Hydrostatische radiale Lagerung einer Welle oder eines Zapfens Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lage rung einer horizontalen oder geneigten Welle oder eines Zapfens, bei der in der Lagerfläche verteilt einzelne Vertiefungen vorgesehen sind, welche durch getrennte Schmiermittelquellen mit Schmiermittel un ter Druck versorgt werden und Druckpolster für die Welle bzw. den Zapfen bilden.
Bei den bisher bekannten Lagerungen dieser Art sind die Druckpolster am Umfang des Lagers gleich mässig verteilt angeordnet. Man benötigt in diesem Fall mindestens drei Druckpolster, um die Welle zu zentrieren. Soll auch eine Übereinstimmung in der Achsrichtung des Lagers und der Welle erzielt, also ein Verkanten der Welle im Lager verhindert wer den, so ist eine zweite solche Gruppe von Druck polstern erforderlich, so dass insgesamt sechs Druck polster vorzusehen sind.
Handelt es sich indessen um die Lagerung gro sser und schwerer Läufer, so werden solche Lager verhältnismässig teuer.
Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie besteht darin, dass nur auf der Unterseite der Welle bzw. des Zapfens in der Lagerschale Druckpolster, und zwar mindestens deren drei, vorgesehen sind und mindestens zwei davon in axialer Richtung ge geneinander versetzt angeordnet sind und dass die La gerschale um einen zwischen den axial gegeneinan der versetzt angeordneten Druckpolstern gelegenen Punkt schwenkbar abgestützt ist.
Auf diese Weise wird mit verhältnismässig ge ringem Aufwand eine einwandfreie Lagerung erhal ten, welche insbesondere für verhältnismässig schwere Läufer mit Wellen oder Zapfen grossen Durchmessers geeignet ist, die auch mit verhältnismässig geringer Drehzahl umfaufen, so dass eine Abstützung von der Oberseite nicht erforderlich ist. In diesem Sinne betrifft die Erfindung ferner auch die Anwendung dieser Lagerung für eine Rohrmühle der Zement- oder Kalkindustrie.
Bei diesen Rohrmühlen wurden bisher meist selbstschmierende Lager verwendet. Bei den grossen Abmessungen der heute zur Verwendung kommen den Mühlen bietet indessen die erfindungsgemässe La gerung beachtliche Vorteile, da sie mit verhältnis mässig geringem Aufwand reine Flüssigkeitsreibung zu erreichen und so die für die Deckung der Lager verluste aufzubringende Antriebsleistung niedrig zu halten gestattet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein erstes: Ausführungsbeispiel für die Lagerung der Welle einer Rohrmühle nach der Linie 1-I der Fig. 2, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 die Abwicklung der Lagerfläche des Aus führungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2,
Fig.4 einen Schnitt quer zur Achse durch ein weiteres Ausführungsbeispiel und Fig. 5 die Abwicklung der Lagerfläche des Aus- führungsbeispiels nach Fig. 4.
Gemäss den Fig. 1 und 2 ist ein Lagerzapfen 1 des Läufers einer nicht gezeigten Rohrmühle mit horizontaler Achse in der Büchse 2 in einer Lager schale 3 gelagert. Die Lagerschale 3 ist in ein Ring segment 4 eingesetzt, welches über Stege 5 mit einem das Ganze umgebenden Gehäuse 6 verbunden ist.
Das Gehäuse 6 liegt mit einer kugeligen Fläche 7 auf einer entsprechend geformten Gegenfläche 8 eines Lagerbockes 9 auf, in der Weise, dass es sich um das Zentrum 0 frei einstellen kann. In der Lagerfläche der für die radiale Lagerung des Zapfens 1 dienenden Büchse 2 sind drei Vertie fungen 10, 11, 12 vorgesehen, welche durch getrennte Schmiermittelquellen, nämlich durch je eine Pumpe 13 bzw. 14 bzw. 15 der Verdrängerbauart, z. B. Zahnradpumpe, über Leitungen 16 bzw. 17 bzw. 18 mit Schmiermittel unter Druck versorgt werden und dabei Druckpolster für den Zapfen 1 bilden.
Es handelt sich also um eine hydrostatische Lagerung des Zapfens 1.
Jede der Pumpen 13, 14, 15 liefert eine be stimmte Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit. Es baut sich hierbei in jedem der Druckpolster 10, 11, 12 ein solcher Druck auf, dass der Zapen 1 sich von der Lagerfläche abhebt und der von der zugehörigen Pumpe gelieferten Schmiermittelmenge gestattet, durch das so entstandene Lagerspiel in das Innere des Gehäuses 6 abzufliessen, von welchem das Schmiermittel durch nicht dargestellte Leitungen wie der zu den Pumpen gelangt.
Der Zapfen 1 schwimmt hierbei auf den Druckpolstern 10, 11, 12, so dass bei der Drehung des Zapfens um seine Achse nur kleine Reibungswiderstände zu überwinden sind.
Für die Lagerung des Zapfens 1 sind einzig auf dessen Unterseite die erwähnten drei Druckpolster 10, 11, 12 vorgesehen. Auf der Oberseite des Zap fens 1 sind keine Druckpolster vorhanden. Der Zap fen 1 ist also zur Hauptsache im Lager an drei Stel len abgestützt.
Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, sind zwei der Druckpolster, nämlich die Druckpolster 10 und 11, in axialer Richtung gegeneinander versetzt ange ordnet, und der Punkt 0, um den die Lagerschale 3 mit Gehäuse 6 schwenkbar ist, liegt zwischen diesen axial gegeneinander versetzt angeordneten Druck polstern 10, 11. Dies soll verhindern, dass der Zap fen 1 bei Neigung im Lager mit der Büchse 2 in metallische Berührung kommt, indem sich im Druck polster, bei welchem sich der Zapfen dem Lager nähert, ein höherer Druck aufbaut als im anderen Druckpolster.
Durch die Druckpolster 10, 11 wird dabei ein Drehmoment auf die Lagerschale 3 aus geübt, welches im Sinne einer Anpassung der Nei gung der Lagerschale 3 an die Neigung des Zapfens 1 wirkt.
Als besondere Mittel zur überwindung der Rei bung an den Gleitflächen 7 ist zur Veränderung der Neigung der Lagerschale 3 im Lagerblock 9 eine Verstelleinrichtung vorgesehen, welche zwei Stell motoren 19, 20 mit Kolben 21 bzw. 22 aufweist, die in Zylindern 23 bzw. 24 verstellbar sind. Die zwei Stelfmotoren 19, 20 sind axial beidseitig der Mittel ebene des Lagers angeordnet.
Die Kolben 21, 22 sind mit Stangen 25 bzw. 26 versehen, die parallel zur Achse des Zapfens 1 verlaufen und mit ihren Enden an einem nach unten sich erstreckenden An satz 27 des Lagergehäuses 6 anliegen.
Die mit Bezug auf die Kolben 21 und 22 auf der Gegenseite zu den Stangen 25 bzw. 26 liegenden Zylinderräume 28 bzw. 29 sind durch Leitungen 30 bzw. 31 mit den Schmiermittelzuleitungen 16 bzw. 17 verbunden, die zu den Druckpolstern 10 bzw. 11 führen.
Die beschriebene Versteileinrichtung wirkt fol gendermassen: Stellt sich beispielsweise infolge einer Deforma tion des Läufers der Rohrmühle der Zapfen 1 mit Bezug auf das Lager in der Weise schräg ein, dass das Spiel im Bereich des Druckpolsters 10 grösser, im Bereich des Druckpolsters 11 dagegen kleiner wird, so sinkt der Druck in der Leitung 16 und steigt in der Leitung 17. Es erniedrigt sich somit die Kraft, die der Kolben 21 über die Stange 25 auf den Ansatz 27 des Lagergehäuses 6 ausübt, und erhöht sich die Kraft, die der Kolben 28 in der Gegenrichtung über die Stange 26 auf diesen Ansatz 27 ausübt.
Das Gehäuse 6 wird somit im Uhrzeigerdrehsinn gedreht, und zwar so lange, bis sich die Neigung der Lager schale 3 an die veränderte Neigung des Zapfens 1 an gepasst hat, was dann der Fall ist, wenn die Flüssig keitsdrücke in den beiden Polstern: 10 und 11 wieder im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie zuvor. Insbesondere wird die Gleichheit der beiden Drücke angestrebt, wenn die Kolben 21 und 22, wie darge stellt, dien gleichen Querschnitt haben.
Die die Stell motoren 19 und 20 aufweisende Verstelleinrichtung steht somit unter dem Einfluss der in den axial ver setzt gegeneinander angeordneten Druckpolstern 10 und 11 herrschenden Drücke und verstellt die Lager schale 6 im Sinne der Aufrechterhaltung eines vor gegebenen Verhältnisses dieser Drücke.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel steht die Verstelleinrichtung insbesondere unter dem Einfluss des Unterschiedes zwischen diesen beiden Drücken.
Die Verstelleinrichtung kann natürlich mit glei cher Wirkungsweise auch anders als dargestellt ausge- führt werden. So können beispielsweise statt der in den Zylindern 23, 24 gleitenden Kolben 21, 22 für die Stellmotore 19, 20 Membranbälge verwendet wer den, oder es kann auch statt der beiden Stellmotore 19, 20 ein einziger mit einem von beiden Seiten durch die Flüssigkeitsdrücke beaufschlagten Kolben verwendet werden.
Das Vorsehen einer unter dem Einfluss der in den axial versetzt gegeneinander angeordneten Druck polstern herrschenden Drücke stehenden Verstell einrichtung der beschriebenen Art zur Veränderung der Neigung der Lagerschale erweist sich besonders dann als günstig, wenn Lager mit grossem Durch messer und verhältnismässig kleiner Länge zur An wendung kommen, wie dies bei Rohrmühlen der Fall ist, weil die Zapfen meist hohl sind und für die Zu- oder Wegfuhr des Mahlgutes dienen.
Die durch die Reaktionen der Druckpolster 10, 11 selbst auf die Lagerchale 6 ausgeübten Momente, die an sich schon im Sinne einer Anpassung der Neigung der Lagerschale 6 an die Neigung des Zapfens 1 wirken könnten, sind dann verhältnismässig klein, so dass sie unter Umständen gar nicht in der Lage wären, die Reibungswiderstände an den Gleitflächen 7 zwi- sehen dem Lagergehäuse 6 und dem Lagerbock 9 zu überwinden, bevor metallische Berührung zwi schen dem Zapfen 1 undi der Lagerbüchse 2 eintre ten würde.
Das dritte Druckpolster 12 ist axial etwa in der Mitte zwischen den beiden Druckpolstern 10 und 11, aber in Umfangsrichtung gegen diese versetzt ange ordnet. Es trägt nichts bei zur Einstellung der Nei gung der Lagerschale, dient aber zusammen mit den beiden andern Druckpolstern zur Zentrierung des Zapfens im Lager.
Da das Lager auch im Falle des Ausbleibens der Schmiermittelzufuhr unter Druck keinen Schaden nehmen soll, wird zweckmässig neben den Schmier mittelquellen für die Druckpolster eine Selbstschmie rung vorgesehen, die bei Ausfall des unter Druck ge lieferten Schmiermittels Notlauffähigkeit des Lagers gewährleistet. Es kann hierzu beispielsweise eine Ringschmierung bekannter Art benützt werden.
Damit sich mit einer solchen Schmierung der Schmiermittelkeil richtig ausbilden kann, ist beim beschriebenen Lager, wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, in der Lagerfläche zwischen den Druck polstern 10, 11, 12 ein von Druckpolstern freies Ge biet vorgesehen. Bei der vorgesehenen Drehrichtung des Zapfens 1 sind die beiden axial nebeneinander liegenden Druckpolster 10, 11 auf der Ablaufseite nahe beim tiefsten Punkt der Lagerfläche angeordnet, und das dritte Druckpolster 12 befindet sich seitlich an der Einlaufstelle zum Lager.
Statt nur drei Druckpolster können auf der Un terseite des Zapfens im Lager auch vier oder mehr Druckpolster vorgesehen werden. Eine Ausführung des Lagers mit vier Druckpolstern zeigen die Fig. 4 und 5.
Entsprechende Teile sind hierbei mit gleichen Ziffern bezeichnet wie in den Fig. 1 bis 3. Ausser den Vertiefungen 10 und 11 sind aber hier statt der Vertiefung 12 in der Lagerbüchse 2 zwei weitere Vertiefungen 10' und 11' für die Bildung von Druck polstern vorgesehen. Jedes dieser Druckpolster 10, 11, 10', 11' wird von einer besondern Pumpe mit Schmiermittel unter Druck versorgt. Diese Pumpen sind in einem Gehäuse 32 zu einer gesamten, von einem Elektromotor 33 angetriebenen Gruppe ver einigt und unmittelbar am Lagergehäuse 6, in dem sich das vom Lager abfliessende Schmiermittel sam melt, angeflanscht. Das Schmiermittel gelangt über im Gehäuse 6 montierte Leitungen 17 bzw. -1<B>7</B> zu den Druckpolstern 11, 11'.
Weitere Leitungen 31, 31' stellen die Verbindung zwischen den Leitungen 17 bzw. 17' und den Zylinderräumen der Stelhno- tore 20 bzw. 20' her. Natürlich kann diese Anord nung der Pumpen auch bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Lager vorgesehen werden.
Ausser den Stellmotoren 19, 20, die mit den Druckpolstern 10, 11 in Verbindung stehen und auf den Ansatz 27 des Lagergehäuses 6 einwirken, sind beim Lager gemäss den Fig. 4 und 5 zwei weitere Stellmotore 19', 20' vorgesehen, die mit den Druck- polstern 10', 11' in Verbindung stehen und auf einen Ansatz 27' des Lagergehäuses 6 einwirken. Die Wir kungsweise der beiden Stellmotore 19', 20' ist die gleiche, wie sie anhand der Fig. 1 bis 3 für die Stell motore 19, 20 beschrieben wurde.
Um bewegliche Verbindungsleitungen ganz zu vermeiden, können die Stellmotore statt im festen Lagerbock gleichfalls im drehbeweglichen Lagergehäuse angeordnet wer den.
Hydrostatic radial bearing of a shaft or a journal The invention relates to a hydrostatic position tion of a horizontal or inclined shaft or journal, in which individual depressions are provided distributed in the bearing surface, which are supplied with lubricant under pressure by separate lubricant sources and pressure cushions for the Form shaft or the pin.
In the previously known bearings of this type, the pressure pads are evenly distributed around the circumference of the bearing. In this case, at least three pressure pads are required to center the shaft. If a correspondence in the axial direction of the bearing and the shaft is to be achieved, i.e. tilting of the shaft in the bearing is prevented, a second such group of pressure pads is required, so that a total of six pressure pads are to be provided.
If, however, large and heavy rotors are to be stored, such bearings are relatively expensive.
The invention avoids this disadvantage. It consists in that only on the underside of the shaft or the pin in the bearing shell pressure pads, namely at least three, are provided and at least two of them are arranged offset from one another in the axial direction and that the bearing shell by one between the axially is supported pivotably against one another of the offset pressure pads located point.
In this way, a flawless storage is obtained with relatively little effort, which is particularly suitable for relatively heavy runners with shafts or pins of large diameter, which also run around at a relatively low speed, so that a support from the top is not required. In this sense, the invention also relates to the use of this storage for a tube mill in the cement or lime industry.
In the past, self-lubricating bearings were mostly used in these tube mills. With the large dimensions of the mills used today, the storage according to the invention offers considerable advantages, since it allows pure fluid friction to be achieved with relatively little effort and thus the drive power required to cover the bearing losses to be kept low.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form. 1 shows an axial longitudinal section through a first exemplary embodiment for the mounting of the shaft of a tube mill along the line 1-I in FIG. 2, FIG. 2 a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 the development of the storage area from the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2,
4 shows a section transversely to the axis through a further exemplary embodiment and FIG. 5 shows the development of the bearing surface of the exemplary embodiment according to FIG.
1 and 2, a journal 1 of the rotor of a tube mill, not shown, with a horizontal axis in the bush 2 in a bearing shell 3 is mounted. The bearing shell 3 is inserted into a ring segment 4, which is connected via webs 5 to a housing 6 surrounding the whole.
The housing 6 rests with a spherical surface 7 on a correspondingly shaped counter surface 8 of a bearing block 9 in such a way that it can freely adjust around the center 0. In the bearing surface of the bushing 2 serving for the radial mounting of the pin 1, three Vertie fungen 10, 11, 12 are provided, which by separate sources of lubricant, namely by a pump 13 or 14 or 15 of the displacement type, z. B. gear pump, are supplied with lubricant under pressure via lines 16 or 17 or 18 and thereby form pressure pads for the pin 1.
This is a hydrostatic bearing of the journal 1.
Each of the pumps 13, 14, 15 delivers a certain amount of lubricant per unit of time. Here, such a pressure builds up in each of the pressure pads 10, 11, 12 that the pin 1 lifts off the bearing surface and allows the amount of lubricant supplied by the associated pump to flow into the interior of the housing 6 through the bearing play thus created, from which the lubricant reaches the pumps through lines not shown.
The pin 1 here floats on the pressure pads 10, 11, 12 so that only small frictional resistances have to be overcome when the pin rotates about its axis.
For the storage of the pin 1, the three pressure pads 10, 11, 12 mentioned are provided only on its underside. On the top of the Zap fens 1 there are no pressure pads. The Zap fen 1 is therefore mainly supported in the camp at three Stel len.
As can be seen from FIGS. 1 and 3, two of the pressure cushions, namely the pressure cushions 10 and 11, are arranged offset from one another in the axial direction, and the point 0, about which the bearing shell 3 with housing 6 is pivotable, lies axially between them offset against each other arranged pressure pad 10, 11. This is to prevent the Zap fen 1 when tilted in the bearing with the bush 2 comes into metallic contact by in the pressure pad, in which the pin approaches the bearing, a higher pressure builds up than in the other pressure pad.
Through the pressure pads 10, 11 a torque is exerted on the bearing shell 3, which acts in the sense of an adaptation of the inclination of the bearing shell 3 to the inclination of the pin 1.
As a special means of overcoming the friction on the sliding surfaces 7, an adjustment device is provided to change the inclination of the bearing shell 3 in the bearing block 9, which has two servomotors 19, 20 with pistons 21 and 22, which are adjustable in cylinders 23 and 24, respectively are. The two servo motors 19, 20 are arranged axially on both sides of the central plane of the bearing.
The pistons 21, 22 are provided with rods 25 and 26, respectively, which run parallel to the axis of the pin 1 and rest with their ends on a set 27 of the bearing housing 6 extending downward.
The cylinder spaces 28 and 29 located on the opposite side of the rods 25 and 26 with respect to the pistons 21 and 22 are connected by lines 30 and 31 to the lubricant feed lines 16 and 17, which lead to the pressure pads 10 and 11, respectively .
The adjustment device described acts as follows: If, for example, as a result of a deformation of the rotor of the tube mill, the pin 1 is inclined with respect to the bearing in such a way that the play in the area of the pressure pad 10 is greater, but in the area of the pressure pad 11 it is smaller , the pressure in the line 16 drops and rises in the line 17. The force that the piston 21 exerts via the rod 25 on the projection 27 of the bearing housing 6 is thus reduced, and the force that the piston 28 exerts increases exerts on this approach 27 in the opposite direction via the rod 26.
The housing 6 is thus rotated clockwise until the inclination of the bearing shell 3 has adapted to the changed inclination of the pin 1, which is the case when the liquid pressure in the two cushions: 10 and 11 are again in the same relationship to each other as before. In particular, the equality of the two pressures is sought when the pistons 21 and 22, as Darge shows, have the same cross-section.
The actuating motors 19 and 20 having adjustment device is thus under the influence of the pressures prevailing in the axially ver sets oppositely arranged pressure pads 10 and 11 and adjusts the bearing shell 6 in the sense of maintaining a given ratio of these pressures.
In the exemplary embodiment described, the adjustment device is particularly influenced by the difference between these two pressures.
The adjusting device can of course also be designed differently than shown with the same mode of operation. For example, instead of the pistons 21, 22 sliding in the cylinders 23, 24 for the servomotors 19, 20 diaphragm bellows can be used, or instead of the two servomotors 19, 20 a single piston can be used with a piston acted on from both sides by the liquid pressures be used.
The provision of an adjustment device of the type described for changing the inclination of the bearing shell, which is under the influence of the pressures prevailing in the pressures that are axially offset from one another, proves to be particularly beneficial when bearings with a large diameter and relatively short length are used As is the case with tube mills, because the pins are usually hollow and are used to supply or remove the ground material.
The moments exerted by the reactions of the pressure pads 10, 11 themselves on the bearing shell 6, which in themselves could act in the sense of adapting the inclination of the bearing shell 6 to the inclination of the pin 1, are then relatively small, so that they may even be would not be able to overcome the frictional resistance on the sliding surfaces 7 between the bearing housing 6 and the bearing block 9 before metallic contact between the pin 1 and the bearing bush 2 would occur.
The third pressure pad 12 is axially approximately in the middle between the two pressure pads 10 and 11, but offset in the circumferential direction against this is arranged. It does not help to adjust the inclination of the bearing shell, but together with the other two pressure pads it serves to center the pin in the bearing.
Since the bearing should not be damaged in the event of a lack of lubricant supply under pressure, a self-lubrication system is expediently provided in addition to the lubricant sources for the pressure cushions, which ensures emergency running capability of the bearing if the lubricant supplied under pressure fails. For this purpose, for example, a known type of ring lubrication can be used.
So that the lubricant wedge can form correctly with such a lubrication, the bearing described, as can be seen from FIGS. 2 and 3, cushion in the bearing surface between the pressure 10, 11, 12 a free of pressure cushions Ge area is provided. In the intended direction of rotation of the pin 1, the two axially adjacent pressure pads 10, 11 are arranged on the outlet side near the lowest point of the bearing surface, and the third pressure pad 12 is located laterally at the entry point to the bearing.
Instead of just three pressure pads, four or more pressure pads can be provided on the underside of the journal in the camp. FIGS. 4 and 5 show an embodiment of the bearing with four pressure pads.
Corresponding parts are denoted by the same numbers as in FIGS. 1 to 3. Except for the recesses 10 and 11, instead of the recess 12 in the bearing bush 2, two further recesses 10 'and 11' are provided for the formation of pressure padding. Each of these pressure pads 10, 11, 10 ', 11' is supplied with lubricant under pressure by a special pump. These pumps are united in a housing 32 to form an entire group driven by an electric motor 33 and flange-mounted directly on the bearing housing 6, in which the lubricant draining from the bearing collects. The lubricant reaches the pressure pads 11, 11 'via lines 17 or -1 7 installed in the housing 6.
Further lines 31, 31 'establish the connection between the lines 17 and 17' and the cylinder spaces of the actuators 20 and 20 '. Of course, this arrangement of the pumps can also be provided in the bearing shown in FIGS.
In addition to the servomotors 19, 20, which are connected to the pressure pads 10, 11 and act on the projection 27 of the bearing housing 6, two further servomotors 19 ', 20' are provided in the bearing according to FIGS Pressure pads 10 ', 11' are connected and act on a shoulder 27 'of the bearing housing 6. The way we act of the two servomotors 19 ', 20' is the same as was described with reference to FIGS. 1 to 3 for the actuators 19, 20.
In order to avoid moving connecting lines entirely, the servomotors can also be arranged in the rotatable bearing housing instead of in the fixed bearing block.