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Dokumentenidentifikation DE10112019A1 12.09.2002
Titel Hydrodynamisches Lager für flüssige Medien mit festen und/oder fasrigen Bestandteilen
Anmelder Isaak, Boris, Dr.-Ing., 12107 Berlin, DE
Erfinder Isaak, Boris, Dr.-Ing., 12107 Berlin, DE
Vertreter COHAUSZ DAWIDOWICZ HANNIG & PARTNER, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 07.03.2001
DE-Aktenzeichen 10112019
Offenlegungstag 12.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.09.2002
IPC-Hauptklasse F16C 32/06
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lager für flüssige Medien mit festen und/oder fasrigen Bestandteilen mit einem Rotor (1) und einem Stator (2). Die Flügel (3) im Rotor (1) sind um die Achse herum angeordnet und in der Innenseite des Stators (2) befinden sich mehrere halbzylindrische Taschen (4), deren Öffnungen zur Seite der Flügel (3) des Rotors (1) gerichtet sind und die Oberflächen von je zwei benachbarten Taschen (4) Rippen (5) bilden, wobei zwischen Stator (2) und Rotor (1) ein Spiel (A) und ein Spiel (B) vorhanden ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrodynamische Lager, welches in einer Vielzahl von verschiedenen Einrichtungen, wie zum Beispiel in Pumpen zum Umwälzen von Abwasser oder Gülle, Anwendung findet. Diese Pumpmedien enthalten meistens feste und/oder fasrige Bestandteile.

Es ist bekannt, dass hydrodynamische Lager nach dem Gleitverfahren arbeiten und nur für verhältnismäßig reine Flüssigkeiten geeignet sind, die keine festen oder fasrige Bestandteile im Makrobereich enthalten. Um ein störungsfreien Betrieb des Lagers zu gewährleisten, dürfen die Bestandteile nicht größer sein als das Spiel zwischen dem Stator und dem Rotor des Lagers (Robert Neumaier, Hermetische Pumpen 1994, Seite 146).

Bei einem sehr kleinem Spiel im Lager verringert sich der Hydraulikstrom teilweise in einem großem Ausmaße. Deshalb ist es erforderlich, dass ein Mindestspiel zwischen Stator und Rotor des Lagers vorhanden ist, da sonst das Arbeitslager zerstört wird.

Es ist bekannt, dass hydrodynamische Gleitlager in ihrer Konstruktion sehr kompliziert aufgebaut sind. Aufgrund der Bauweise entsteht ein hoher Anspruch an die Reinheit der Flüssigkeiten, auch auf darin enthaltene Beimengungen für den Schutz des Lagers, die im Nanobereich liegen müssen. So werden auch verschiedene spezielle Dichtungen verwendet, um das Lager nach Außen abzudichten.

Die regelmäßige Reinigung des Lagers ist nur mit speziellen Arbeitsflüssigkeiten und Spezialwerkzeugen möglich.

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die A Aufgabe zugrunde ein Lager in der Art zu schaffen, dass der konstruktive Aufbau weitgehend gewährleistet es auch in Flüssigkeiten zu verwenden, die feste und/oder fasrige Bestandteile in der Arbeitsflüssigkeit für hydrodynamische Lager enthalten.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Lager gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und deren weiteren Ansprüchen mit seinen kennzeichnenden Merkmalen.

Die Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass das Lager aus einem Rotor und einen Stator besteht, wobei in dem Rotor umlaufende Flügel und in dem Stator umlaufend hohle halbzylindrische Taschen angeordnet sind. Die offene Seite der halbzylindrischen Taschen sind zu den Flügeln des Rotors gerichtet.

An den Stellen, an denen die halbrunden Wände von jeweils zwei angrenzenden Taschen aneinanderstoßen bildet sich je eine spitze zulaufende Rippe.

Die Flügel des Rotors sind zur inneren Statoroberfläche hin gewölbt, wobei der innere Flügelanfang im Rotor in Richtung der Drehung des Rotors gegenüber dem äußeren Flügelende im Rotor geneigt ist und der innere Flügelanfang von der inneren Oberfläche des Stators weiter entfernt ist als das äußere Flügelende.

Die Längen der einzelnen Flügel im Rotor betragen ein Fünftel bis ein Zehntel, bevorzugterweise von ein Siebentel bis ein Achtel des Rotorumfanges, wobei die Änderung des Abstandes zur inneren Lagerfläche des Stators bevorzugterweise in der Größe der Taschentiefe erfolgt.

Die spitzen Rippen der hohlen halbzylindrischen Taschen im Stator und die Flügelenden im Rotor nähern sich bei Drehung und der Abstand beider bilden das Spiel B.

Es ist das Spiel zwischen dem sogenannten "neuen" Rand des Stators mit den vielen Rippen und der gewölbten Oberfläche der Flügel des Rotors.

Der Rand der ebenen Seitenwände der halbzylindrischen Taschen im Stator und der Rand der Seitenwände des Rotors, in dem die Flügel angeordnet sind, bilden das Spiel A und ist kleiner als das Spiel B.

In der erfindungsgemäßen Konstruktion des Aufbaus des Lagers zwischen den gewölbten Flügel des Rotors und den hohlen halbzylindrischen Taschen des Stators entstehen während der Drehbewegung des Rotors mit seinen eingearbeiteten Flügeln in der Flüssigkeit hydrodynamische Wirbelströmungen, die einen ausreichenden Abstand der Flügelenden zur Innenwand des Stators für die Einhaltung auch unter Last der Welle bei seiner Drehung schaffen.

Durch die gewölbte Oberfläche der Flügel des Rotors und der halbzylindrischen Taschen im Stator mit den spitz zulaufende Rippen entsteht bei Drehung des Rotors in der Flüssigkeit eine hydrodynamische Wechselwirkung, die den Rotor im Lager zentrisch hält und es erst ermöglicht das Lager auch für Flüssigkeiten mit festen und/oder fasrigen Bestandteilen einzusetzen.

Die erzwungene Flüssigkeitsströmung bewirkt, dass ausschließlich der Strom der Flüssigkeit während des Betriebes zwischen den angenäherten zylindrischen Oberflächen sich teilweise verringert und das nicht ein Zustand entsteht, der ein Zusetzen des Spiels zwischen Rotor und Stator mit festen und fasrigen Bestandteilen ermöglicht.

Durch die hohlen halbzylindrischen Taschen im Lager besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass große verschiedene feste und fasrige Bestandteile in die Räume zwischen Rotor und Stator als Einschluss eindringen können.

Diese Bestandteile sind wesentlich kleiner als das Spiel B zwischen den spitzen Rippen des Stators und der gewölbten Oberfläche der Flügel des Rotors.

Die Rotorseitenwand mit der Auflage und die Statorseitenwand mit der Auflage besitzen untereinander nicht nur das notwendige Spiel A sondern verstärken intensiv die hydrodynamische Wirbelströmung. Durch sie wird die hydrodynamische Wirbelströmung auch in den Randbereichen erhalten, da ein Wegströmen nicht möglich ist und somit wird durch diese Art und Weise nicht unwesentlich die Fähigkeit des gleitens des Lagers gesteigert.

Das Arbeitslager arbeitet in der Weise.

Das Lager stützt sich im Ruhezustand und bei Beginn auf die Flüssigkeit und weniger auf den Rotor und den Stator.

Durch das Spiel A gelangt Flüssigkeit in das Lager, welche feste und/oder faserförmige Bestandteile enthält, und die kleiner als das Spiel B sind.

Bei Drehung des Rotors bilden sich in der Flüssigkeit gleichzeitig Wirbelströmungen aus, die mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe der hohlen halbzylindrischen Tasche im Stator am Flügelende des Flügels das Lager durchströmen.

Im Ergebnis bilden sich in der Tasche hydrodynamische Wirbelströmungen aus. Räumlich bilden sie sich in der Form der hohlen halbzylindischen Tasche und sind seitlich begrenzt durch die Flügelseitenwand und die Statorseitenwand. Sie müssen deswegen eine zylindrisch walzenförmig Form annehmen.

Die Flüssigkeitsströmung mit der hydrodynamischen Wirbelströmung stellt aufgrund der Form der Taschen im Stator die Form eines Halbzylinders dar.

Ein Teil eines jeden hydrodynamischen Wirbelstromes befindet sich in der hohlen halbzylindrischen Tasche des Stators und ein weiterer Teil tritt an der Grenze des Stators heraus.

Auch dieser Wirbelstrom, der verhältnismäßig elastisch ist und an der Grenze aus dem Stators heraustritt hat eine zylindrische Form. Auf diesem ruht der Rotor wie auf einem Rollenlager höchster Qualität. Die Kräfte aus der Wirbelströmung wirken auch auf die Oberfläche des Flügels des Rotors.

Nach dem Durchgang und Heraustritt des flüssigen Mediums an der Oberfläche des Flügels erfolgt für den Wirbelstrom der Zerfall. Aber am Flügelende eines jeden Flügels bildet sich ein neuer Wirbelstrom, auf dem ebenfalls die gegenüberstehende gewölbte Oberfläche des Flügels ruht.

Ein Festsetzen der festen und fasrigen Bestandteile in der Flüssigkeit zwischen der gewölbten Oberfläche des Rotors und den spitzen Rippen des Stators ist aufgrund der Wirbelströmungen in den Taschen nicht möglich.

Durch das Spiel A dringt Flüssigkeit in den Lagerraum zum Teil stärker ein. Da das Spiel A kleiner ist als das Spiel B besteht in diesem Spiel nicht die Möglichkeit, die festen und fasrigen Bestandteile in der Flüssigkeit zum genannten Lager einseitig hinzuführen.

Dieses ist ebenfalls gleichzeitig bei einem maximalem Ausmaß des Spiels B.

Aber nur in diesem Fall wird in dieser Zone bei intensiver Wirbelströmung der Flüssigkeit im hohem Maße diese sowohl zerstört als auch gebildet.

Teile des festen und fasrigen Materials in der Flüssigkeit zerteilen sich in dem Wirbelstrom durch die erzwungenen Bewegung und bilden dadurch kein Hindernis bei Drehung des Lagers.

So empfiehlt es sich das hydrodynamische Lager als untere Lagerstütze in Arbeitspropellerpumpen zu verwenden, die Flüssigkeiten, wie Gülle aus einem Vorratsbehälter in einen Transportbehälter mit entsprechenden Fassungsvermögen pumpen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:

Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung des hydrodynamischen Lagers im Querschnitt;

Fig. 2 schematische Darstellung des hydrodynamischen Lagers im Querschnitt um 90° in der Ebene gedreht.

Das hydrodynamische Lager besteht im wesentlichen, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, aus dem Rotor 1 und dem Stator 2. Im Rotor 1 sind umlaufend gleichmäßig symmetrisch Flügel 3, die eine Länge von einem Zehntel des Umfanges des Rotors aufweisen, angeordnet und im Stator 2 sind ringförmig symmetrisch offene halbzylindrische Taschen 4, die mit ihrer offenen Seite zu den Flügeln 3 des Rotors 1 hingewendet sind angeordnet. Die Taschen weisen dabei eine Tiefe von ein Zwanzigstel des Durchmessers des Rotors 1 auf. In den Taschen 4 bilden sich in der Flüssigkeit Wirbelströmungen aus, verstärkt am Ende an der spitzen Rippe 5, an der zwei benachbarte Taschen 4 zusammenstoßen. Der Rotor 1 besitzt für die Wechselwirkung zwischen der Innenseite des Stators 2 und der Oberfläche 6 des Flügels 3 eine solche Flügelanordnung, dass der vordere Flügelanfang 7 in der Drehrichtung 11 einen größeren Abstand zur Innenfläche des Stators 2, dem sogenannten neuen Rand 12, aufweist als an den Flügelende 8 und ein hervorströmen des flüssigen Mediums zwischen Flügel 3 und Stator 2 zwangsläufig bewirkt. Die Größe der Änderung des Abstandes der Flügel 3 zum neuen Rand 12 beträgt ebenfalls ein Zwanzigstel des Rotordurchmessers.

Der Rotor 1 und die hohlen halbzylindrischen Taschen 4 im Stator 2 bilden im Zusammenhang mit der Flügelseitenwand 9 und der Statorseitenwand 10 einen Rückflussüberlauf beim Wechsel des Flügels 3 mit seiner Flügelseitenwand 9 des Rotors 1 und der Statorseitenwand 10 der hohlen halbzylindrischen Tasche 4 und es bildet sich ein Spiel A aus, dessen Spiel kleiner ist als das Spiel B, welches sich kurzzeitig an den spitzen Rippen 5 des Stators 2 und der gewölbten Oberfläche 6 des Flügels 3 des Rotors 1 bildet. Bezugszeichen 1 Rotor 1

2 Stator

3 Flügel

4 Tasche

5 Rippe

6 Oberfläche

7 Flügelanfang

8 Flügelende

9 Flügelseitenwand mit Auflage

10 Statorseitenwand mit Auflage

11 Drehrichtung

12 Neuer Rand

A Spiel

B Spiel


Anspruch[de]
  1. 1. Hydrodynamisches Lager, bestehend aus Rotor (1) und Stator (2), gekennzeichnet dadurch, dass Flügel (3) im Rotor (1) um die Achse herum angeordnet sind und in der Innenseite des Stators (2) mehrere halbzylindrischer Taschen (4) angeordnet sind, deren Öffnungen zur Seite der Flügel (3) des Rotors (1) gerichtet sind und die Oberflächen von je zwei benachbarten Taschen (4) die Rippe (5) bilden, wobei zwischen Stator (2) und Rotor (1) ein Spiel (A) und ein Spiel (B) vorhanden ist.
  2. 2. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (4) in der Innenseite des Stators (2) ringförmig in der Art eines Ringnutes angeordnet sind.
  3. 3. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (3) des Rotors (1) über die Oberfläche (6) gegenüber dem Stator (2) nach außen gewölbt sind, wobei das vordere Flügelende (7) in Drehrichtung (11) des Rotors (1) weiter vom Stator (2) entfernt ist als das hintere Flügelende (8).
  4. 4. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Oberfläche (6) gegenüber der Rippe (5) sich ändert bevorzugt in der Größe der Tiefe der Tasche (4).
  5. 5. Hydrodynamisches Lager nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Seitenwand (9) des Flügels (3) des Rotors (1) und der Seitenwand (10) der halbzylindrischen Taschen (4) des Stators (1) ein Spiel (A) vorhanden ist, welches im Ausmaß gleich groß oder kleiner ist, als das Spiel (B), das sich zwischen der Rippe (5) des Stators (2) und der gewölbten Oberfläche (6) der Flügel (3) des Rotors (1) bildet.






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