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Umlaufkörp erlagerung, insbesondere für Auswuchtmas chinen Die Lagerung
von Umlaufkörpern muß winkeleinstellbare oder sphärisch einstellbare Aufnahmelager
besitzen, wenn diese Lager unter dem Einfluß von Fliehkräften, die vom Umlaufkörper
auf die Lager kommen, in einer oder allen radialen Richtung gen nachgeben können,
also nicht starr abgestützt sind, oder wenn die Umlaufkörper in radialer Richtung
beachtlich durchfedern. In solchen Fällen führt die Welle der Umlaufkörper im Bereich
der Lagerschalen Winkelschwingungen aus. Diese würden, falls die Lager nicht einstellbar
wären, schädliche Zwangskräfte zwischen der Welle und den Lagern zur Folge haben.
Winkel- und sphärisch einstellbare Lager sind deshalb insbesondere bei dynamischen
Auswuchtmaschinen mit elastisch abgestützten Prüfkörperaufnahmelagern nötig. Die
sphärische Einstellbarkeit ist auch sonst, abgesehen von Auswuchtvorgängen, stets
dann zu gewährleisten, wenn Umlaufkörper biegsame Wellen besitzen oder selbst elastisch
sind.
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Um den Forderungen nach Winkel- oder sphärischer Einstellbarkeit
z. B. bei Auswuchtmaschinen mit Schwingungsaufnehmern zu genügen, hat man zuerst
geteilte Lager mit kugeligen Einstellflächen (sogenannte Sellerslager) verwendet,
die gegebenenfalls auf blattfedergetragenen schwingbaren Brücken angeordnet waren.
Diese Lagerungen haben sich auch im Turbomaschinenbau im allgemeinen gut bewährt,
scheiden aber aus, sobald exakte Messungen des elastischen Verhaltens oder der Fliehkräfte
angestrebt werden, insbesondere lassen sie, weil sie mit Spiel und Reibung in den
Einstellflächen behaftet sind, keine Auswuchtgenauigkeiten von 1 F und weniger Schwerpunktsverlagerung
erzielen.
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Bei einer anderen bekannten Lagerung liegt der Umlaufkörper mit seinen
Betriebslagern in den Lager brücken auf zwei Rollen oder anderen Wälzkörpern, die
mit ihren Achsen winklig zueinander und in einer Ebene rechtwinklig zur Rotationsachse
des Umlaufkörpers stehen. Die Lagerbrücken werden von Blattfedern getragen. Zur
Verhinderung axialer Bewegung des Umlaufkörpers dienen an Gabeln gehaltene Führungsrollen
oder ein in das Betriebslager eingreifender Zapfen. Für Maschinen, die Axialschub
erzeugende wellenelastische Umlaufkörper enthalten, beispielsweise Ventilatoren,
Kompressoren, oder Turbinen und für Maschinen, beispielsweise Auswuchtmaschinen,
die Läufer der vorstehend genannten Maschinen aufnehmen sollen, genügt diese bekannte
Konstruktion nicht, weil das Führungselement, Gabel oder Zapfen, das den Lagerkörper
in axialer Richtung fixiert, seitlich der Umlaufkörperachse am Lagerkörper angreift.
Axial gerichtete Kräfte derartiger Läufer könnten das auf Rollen nur lose aufliegende
Lager in unerwünschter Weise verkanten. Auch sind
solche Lager aus Gründen der Betriebssicherheit
nicht für überkritisch laufende Rotoren oder für höchste Prüfdrehzahlen oder Betriebsdrehzahlen
brauchbar.
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Bei einer weiteren bekannten Konstruktion ist die Umlaufkörperlagerbrücke
beiderseits statt an Blattfedern an drei oder mehr runden Drähten in einem Gehäuse
aufgehängt oder auf runde Stäbe gestellt.
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Dadurch sind drei Freiheitsgrade (Bewegung in horizontaler Ebene quer
zur Umlaufkörperachse, in Richtung der Umlaufkörperachse und Drehbewegung um eine
Hochachse) ohne sphärische Zwischenlager gewährleistet. Die Beschränkung auf nur
einen runden Haltedraht an beiden Enden der Brücke verschafft zusätzlich die Möglichkeit
zu Drehbewegungen um eine horizontale Achse quer zur Umlaufkörperachse.
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Hierbei kann sich die Umlaufkörperachse an den Lagerungen innerhalb
gewisser Grenzen auch schräg zur Horizontalebene stellen, sie besitzt also sphärische
Einstellbarkeit.
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Bei allen diesen Lagerungen ist jedoch die Nachgiebigkeit in axialer
Richtung der Auswuchtgenauigkeit durchaus schädlich und aus Sicherheitsgründen unerwünscht.
Man versuchte daraufhin, den Freiheitsgrad in Achsrichtung durch zusätzliche schräge
Abstützung an beiden Lagerbrückenbreitseiten zu unterbinden. Damit war aber nicht
ans Ziel zu kommen, weil sich die schrägen Haltedrähte an den Lagerbrückenbreitseiten
bei Wuchtkörperschwingungen S-förmig verbiegen mußten und folglich, wegen der damit
verbundenen Verkürzung der Abstützorgane, Verzwängung auftrat, sobald sich die Umlaufkörperachse
schräg legte. Eine bekannte, durch Abb. 1 veranschaulichte Ausführung dieser Art,
sah deshalb zusätzlich einen nachgiebigen Abschnitt in den Abstütz-
Organen
vor. Die Lagerbrücke 1 mit dem Lager 2 für einen Umlaufkörperzapfen ist durch runde
Drähte 3 a und 3b an festen Punkten 4 z. B. einer Auswuchtmaschine aufgehängt. Zur
seitlichen Abstützung gegen Axialbewegungen in Richtung der Lagerachse Z dienen
die schräg stehenden, an ihren Enden fest eingespannten und durch je eine Schleife
5a' bzw. 5b' in sich nachgiebig gestalteten Stützen 5 a und 5b. Diese Nachgiebigkeit
beeinträchtigt aber die Starrheit der Abstützung in der axialen Richtung Z in unzulässiger
iieise und verfehlt damit das angestrebte Ziel.
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Die Erfindung schafft eine Lagerung, welche die ?ladlteile der bekannten
Konstruktionen nicht aufwtri st.
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Bei der erfindungsgemäßen Lagerung, die einfach ist und sich als
betriebssicher erwiesen hat, sind dem Umlaufkörper eine genügende Anzahl von Freiheitsgraden.
bei Auswuchtmaschinenlagerungen mindestens ein Freiheitsgrad der Drehung und ein
Freiheitsgrad der Translation je Lagerstelle belassen, der Freiheitsgrad in Richtung
der Rotationsachse des Umlaufkörpers jedoch durch genügend starre Lagerabstützung
ohne Verzwängungsgefahr genommen.
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Die Lagerung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch mehrere
in der lotrechten Ebene y-z, die die Umlaufkörperachse enthält, oder in der genannten
lotrechten Ebene und in zu dieser Ebene parallelen Ebenen angeordnete, zug-, druck-
und knickstarre, aber biegeweiche Federstäbe oder dergleichen Mittel, die die Umlaufkörperlagerbrücke
gegen das .laschinenbett oder das Lagerboclrgehäuse in zur Umlaufliörperrotationsachse
senkrechter Richtung und um die zur Umlaufkörperrotationsachse senkrechte Achse
y elastisch nachgiebig, in Richtung der Umlaufkörperachse aber starr abstützen.
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Die erfindungsgemäße Lagerung ist insbesondere fiir alle Niaschinen,
die Axialschub erzeugende wellenelastische Rotoren enthalten, beispielsweise für
Ventilatoren, Kompressoren, oder Turbinen zweckmäßig.
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Die erfindungsgemäße Lagerung ist darüber hinaus für Auswuchtmaschinen,
in denen die Rotoren obengenannter Maschinen oder schwere wellenelastische Läufer
mit vertikaler Drehachse schwingungstechnisch vermessen werden sollen und für Schleuderstände,
in denen die in Rede stehenden Rotoren schwingungstechnisch überwacht werden sollen,
vorteilhaft.
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Rennzeicllnend für alle praktischen Ausführungsformen der Erfindung
ist die Tatsache, daß die Lagerabstützung trotz Unterdrückung ungewollter Freiheitsgrade
stets statisch bestimmt bleibt. Im einzelnen sind Ausführungsformen möglich. die
sich entweder neben zwei schrägen, zug-druck-starren Abstützmitteln an der Breitseite
einer Lagerbrücke auf eine zug-druck-starre Abstützung in einer Parallelebene beschränken
(Abb. 2) oder, ähnlich wie in Abb. 1, an einer z. B. horizontal schwingfähigen Lagerung
zwei zug- drud - steife zusätzliche Abstützmittel gegen Axialbelvegungen vorsehen,
die auf einer elastischen Parallelführung stehen (Abb. 3), oder schließlich bei
zwei zug-druck-starren Abstützungen an den beiden Lagerbrückenenden eine schräge
Abstützung besitzen (Abb. 4). In Richtung der Umlaufkörperachse verbleiben die erfindungsgemäßen
zwängungsfreien Abstiitzungen völlig starr. Die weitere Erläuterung der Erfindung
geschieht an Hand der Abb. 2 bis 4.
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In allen Abbildungen ist mit die die Richtung der Umlaufkörperachse
in ihrer schwingungsfreien Mittelstellung bezeichnet; y ist die Richtung, in der
bei üblinien Auswuchtmaschinen das Lager starr abgestützt ist. und : die Richtung,
in welcher der Lagermittel-
punkt dann allein schwingen kann. x-z ist demnach die
Schwingebene für die Umlaufkörperachse und ~ die Richtung, in der die Lager bei
allen Ausführungsformen starr abgestützt sein sollen.
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Abb. 2 zeigt die einfachste Ausführungsform. Das Lager 22 für den
Wuchtkörperlaufzapfen ist einseitig mit einem brückenartigen Ansatz 22 a versehen.
Das Ende dieses Ansatzes ruht auf einer Abstützung 20 in Richtung y und ist dadurch
fest am Maschinenbett oder Lagerbockgehäuse 21 verankert. 25 a und 25b sind die
schrägen Abstützungen, die den Lagermittelpunkt 29 in Richtung z festhalten.
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Gemäß Abb. 3 ist am Rahmen oder Bett 31 einer Auswuchtmaschine eine
Lagerbrücke 32 mit dem Lager 33 für den Lagerzapfen eines z. B. walzenförmigen Umlaufkörpers
34, der beiderseits gleichartig gelagert ist, durch zwei vor und hinter der Zeichenebene
zu denkende, nicht dargestellte, senkrechte Rundstäbe in Richtung y abgestützt.
Der Lagermittelpunkt 39 kann deshalb in der nicht gezeichneten, auf der Bildebene
senkrechten Richtung x schwingen.
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Außerdem ist die Lagerbrücke durch Vermittlung zweier Rundstabfedern
35 a und 35b auf einem in Richtung y parallel geführten Zwischenstück 37 abgestützt
und dadurch gegen Axialbewegung in Richtung z gesichert. Die Parallelführung des
Zwischenstückes 37, auf dem die Stützen 35a und 35 b stehen, wird durch eine obere
und durch eine untere Feder 36a bzw. 36b erreicht, die parallel zueinander augeordnet
und einerseits am Bett oder Rahmen 31 befestigt, andererseits durch das Zwischenstück
37 mit den Einspannstellen für die unteren Enden der Stützen 35 a und 35 b miteinander
verbunden sind. Durch die Nachgiebigkeit der Parallelführungen in Richtung y, d.
h. im dargestellten Beispiel in der Vertikalen, werden Verzwängungen vermieden,
falls sich die Rundstäbe 35a und 35b beim sphärischen Einstellen der Brücke 32 S-förmig
verbiegen müssen.
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Die Stützen, z. B. Rundstabfedern, stehen in der Ebene y-z, d. h.
im gezeichneten Beispiel in der Vertikalebene durch die Achse 38 einander schräg
geneigt unter den verschieden großen Winkeln a und ß gegenüber, die sich im allgemeinen
zu 1800 ergänzen. Die Längsachsen der Abstützfedern schneiden sich erfindungsgemäß
möglichst genau im Mittelpunkt39 des von ihnen axial gehaltenen Lagers.
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Beim dynamischen Prüfen eines wellenelastischen Umlaufkörpers kann
ein erfindungsgemäß abgestütztes Lager, beispielsweise Lager 22 oder 33, vermöge
eines ersten Freiheitsgrades in der horizontalen Richtung x, vermöge eines zweiten
Freiheitsgrades um eine Hochachse y und vermöge eines dritten Freiheitsgrades um
eine Ouerachse schwingen. Deshalb vermag das Umlaufkörperlager und damit die Umlaufkörperachse
28 oder 38 Winkelschwingungen, wie bei Abb. 1 beschrieben, z. B. innnerhalb bestimmter
Grenzen, auszuführen. Verschiebungen des Umlaufkörperlagers längs der Rotationsachse
z sind jedoch ausgeschlossen.
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Abb. 4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, das für Umlaufkörper
mit vertikaler Rotationsachse zwekmäßig ist. Die Welle 45 eines beispielsweise lotrecht
auszuwuchtenden Umlaufkörpers, z. B. einer Zentrifugentrommel, ist in den Halslagern
44a und 44b der oberen und unteren Lagerbrücke 42 a bzw.
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42 b mit einer Auswuchtmaschine geführt. Die Lagerbrücken werden durch
horizontal angeordnete Rundstabfederpaare 43 a und 43 b am Rahmen 41 der Auswuchtmaschine
gehalten. Die Lagermittelpunkte können deshalb nur in der Richtung x schwingen,
die Wuchtkörperachse demgemäß in der Ebene x-z. Die
schräg zur unteren
Lagerbrücke 42b geneigte knicksichere Abstützfeder 47 in der Ebene v-c ist beiderseite
d. h. am Rahmen 41 und an der Brücke 42 b, fest eingespannt. Infolge der Halslager
sind Verschiebungen der Welle 45 in Richtung ihrer Achse 48 verhindert, sobald eine
der Brücken, z. B. die Brücke 42 b, durch eine Schrägabstützung47 unnachgiebig in
Richtung z festgehalten wird.
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Der durch die Erfindung angestrebte Zweck läßt sich auch erreichen.
wenn nur ein Lager als Halslager ausgebildet und axial starr gehalten wird und die
Brücke dieses Lagers, z. B. 42b, mit der Brücke des anderen Lagers starr verbunden
ist.
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Die Lagerung nach der Erfindung, insbesondere gemäß Abb. 3, ist auch
mit Vorteil bei Lagerungen für Umlaufkörper mit drehmomentsteifer isotroper Abstützung
anzuwenden. Eine derartige Abstützung schildert die deutsche Patentschrift 880 509.
Die Parallelführunggibt nämlich nicht nur erfindungsgemäß nach, wenn sie Verzwängungen
durch Verkürzung der Federn 35 a und 35b vermeiden soll, sondern auch wenn eine
zusätzliche Lagerbewegung in Richtung: (Abb. 3), wie sie bei isotroper Abstützung
auftritt, dies erforderlich macht. Mit anderen Worten, der Vorteil der erfindungsgemäßen
axialen Abstützung nach Abb. 3 durch die Rundstäbe 35 a und 35b und das parallel
geführte Zwischenstück 37 liegt darin, daß sie ihr Ziel der axialen Unnachgiebigkeit
auch erreicht, wenn keine weitere Abstützung vorhanden ist und deshalb der Lagermittelpunkt
39 zwei Freiheitsgrade der Bewegung quer zur Achse 38 besitzt.
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PATENTANSPRtJCHE: 1. Umlaufkörperlagerung, insbesondere für Auswuchtmaschinen.
die Umlaufkörperschwingungen in zwei oder drei Freiheitsgraden je Lagerstelle, das
ist um eine oder zwei querachsen durch einen Lagerpunkt und beispielsweise auch
schwingende Winkelbewegungen der Umlaufkörperrotationsachse elastisch nachgiebig.
d. h. mit linearer Kennlinie der Rüdstellmomente, zuläßt, Bewegungen des Umlaufkörpers
in Richtung seiner Rotationsachse aber behindert, gekennzeichnet durch mehrere in
der lotrechten Ebene (y-z), die die Umlaufkörperachse (28, 38, 48) enthält, oder
in der genannten lotrechten Ebene und in zu dieser Ebene parallelen Ebenen angeordnete,
zug-, druck- und knickstarre, aber biegeweiche Federstäbe (20, 25 a, 25 b. 35a.
35b. 36a, 36 b. 43a, 43b, 47) oder dergleichen Mittel, die die Umlaufkörperlagerbrücke
gegen das Maschinenbett (31) oder das Lagerbockgehäuse (21) in zur Uml aufkörp errotati
on sachse (28, 38, 48) senkrechter Richtung (x) und um die zur Umlaufkörperrotationsachse
senkrechte Achse (y) elastisch nachgiebig, in Richtung der Umlaufkörperachse aber
starr abstützen.