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Zerstörungsfreies Lager für schnell laufende Wellen, insbesondere
auf Sicherheitsprüfständen elektrischer Maschinen Es ist bereits ein Sicherheitsprüfstand
für schnell laufende Maschinenteile, insbesondere die Induktoren von Turbogeneratoren,
vorgeschlagen. Dieser Prüfstand ist grundsätzlich so gebaut, daß der Prüfling von
einer ausreichend dicken Umhüllung, ähnlich einem Zylindermantel, umgeben ist, deren
Innendurchmesser sich dem Durchmesser des Prüflings bis auf einen verhältnismäßig
kleinen Luftspalt nähert.
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Sobald eine Verformung des Prüflings eintritt, so berührt dieser nach
Zurücklegung eines sehr kleinen Weges die Innenwand der Umhüllung und rollt an der
Innenwand ab, wobei entsprechend starke Reibungskräfte auftreten. Diese Kräfte bewirken,
daß die Umhüllung, die auf Rollen gelagert sein kann, selbst in Drehung versetzt
wird. Durch die Reibung und auch durch die dann einsetzende Drehbewegung der Umhüllung
wird d die kinetische Energie des Prüflings sehr schnell aufgezehrt und eine entsprechende
Drehzahlherabsetzung des Prüflings erzwungen.
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Wenn es auch durchMaßnahmen dieser Art gelingt, die Explosion eines
Induktors unter der Einwirkung einer Fliehkraft bzw. Unwucht zu verhindern, so können
immerhin durch die radial gerichteten Kräfte schwere Schäden an den Lagern des Induktors
auftreten, so daß er für eine weitere Verwendung unbrauchbar wird.
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Die Erfindung betrifft ein zerstörungsfreies Lager für schnell laufende
Wellen an Maschinenteilen aller Art, insbesondere auf Sicherheitsprüfständen elektrischer
Maschinen. Grundsätzlich ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein das Lager
einschließendes inneres Lagergehäuse durch Sollbruchglieder und Federn gegen ein
Lageroberteil abgestützt ist, derart, daß bei einem Bruch die Federn zur Wirkung
kommen und die Wellen sich in eine neue Lage einstellen. Unter Sollbruchgliedern
sind solche Vorrichtungen zu verstehen, die bei Überschreitung vorbestimmbarer Belastungsverhältnisse
eine bestehende Verbindung lösen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig.l
bis 3 schematisch dargestellt.
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Dabei zeigt Fig. 1 grundsätzlich die Lagerung eines Prüflings, Fig.
2 ein Ausführungsbeispiel des Lagers selbst und Fig. 3 ein Lager in Stirnansicht.
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In Fig. 1 sind auf einem Fundament 1 die Lager 2 für den Prüfling
3 dargestellt. Dabei kann es sich um den Induktor eines Turbogenerators handeln.
Dieser Induktor wird bei einem Sicherheitsprüfstand nach an anderer Stelle gemachten
Vorschlägen mit einer entsprechend massiven Umhüllung in der Form eines Zylindermantels
umgeben, wobei zwischen der Umhüllung und dem Induktor nur ein verhältnismäßig
kleiner
Luftspalt verbleibt. Diese Umhüllung ist in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht
dargestellt.
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Tritt beim Schleudern des Prüflings eine Unwucht auf, so wird er
sich schon nach Zurücklegung des kleinen Luftspalts gegen die Innenwände der Umhüllung
legen, wobei die radial gerichteten Kräfte in tangential gerichtete Reibungskräfte
umgesetzt werden, die eine schnelle Abbremsung und Drehzahlherabsetzung erzwingen.
Da aber auch bei nur kleinen Lageänderungen des Induktors eine Zerstörung der Lager
2 herbeigeführt werden kann, wird im folgenden eine besondere Lagerbauform hierfür
angegeben.
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Diese Lagerbauform ist in Fig. 2 dargestellt. Die Zeichnung zeigt
die Welle 10 des Prüflings, auf der eine Spannhülse 11 angebracht ist. Auf der Spannhülse
sind die Wälzlagerinnenringe 12 befestigt. Zu dem Wälzlager gehören die Wälzlageraußenringe
13, und die in entsprechend großer Zahl vorhandenen Wälzlager werden durch ein Lagergehäuse
14 zusammengehalten. Alle bisher beschriebenen Teile bilden mit der Welle 10 ein
einheitliches Ganzes, das voraussetzungsgemäß so ausgeführt sein soll, daß es bei
einer auftretenden Unwucht während des Schleuderns keine Verformung, insbesondere
keine Beschädigung der Wälzlager selbst erfährt. Durch einen Ring 15 werden die
Wälzlager 12, 13 in dem Lagergehäuse 14 gehalten. Eine Abdeckplatte 16 zu beiden
Seiten schützt das Lager gegen Verunreinigungen.
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Außerdem ist aber ein Lageroberteil 17 vorhanden, das zweckmäßigerweise
mehrteilig ist, um den Zusammenbau zu erleichtern. Das innere Lagergehäuse 14 und
das Lageroberteil 17 werden durch Ringe 18, 19 zusammengehalten. Dabei ist der Ring
18 mit dem Lageroberteil 17, der Ring 19 mit dem innerenLagergehäuse
14
fest verbunden. Die beiden Ringe 18, 19 werden durch Abscherstifte 20 zusammengehalten.
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Zwischen dem inneren Lagergehäuse 14 und dem Lageroberteil 17 befinden
sich Tellerfedern 21. Solche Federpakete sind (vgl. die Fig. 3) bei jedem Lager
mehrfach, z. : B. achtfach, vorhanden und jeweils radial gestellt, so daß sie radial
gerichtete Kräfte aufzunehmen vermögen, gleichgültig, in welcher Richtung des Raumes
solche Kräfte gegebenenfalls auftreten.
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Diese Tellerfedern haben beim Wuchten eines Induktors kaum eine Funktion
zu erfüllen. Wenn aber beim Schleudern des Induktors z. B. durch eine plötzlich
eintretende Unwucht und/oder durch wesentliche Überschreitung der vorgesehenen Schleuderdrehzahl
Lagerbelastungen auftreten, die höher sind als die für die Wälzlager 12, 13 vorgesehenen
Belastungen, so brechen die Abscherstifte 20. Der Querschnitt dieser Stifte ist
so bemessen, daß die Kraft, die zu ihrem Bruch erforderlich ist, wesentlich kleiner
ist als die Kraft, welche die Wälzlager zerstören würde. Sind die Abscherstifte
20 gebrochen, so stellt sich der Induktor infolge der aufgetretenen Unwucht und
seiner nunmehr elastischen Lagerung in eine neue Lage mit einer Drehachse, die mit
der ursprünglichen Drehachse nicht mehr übereinstimmt, sondern von Größe und Lage
der Unwucht abhängig ist. Es ist das Kennzeichen dieser neuen Lage, daß radial gerichtete
gefährliche Kräfte durch entgegenwirkende Kräfte ausgeglichen werden. Man wird zweckmäßigerweise
die durch die Abscherstifte 20 verbundenen Ringe 18, 19 so formen, daß die Welle
10 im ganzen auch eine Schwenkbewegung um den Mittelpunkt des anderen Induktorlagers
ausführen kann.
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Durch eine Anordnung dieser Art wird insbesondere bei Prüfständen
eine erhöhte Sicherheit gegen Unfälle durch Explosionen dadurch erreicht, daß die
zunächst starre Lagerung des zu wuchtenden bzw. zu schleudernden Körpers in eine
elastische Lagerung übergeht. Ein weiterer Sicherheitsfaktor liegt darin, daß bei
plötzlich auftretenden Unwuchten der zu untersuchende Körper in einem ihn mit geringem
Luftspalt umgebenden Hohlzylinder im wesentlichen abrollt. Das auf den Hohlzylinder
vom Prüfling her ausgeübte Drehmoment wird durch konzentrisch angeordnete Zylindermantelflächen
abgebremst. Weiter
kann zur Sicherheit beitragen, daß dieser Hüllkörper des Prüflings
im gleichen Drehsinn wie der Prüfling mechanisch angetrieben wird. Diese Maßnahmen
können einzeln oder auch gemeinsam angewandt werden.
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Als Anzeigemittel für das Überschreiten der zulässigen Lagerreaktionskräfte
können beliebige geeignete Anzeigevorrichtungen dienen. Beispielsweise kann daran
gedacht werden, den piezoelektrischen Effekt zur Anzeige der Lagerreaktionskräfte
zu verwenden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Zerstörungsfreies Lager für schnell laufende
Wellen, insbesondere auf Sicherheitsprüfständen elektrischer Maschinen, dadurch
gekennzeichnet, daß ein das Lager (12, 13) einschließendes inneres Lagergehäuse
(14) durch Sollbruchglieder und Federn (21) gegen ein Lageroberteil abgestützt ist,
derart, daß bei einem Bruch die Federn zur Wirkung kommen und die Welle sich in
eine neue Lage einstellt, wobei die starre Lagerung in eine elastische übergeht.