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Dynamisches Gleitlager Die Erfindung betrifft ein dynamisches Gleitlager
in Verbindung mit einem Kugellager, bei dem das Kugellager die drehbare Lagerung
der Welle gegenüber dem drehfesten Gehäuseteil bei zur Schmierfilmbildung nicht
ausreichender Drehzahl zwischen den Gleitlagerteilen übernimmt.
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Lagerungen für Wellen, bei denen Gleit- und Wälzlager derart vereinigt
sind, daß jede Lagerart in dem für sie günstigen Bereich zur Wirkung kommt, sind
an sich bekannt. Derartige Kombinationslager haben den Vorteil, daß bei zu geringer
Drehzahl der Welle, insbesondere während des An- und Auslaufvorganges, das Wälzlager
wegen der geringeren Reibung wirksam ist und dadurch die Nachteile der Teilschmierung
vermieden werden. Wenn während des Anlaufvorganges die Drehzahl steigt, übernimmt
das von der Welle mitgenommene Schmiermittel durch die bekannte dynamische Wirkung
die weitere Lagerung der Welle; das Lager arbeitet nunmehr wie ein normales Gleitlager.
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Bei einer bekannten Bauart eines kombinierten Lagers sind Gleitlager
und Kugellager nebeneinander angeordnet, wobei die Welle im Ruhezustand vom Kugellager
getragen wird. Die Bohrungen für die Welle und das Kugellager haben auf der oberen
Seite ein geringes Spiel, so daß sich unter der Einwirkung der im Gleitlager bei
ausreichender Drehzahl bildenden Tragschicht die Welle anheben kann. Mit dem Anheben
der Welle wird gleichzeitig das Kugellager ausgeschaltet.
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Es ist weiterhin ein kombiniertes Lager für eine Gasturbine bekannt,
bei dem die Welle ebenfalls zunächst durch Kugellager getragen wird und erst dann,
wenn in der Turbine selbst die Luft ausreichend verdichtet ist, für den Betrieb
als Schwebelager dem Lager von außen verdichtete Luft zugeführt wird.
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Nachteilig bei den vorbekannten kombinierten Lagern ist, daß der übergang
von der einen auf die andere Lagerart von außen nicht zu beeinflussen ist und deshalb
mehr oder weniger entsprechend den jeweiligen Betriebsverhältnissen zufällig erfolgt.
Wenn man berücksichtigt, daß für die Arbeitsweise als Schwebelager eine genügend
große Relativgeschwindigkeit zwischen Welle und Lagerschale notwendig ist, so ist
leicht einzusehen, daß bei einem Lager, bei dem die Gleitlagerbuchse von dem äußeren
Kugellager getragen wird, der Zeitpunkt für das Einsetzen des Schwebelagers in relativ
großen Grenzen schwanken kann, weil infolge der sich mitdrehenden Gleitlagerbuchse
eine genügende Relativgeschwindigkeit zwischen Welle und Gleitlagerbuchse in dem
einen Falle früher, in dem anderen Falle später zustande kommt.
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Ziel der Erfindung ist es, ein kombiniertes Lager, bei dem die Gleitlagerteile
in dem drehfesten Gehäuseteil mittels Kugellager gelagert sind, derart auszubilden,
daß der übergang von der einen auf die andere Lagerart gesteuert und gleichzeitig
die kritische Periode während des Anlaufens und des Auslaufens auf ein Minimum verkürzt
werden kann.
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Die Erfindung geht aus von einem dynamischen Lager, dessen die Welle
radial abstützende Gleitbuchse oder axial abstützende Gleitscheibe in bzw. an einem
drehfesten Gehäuseteil mittels Kugellager gelagert ist, die bei zur Schmierfilmbildung
nicht ausreichender Drehzahl zwischen den Gleitlagerteilen die drehbare Lagerung
der Welle gegenüber dem festen Gehäuseteil übernehmen. Die erfindupgsgemäße Ausbildung
eines derartigen Lagers besteht darin, daß zwischen der Gleitlagerbuchse bzw. der
Gleitscheibe und dem drehfesten Gehäuseteil eine Bremse zum Festhalten der Gleitbuchse
oder Gleitscheibe bei für die Schmierfilmbildung ausreichender Drehzahl vorgesehen
ist.
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Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist bei einem Gleitlager
mit einer Gleitbuchse eine Kupplung zwischen der Welle und der Gleitbuchse vorgesehen,
die diese beiden Teile bei für die Schmierfilmbildung
nicht ausreichender
Drehzahl drehfest miteinander verbindet. Die Kupplung kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
elektromagnetisch betätigt werden.
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rie Bremse zum Festhalten der Gleitbuchse ist nach einem weiteren
Erfindungsmerkmal als elektromagnetisch lüftbare Scheibenbremse ausgebildet, wobei
die Scheibe an der Gleitbuchse befestigt ist.
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Nach einem anderen Erfindungsgedanken kann durch die Reibungswärme
der Bremse ein Bimetallstreifen beeinflußt werden, der bei unzulässiger Erwärmung
ein Alarmsignal oder das Einrücken der zwischen der Welle und der Gleitbuchse angeordneten
Kupplung auslöst.
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Ein Gleitlager für eine axial abgestützte Welle ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet; daß die an der Gleitscheibe anliegende Gleitfläche der Welle
mit an sich bekannten, die Schmierkeilbildung fördernden Nuten versehen und die
Bremse als elektromagnetische Bremse ausgebildet ist.
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Das nach der Erfindung ausgebildete dynamische Gleitlager bietet zunächst
den großen Vorteil, daß die Betriebsdauer des als Hilfslager dienenden Wälzlagers
von außen gesteuert werden kann. Weiterhin kann beim Übergang von der einen auf
die andere Lagerart durch die sofortige Abbremsung der Gleitlagerbuchse bzw. der
Gleitscheibe in kürzester Zeit eine große Relativgeschwindigkeit zwischen Welle
und Gleitlagerteil herbeigeführt werden. Hierdurch ist ein gefahrloser Übergang
auf den Betrieb als Schwebe- ; lager möglich. In der gleichen Weise läßt sich auch
die gefährliche Übergangsperiode beim Auslaufen der Welle entsprechend steuern und
verkürzen.
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Eine Sicherung gegen Festfressen während des Betriebes als Schwebelager
ist durch die nach der Er- ; findung vorgesehene Überwachung der Reibungswärme der
Bremse mittels eines Bimetallstreifens od. dgl. möglich.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf zeichnerisch dargestellte
Ausführungsbeispiele er- , läutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 in einem halben Axialschnitt
ein dynamisches Gleitlager für eine waagerecht liegende Welle während der Arbeitsweise
des Kugellagers bzw. des Schwebelagers und F i g. 3 einen Axialschnitt eines dynamischen
Gleitlagers für eine senkrecht stehende Welle.
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Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 ist die sich drehende
radial belastete Welle 1 in einer Gleitbuchse 2 gelagert. Die Gleitbuchse 2 hat
eine ; glatte Innenwand und einen Innendurchmesser, der etwas größer als der Durchmesser
der Welle 1 ist, so daß sich diese mit einem geringeren radialen Spiel in der Gleitbuchse
2 drehen kann.
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Die Gleitbuchse 2 ist mit dem feststehenden Gehäuseteil 3 nicht ständig
drehfest verbunden, sondern in einer im Gehäuse 3 fest angeordneten Hülse 4 drehbar
gelagert, wobei die Buchse 2 von zwei Kugellagern 5, die beispielsweise
auf der Buchse 2 gleiten können und durch eine Feder 6 in den dargestellten
i Endlagen gehalten werden, getragen wird.
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Um die Buchse 2 im Gehäuse 3 festhalten bzw. mit der Welle 1 drehfest
verbinden zu können, sind Brems- und Kupplungseinrichtungen vorgesehen, die bei
dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel elektromagnetisch gesteuert werden.
Die Steuerung kann ebenso gut mechanisch oder hydraulisch arbeiten. Für die Kupplung
der Gleitlagerbuchse 2 mit der Welle 1 ist auf der Welle 1 eine Scheibe begrenzt
axial verschiebbar gelagert, die durch eine Verzahnung drehfest mit der Welle verbunden
ist und einen ringförmigen Reibungsbelag 8 trägt. Diesem Reibungsbelag 8 steht ein
entsprechender Reibungsbelag 9 an der. Gleitbuchse 2 gegenüber; ohne äußere Einwirkung
wird die Scheibe 7 durch eine Rückholfeder 10 in einigem Abstand von dem Reibungsbelag
9 der Gleitbuchse 2 gehalten.
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An der Gleitbuchse 2 befindet sich ein zweiter ringförmiger Reibungsbelag
11, den eine als biegsame Membran ausgebildete Scheibe 12 trägt. Diese Membran 12
ist derart angeordnet, daß der Reibungsbelag 11 unter der Einwirkung der eigenen
Elastizität gegen einen im Gehäuse 3 fest angeordneten Reibungsbelag 13 gedrückt
wird.
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Die Bewegung der Membran 12 und der Scheibe 7 erfolgt mit Hilfe von
Elektromagneten 14 und 15.
Diese Elektromagneten sind parallel über
einen Stromkreis 16 mit Schalter 17 an eine Stromquelle angeschlossen. Beim Schließen
des Schalters 17 werden die beiden Magnete 14,15 erregt. Während der Elektromagnet
14 den Reibungsbelag 11 gegen die Rückholkraft der Membran 12 anzieht und in einigem
Abstand von dem Reibungsbelag 13 hält, drückt der Elektromagnet 15 den Reibungsbelag
8 gegen den an der Gleitbuchse 2 befindlichen Reibungsbelag 9.
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Der in F i g. 1 wiedergegebene Zustand der Brems-und Kupplungseinrichtung,
bei dem die Gleitbuchse 2 mit der Welle 1 fest verbunden ist, gilt für den Anlaßvorgang.
Nachdem eine ausreichende Drehzahl erreicht ist, wird durch Öffnen des Schalters
17 einerseits die drehfeste Verbindung zwischen Gleitbuchse 2 und Welle 1 aufgehoben
und andererseits gleichzeitig die Gleitbuchse 2 abgebremst und in der Ruhestellung
festgehalten. Die praktisch augenblickliche Verriegelung der Gleitbuchse 2 gestattet
es, in denkbar kurzer Zeit von der Lagerung der Welle 1 mittels Kugellager auf den
Gleitlagerbetrieb überzugehen, bei dem die Welle 1 in der Buchse 2 durch eine Gasschicht
getragen wird.
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Bei der Stillsetzung der Welle 1 braucht lediglich der Schalter 17
geschlossen zu werden; der Übergang vom Schwebelager- auf Kugellagerbetrieb erfolgt
auch in diesem Falle in kürzester Zeit, da durch den Elektromagneten 15 sofort eine
drehfeste Verbindung der Gleitbuchse 2 mit der Welle 1 bewirkt wird.
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Um schädliche Folgen bei einem eventuellen Festfressen der Welle in
der Gleitbuchse zu verhindern, kann man die an den Belägen 11, 13 entwickelte
Reibungswärme auf eine beispielsweise mit einem Bimetallstreifen versehene Detektoreinrichtung
einwirken lassen, die ein Alarmsignal betätigt und/oder die Schließung des Schalters
17 bewirkt, so daß das Lager als Kugellager weiterarbeiten kann.
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Die Darstellung in F i g. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen
Lagers für eine Welle mit axialer Belastung, beispielsweise eine senkrecht stehende
Welle 1. Die Welle 1 stützt sich hierbei mit ihrer unteren Endfläche auf einer Gleitscheibe
18 ab, die zwischen einem feststehenden Tragteil 19 und der Welle 1 angeordnet ist,
wobei ein mit Kugeln 20 versehenes Axiallager 21 zwischen der Scheibe 18 und dem
Tragteil 19 vorgesehen ist.
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Bei diesem Axiallager sind wenigstens in einer der gegenüberliegenden
Wände der senkrechten Welle 1 bzw. der Scheibe 18 Einrichtungen zur Erzeugung
einer
geringen Aufwärtsbewegung der Welle 1, wenn diese mit einer genügend hohen Drehzahl
läuft, angebracht. Diese Einrichtungen können in an sich bekannter Weise dadurch
gebildet werden, daß in der unteren Endfläche der Welle 1 halb offene Nuten b vorgesehen
werden, die einen aerodynamischen Auftrieb ergeben, wenn sich die Welle 1 in dem
vorgesehenen Sinn dreht.
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Bei dieser Ausführungsform kann die drehfeste Verbindung der Scheibe
18 mit der Welle 1 beispielsweise durch einen einfachen Reibungskontakt hergestellt
werden, wenn sich die Welle 1 mit ihrem ganzen Gewicht zuzüglich des Gewichtes der
von ihr getragenen Teile gegen die Gleitscheibe 18 legt.
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Zur Verriegelung der Gleitscheibe 18 an dem feststehenden Tragteil
19 sind an beiden Teilen einander gegenüberstehende Elektromagnete 22, 23
und 24 angeordnet. Werden diese Elektromagnete erregt, so wird die Gleitscheibe
18 fest mit dem Tragteil 19 verbunden. Im übrigen ist die Arbeitsweise dieser Ausführungsform
die gleiche wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2.
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Der Einfachheit halber wurden als Ausführungsbeispiele für eine radial
belastete Welle eine waagerechte Welle und für eine axial belastete Welle eine senkrechte
Welle gewählt. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß dies nur Sonderfälle sind
und daß eine sich drehende Welle bei beliebiger Lage gleichzeitig radialen und axialen
Belastungen ausgesetzt sein kann. Für eine Welle in beliebiger Lage kann in sinngemäßer
Anwendung des Erfindungsgedankens gleichzeitig eine Lagerung mittels Gleitbuchse
und Drucklager angewendet werden, wobei entweder das eine oder andere oder aber
beide Lager im Sinne der Erfindung ausgebildet sind.