具有磁軸承區段的軸承裝置以及調節軸承裝置的方法

2023-10-07 22:33:34 6

專利名稱：具有磁軸承區段的軸承裝置以及調節軸承裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種軸承裝置，具有兩個軸承配對件、一個滾動軸承區段和一個磁軸承區段，其中，磁軸承區段具有第一磁區域和第二磁區域，第一磁區域和第二磁區域通過中間間隙彼此分開，並且其中，滾動軸承區段和磁軸承區段共同地以能相對於彼此運動的方式支承兩個軸承配對件。本發明還涉及一種用於調節軸承裝置的方法。
背景技術：
滾動軸承用於以可運動的方式支承兩個軸承配對件，並且例如以旋轉軸承，尤其是徑向滾動軸承和軸向滾動軸承，或者線性軸承的結構形式而公知。支承通過滾動體與滾道的接觸式滾動接觸而實現，滾道布置在兩個軸承配對件上。相反，磁軸承以同名磁極的磁性排斥為基礎，同名磁極通過空氣間隙彼此分離開並且通常無接觸地構成。用於調節磁極之間的空氣間隙的方法由磁懸浮列車和血泵的應用領域，例如由出版物DE 4228309 CUDE 3931797 Al 或者 DE10123138 B4 公知。滾動軸承和磁軸承的組合可由出版物DE 10 2006 053 041 Al得知，該出版物可能構成最接近的現有技術。在該出版物中描述了一種尤其用於工具機的支承裝置，其中，為了支承而設置有滾動支承結構和磁支承結構，所述滾動支承結構和所述磁支承結構以運動學上彼此平行的方式連接。所述磁支承結構具有以彼此相斥的布置定位的永磁體，所述永磁體反向於負荷方向地給所述滾動支承結構減輕負荷。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種軸承裝置以及一種方法，所述軸承裝置以及所述方法在支承軸承配對件時確保穩定的運行。該目的通過具有權利要求1特徵的軸承裝置以及利用具有權利要求14特徵的方法來實現。本發明的優選的或者具有優點的實施方式由從屬權利要求、下面的說明書以及附圖得知。在本發明的範圍內，提出具有兩個軸承配對件的軸承裝置，其中，兩個軸承配對件能相對於彼此運動地，尤其是能相對於彼此轉動地和/或能相對於彼此移動地和/或能沿著彎道相對於彼此運動地得以支承。軸承裝置尤其可以集成在工具機和/或印表機、專用工具機、輸送設備、工件載體環行系統、食品設備、裝灌設備和/或包裝設備中。軸承裝置具有滾動軸承區段，在滾動軸承區段中，兩個軸承配對件通過滾動體，尤其是滾子和/或滾珠，以相對於彼此滾動的方式得以支承。此外，軸承裝置包括磁軸承區段，其中，磁軸承區段具有第一磁區域和第二磁區域，第一磁區域和第二磁區域通過中間間隙彼此分開。第一磁區域和第二磁區域優選彼此同極地和/或同名地構成和/或取向和/或布置，從而它們磁性排斥。優選地，磁區域中的一個磁區域與軸承配對件中的一個軸承配對件機械地聯接，而另一個磁區域與另一個軸承配對件機械地聯接。中間間隙在磁區域之間並因此在軸承配對件之間形成磁性減震區。
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磁軸承區段和滾動軸承區段優選關於軸承配對件的支承結構以運動學上彼此平行的方式布置。尤其是，磁軸承區段為了給滾動軸承區段減輕負荷而反向於負荷方向地構成和/或布置。負荷方向例如由重力的方向給出。在本發明的範圍內提出將至少一個執行器集成在軸承裝置中，該至少一個執行器設計成用於控制和/或調節中間間隙，尤其是中間間隙寬度，即第一磁區域與第二磁區域之間的距離。通過中間間隙的變化來改變第一磁區域與第二磁區域之間的間距。由於磁區域的排斥而出現的磁性力取決於磁區域的間距，從而可以通過控制和/或調節中間間隙來調整磁區域排斥的強度並因此調整滾動軸承區段的減負。本發明優選涉及軸承裝置的局部區段，滾動軸承區段和磁軸承區段因此可以形成軸承裝置的被界定的子區域。在此存在對本發明的如下考慮，S卩，通過以持續的、磁性的方式給滾動軸承區段減輕負荷而以靜態的方式給軸承裝置減輕負荷。但是，在軸承裝置運行期間出現的、動態的幹擾由於軸承裝置的不平衡、傾翻或者也許還有震顫或振動而在這種靜態系統中可能未得到補償。本發明的優點在於，這種幹擾可以主動地和/或動態地在運行中並且尤其在形成之後得到減緩、抑制和/或消除。因此，本發明提供如下可能性，即，出現的幹擾在軸承裝置的運行中通過控制和/或調節空氣間隙和由此導致的磁軸承區段磁力變化而得到補償。在本發明的優選實施方式中，在磁區域中的至少一個磁區域內，優選在兩個磁區域內，布置有一個或多個永磁體，所述永磁體建立磁性排斥力。在該實施方式中，磁軸承區段構成為被動的組件。與此相對地，優選的是，執行器可以通過外部能量來驅動。尤其是，執行器可以通過壓縮空氣、以液壓的方式、以氣動的方式和/或以通用的流體技術(fluidtechnisch)的方式和/或通過電能，例如作為壓電執行器，來驅動。在本發明的具有優點的改進方案中，軸承裝置具有控制裝置，所述控制裝置在信號技術上與一個或多個執行器相互連接，其中，控制裝置以程序技術的方式和/或以線路技術的方式設計為以如下方式來操控執行器，即，使不平衡、震顫、振動和/或傾翻(或者軸承裝置在運行中的一般運行幹擾)得到減緩和/或補償。為此，控制裝置可以具有控制件和/或調節件。控制裝置在用於動態地補償軸承裝置的運行幹擾的控制迴路中的調整量是中間間隙的變化，尤其是中間間隙寬度的變化。為了向控制裝置提供實際量，優選的是，軸承裝置包括一個或多個傳感器，該一個或多個傳感器設計和/或布置為檢測這種運行幹擾。尤其是，控制裝置和/或傳感器設計為檢測和/或調控或調整軸承裝置的動態特性或高動態特性。例如，傳感器的採樣頻率和/或執行器的操控頻率和/或控制裝置的調節或控制頻率大於1Hz，優選大於10Hz，尤其是大於100Hz。尤其是，控制裝置在軸承裝置運行期間實時地工作。在本發明的可能的構成形式中，軸承裝置具有多個這種磁軸承區段，這些磁軸承區段可以通過執行器和/或多個這種執行器選擇性地和/或單個地和/或彼此獨立地傾翻和/或移動。在這種構成形式中，軸承裝置在開放的或閉合的路段(Mrecke)上延伸，其中， 該路段的子區域優選具有可彼此獨立地進行控制和/或調節的磁軸承區段。與此對應地， 中間間隙並因此磁性排斥可以沿著所述路段不同地得到調整，以便例如對局部負荷進行補
在本發明的其他構成形式中，軸承裝置同樣具有多個磁軸承區段，但是這些磁軸承區段共同地布置在承載體上。承載體不易彎曲地構成，從而該承載體可以通過執行器或多個這種執行器以其整體傾翻和/或移動。在本發明的結合實際的實現方式中，軸承裝置構成為旋轉支承結構。在該實現方式中，優選的是，承載體構成為環繞轉動軸線的單元，並且尤其構成為圓盤或者具有圓盤區段。在本發明的具體實現方式中，滾動軸承區段構成為滾動軸承，尤其是深溝球軸承和/或四點接觸軸承和/或交叉滾子軸承。該軸承裝置例如用在轉盤或者工具臺中，轉盤或者工具臺通常靜態地和動態地承受高負荷並且快速地轉動。除了作為旋轉支承結構的構成形式，軸承裝置還可以可選地構成為彎道。在本發明的其他構成形式中，軸承裝置構成為線性軸承。在這種線性軸承或線性軸中，本發明尤其在線性軸承或線性軸同樣靜態地和動態地承受高負荷、線性軸承或線性軸快速地移動和/或移動路徑很長時具有優點。在所有實施方式中，磁區段可以多列、平行分布地延伸。在旋轉支承結構中，磁區段可以可選地布置在兩個或多個同中心的和/或同軸的迴路中。原則上，本發明可以在經歷很高負載負荷和重力負荷的所有類型的軸中具有優點地使用，以便能夠(與未得到補償的軸相比)實現滾動引導的使用壽命的提高。本發明的另一主題涉及一種用於調節和/或控制根據前述權利要求之一所述的軸承裝置或者像先前描述的那樣的軸承裝置的方法，其中，軸承裝置在工作中通過一個或多個執行器優選以動態的方式得以調節和/或控制，以便補償和/或減緩運行幹擾。


本發明的其他特徵、優點和作用由下面對本發明的優選實施例的說明得知。其中圖1示出具有作為本發明第一實施例的軸承裝置的轉盤的示意性橫截面圖；圖2以具有作為本發明第二實施例的另一軸承裝置的相同圖示示出圖1中的轉器。
具體實施例方式圖1以示意性橫截面圖示出轉盤設備1，就像將其例如用作工件載體環行系統那樣。轉盤1具有定子2，該定子位置固定地布置，並且轉動體3作為轉盤可圍繞轉動軸線4轉動地支承在該定子上。這種轉盤設備1一方面通過轉動體3的重力G或者在轉動體上布置的設備，並且另一方面通過動態的負荷基於圍繞轉動軸線4的很高的轉動速度而承受負荷。轉動體3具有中心底座(Mittelfuii) 5，所述中心底座通過雙列角接觸球軸承6可在定子2中圍繞轉動軸線4轉動地得以支承。角接觸球軸承6構成為既軸向地接納指向轉動軸線4的方向的力，例如重力G，又徑向地接納指向轉動軸線4的力，並且通過定子2來ijf (abtragen)。為了給角接觸球軸承6減輕負荷，轉盤設備1示出磁支承結構7，所述磁支承結構構成為產生磁力F，所述磁力與重力G相反地指向並且由此給角接觸球軸承6減輕負荷。磁支承結構7具有第一磁區段8和第二磁區段9，所述第一磁區段和所述第二磁區段通過中間間隙10彼此間隔開0. 5mm至5mm的數值。第一磁區段8和第二磁區段9環行地圍繞轉動軸線4地構成並且各具有兩個彼此同中心地布置的圈8a、8b和9a、9b。相應徑向外圈8a和9a以及相應內圈8b和9b在轉盤設備1的俯視圖中分別以彼此疊合一致的方式布置。圈8a、8b和圈9a、9b分別具有永磁體，所述永磁體分別以如下方式布置和/或取向，即，第一磁區段8和第二磁區段9相互排斥。例如，在中間間隙10中，磁區段8和磁區段9的負極(可供選擇地是正極)對置。第一磁區段8通過中間載體11與轉動體3固定地並且剛性地連接。相反，第二磁區段9通過執行器裝置12布置在承載體13上或者(在另外的實施方式中)布置在定子2 上。執行器裝置12構成用於沿著或者逆著轉動軸線4的方向推動第二磁區段9或者其子區域，或者以如下方式推動第二磁區段9或者其子區域，S卩，改變中間間隙10的寬度d。 通過推動第二磁區段9或者通過改變中間間隙10的間隙寬度d可以調整磁力F，所述磁力與重力G相反地起作用。執行器裝置12可以構成為選擇性地沿著或者逆著朝向第二磁區段8的方向推動第二磁區段9，包括第二磁區段9的各個圈9a或9b或者圈9a、9b的環行的各個延伸區段。 通過這種方式，可以實現的是，旋轉對稱地或者依賴於在圍繞轉動軸線4的環行方向上的位置地提高或降低磁力F。可選地，轉盤設備1並且尤其是磁支承結構7或執行器裝置12與控制裝置(未示出)連接，所述控制裝置構成為將平穩運行中的幹擾，例如轉動體3的不平衡、傾翻、震顫和/或振動，動態地和/或實時地通過操控執行器裝置12來減緩和/或補償。作為用於這種調節或控制的輸入量，可以使用傳感器(未示出)的信號，所述傳感器要麼針對轉動體3 整體地，要麼依賴於在環行方向上的位置地測定所述不平衡等。圖2示出本發明的第二實施方式，其中，第二磁區段9並且尤其是其兩個圈9a、9b 布置在共同的、剛性的承載體13上，通過執行器裝置12，可以使所述承載體以其整體移動和/或傾翻。在兩個實施方式中，執行器裝置12可以構成為氣動機構、液壓機構和/或流體系統或者構成為電動驅動裝置或電動執行器。除了使用由轉盤設備1中的角接觸球軸承6和磁支承結構7組成的軸承裝置之外，還可以實現的是，將由任意的滾動軸承和這種主動的磁支承結構構成的這種組合集成在線性軸承或彎道軸承中。因此，總的來說，還提出一種機電一體化系統，用於通過調節或控制磁支承結構7的中間間隙10來使支承得到減緩和不平衡補償。附圖標記列表1轉盤、轉盤設備2定子3轉動體
4轉動軸線5中心底座6角接觸球軸承7磁支承結構8第一磁區段8a,8b 內圈和外圈9第二磁區段9a、9b 內圈和外圈10中間間隙11中間載體12執行器體13承載體
權利要求
1.軸承裝置(1)，具有:兩個軸承配對件0、3)、一個滾動軸承區段(6)和一個磁軸承區段(7)，其中，所述磁軸承區段(7)具有第一磁區域和第二磁區域(8、 9)，所述第一磁區域和所述第二磁區域通過中間間隙(10)彼此分開，其中，所述滾動軸承區段(6)和所述磁軸承區段(7)共同地以能相對於彼此運動的方式支承所述兩個軸承配對件0、3)，其特徵在於執行器(12)，所述執行器設計成用於控制和/或調節所述中間間隙(10)。
2.根據權利要求1所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，在至少一個磁區域(8、9)內布置有永磁體。
3.根據權利要求1或2所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述執行器(1 能夠通過外部能量來驅動。
4.根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述外部能量通過壓縮空氣、以液壓的方式、以氣動的方式、以流體技術的方式和/或以電的方式來傳輸。
5.根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於控制裝置，所述控制裝置設計為操控所述執行器(12)，以便在運行中減緩所述軸承配對件0、3)的不平衡、震顫、 振動和/或傾翻。
6.根據權利要求5所述的軸承裝置(1)，其特徵在於傳感器，所述傳感器設計為檢測所述軸承配對件0、3)的不平衡、震顫、振動和/或傾翻。
7.根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於多個所述磁軸承區段(8、 9)，所述磁軸承區段能夠通過所述執行器(1 或者多個所述執行器(1 選擇性地傾翻和/或移動。
8.根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於多個所述磁軸承區段，所述多個磁軸承區段共同地布置在承載體(1 上，其中，所述承載體(1 能夠通過所述執行器(1 或者多個所述執行器(1 傾翻和/或移動。
9.根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述軸承裝置構成為旋轉支承結構。
10.根據權利要求9所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述承載體(1 以環繞所述轉動軸線的方式構成並且尤其構成為圓盤。
11.根據前述權利要求9或10所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述滾動軸承區段 (6)構成為深溝球軸承。
12.根據權利要求9至11之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述軸承裝置構成為轉盤(1)。
13.根據權利要求1至8之一所述的軸承裝置(1)，其特徵在於，所述軸承裝置構成為線性軸承。
14.用於調節和/或控制根據前述權利要求之一所述的軸承裝置(1)的方法，其特徵在於，所述軸承裝置(1)在運行中通過所述執行器(1 或者通過多個所述執行器(1 優選以動態的方式得以調節和/或控制，以便補償和/或減緩所述軸承配對件0、3)的運行幹擾。
全文摘要
本發明的目的在於，提出一種軸承裝置以及一種方法，所述軸承系統以及所述方法在支承軸承配對件時確保穩定的運行。為此，提出一種軸承裝置(1)，具有兩個軸承配對件(2、3)、一個滾動軸承區段(6)和一個磁軸承區段(7)，其中，磁軸承區段(7)具有第一磁區域和第二磁區域(8、9)，該第一磁區域和第二磁區域通過中間間隙(10)彼此分開，其中，滾動軸承區段(6)和磁軸承區段(7)共同地以能相對於彼此運動的方式支承兩個軸承配對件(2、3)，並且軸承裝置具有執行器(12)，其設計用於控制和/或調節中間間隙(10)。
文檔編號F16C39/06GK102223984SQ200980146902
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月25日 優先權日2008年12月4日
發明者卡斯滕·杜佩, 弗朗克·迪施米德, 金特·施密德 申請人:謝夫勒科技有限兩合公司