Stator und gelangt von da zunächst in die Kammer 13. Ein Teil :der Luft geht durch den Kanal 1q. ,des Rotors zur Kammer x5 des Stators. Da der Rotor ,in ,die Kammeruri 13 und 15 hineinragt, bildet sich eine allmählich sich verengende Zuleitung zu den Tragflächen. Die Austrittsluft sammelt sich im Ringkanal 16 des Stators und tritt durch die Bohrungen 17 nach außen.The air supply takes place through the supply line 12 in the stator and arrives from there first into chamber 13. Part: the air goes through channel 1q. ,of Rotor to chamber x5 of the stator. Since the rotor protrudes into the chamber auricles 13 and 15, a gradually narrowing supply line to the wings is formed. The exhaust air collects in the annular channel 16 of the stator and passes through the bores 17 to the outside.

Die Höhe des zylindrischere Zwischenstückes 18 zwischen -den Triebkörpern 1g ist den praktischen Erfordernissen anzupassen.The height of the more cylindrical intermediate piece 18 between the drive bodies 1g is to be adapted to the practical requirements.

Mit abnehmendem Spiel steigt ,die Leistung und fällt der Preßluftbedarf. Wenn daher nicht andere Gesichtspunkte im Vordergrund steheng Beispielsweise Abluftausnutzung, so wird man das Spiel möglichst gering wählen. Sowohl die schwimmende Lagerung als auch der Antrieb können jedoch bei einem weiten Toleranzgebiet erreicht werden.As the clearance decreases, the performance increases and the compressed air requirement decreases. If, therefore, other aspects are not in the foreground, for example Exhaust air utilization, so you will choose the game as small as possible. Both the floating storage as however, the drive can also be achieved with a wide tolerance range.

Der erfindungsgemäße Rotor läßt sich überall da anwenden, wo hohe Drehzahlen bei verhältnismäßig niedriger Leistung erforderlich sind, beispielsweise Flüssigkeitszerstäuber, Ultraschallgeneratoren, Zentrifugen, Herstellung von Emulsionen, Mischung insbesondere von Gasen, kleinere schnell laufende Werkzeugmaschinen usw.The rotor according to the invention can be used wherever high Speeds at relatively low power are required, for example Liquid atomizers, ultrasonic generators, centrifuges, production of emulsions, Mixing in particular of gases, small, high-speed machine tools, etc.

Ein besonderer. Vorteil des erfindungsgemäßen schwimmenden Rotors ist, da3 er, insbesondere bei der Ausbildung als Innenläufer, selbst bei höchsten Drehzahlen kein Auswuchten erfordert. Ein weiterer Vorteil, insbesondere auch gegenüber dem bekannten schwimmenden Lager, besteht darin, daß die erfindungsgemäße Lagerung in jeder Lage einwandfrei arbeitet.A special. Advantage of the floating rotor according to the invention is that it, especially when training as an inrunner, even with the highest Speeds no balancing required. Another advantage, especially over the known floating bearing, consists in that the storage according to the invention works flawlessly in every situation.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Floating rotor, in particular for high speeds, characterized in that at least two counteracting, interconnected bodies are shaped and arranged opposite to a stator type so that they offer driving forces in the axial direction to attack surfaces.

2. rotor according to claim i, characterized in that it is a preferably symmetrical double cone is trained.

3. Rotor according to claim i and 2, characterized in that as Carrying medium air or another gas is used. q ,.

Rotor according to claim 3, characterized in that the support medium also serves as a driving medium.

5. Rotor according to claim 4, characterized in that its lateral surfaces with spiral grooves, are provided.

6. Rotor according to claim i to 3, characterized in that Tragmeidiium and drive medium are used separately.

7. Rotor according to claim i to 6, characterized characterized in that the rotation on its own or in addition to the self-propulsion is done by an external drive.