DE1263409C2 - Aerostatisches Axiallager - Google Patents

Description

leistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die feststehende Scheibe mit dem Gehäuse über eine jn ihrer Mitte in einer Halterung frei drehbar gelagerte Kugel, die sich gegen eine gehäusefeste ebene Fläche abstützt, und einen zur Scheibenebene parallel angeordneten elastischen Haltering verbunden ist, der an dem Gehäuse einerseits und an der feststehenden Scheibe andererseits an jeweils um gleiche Winkclabstände gegeneinander versetzten Punkten befestigt ist.

Das erfindungsgemäße Lager ist also gewissermaßen als Pendellager anzusprechen, ein Lagerprinzip, das sowohl für flüssigkeit!«.!' dimicrte Lager als auch für gasgeschmierte Läget an sich bekannt ist, für dessen Durchführung in der erfindungsgemäßen Weise es jedoch bei diesen bekannten Lagern keinerlei Vorbild gibt.

Durch die crfindiingsgunäße Halterung der fest-

stehenden Scheibe iiher Jen elastischen Haltering ist

Gewähr d;ifür gegiJ-oi. daß schon alleikleinste Aus-

lcnkungcn der S<h-ihe aus der Ruhelage HückstcJl-

kräfte auslösen, welche die Scheibe wieder in ihre

li.sprüngliche Gleichgewichtslage zurückführen. Ver stärkt wird diese Eigenstabilisierung der Scheibe noch durch die zentrale Lagerung über die reibungsfrei gehalterte Kugel, die der Scheibe im Zusammenwirken mit der gehäusefesten ebenen Fläche eine Axialsteifigkeit in solchem Ausmaß verleiht, daß keine wesentlichen Schwingungen der Scheibe aufkommen können.

Diese an sich schon gute Stabilität des erfindungsgemäßen Lagers gegenüber unerwünschten Axial schwingungen läßt sich in Ausgestaltung der Erfindung zur Befriedigung auch extremer Anforderungen an die Schwingungsfcstigkeit noch weiter steigern durch ein Sackloch relativ großen Rauminhalts, das in eine der einander gegenüberstehenden Oberflächen der feststehenden und der umlaufenden Scheibe eingearbeitet isl.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung, die in gleichem Sinn wirkt, besteht darin, daß die fcst-M<-hi-nde Scheibe auf der dem Lagerspalt zugekehrten Seite drei nicrenförmige, jeweils mit einer der zu den Gaszuführungsöffnungen führenden Bohrungen verbundene Aussparungen aufweist. Diese Aussparungen vergrößern die wirksame Oberfläche der Gaszufühiungsöffnungen wesentlich und setzen dementsprechend den Druck des selinncienden < i.in-,ih)hk> > herab, wodurch sich die schwingungst-riegenden Kräfte wesentlich verringern.

Zur Erläuterung der Erfindung werden in folgenden zwei Aujführungsbeispicle für ein urfindungsgemäßes Lager naher beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Dabei zeigt

E i g. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager und

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des feststehenden I'eils eines erfindungsgemüßen Lagers mil einer abgewandelten Ausführung de Hallcrungssystems.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, das sich als Axialdruck·· oder Spurlager mit Druckgasschmierung bezeichnen läßt, wird ein Gehäuse 1 von einer Tülle 2 durchdrungen, die in dor Gehäusewand beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 3 mit UnterlegscheVien 3 α una Dichtungsringen 3 ft befestigt ist. Die Tülle 2 enthüll einen zentralen Einlaßkar.al 4, dessen Ende 4 α außerhalb des Gehäuses 1 mil einer Gaszuleitung verbunden werden kann. An ihrem anderen Ende innerhalb des Gehäuses J ist die Tülle 2 über ihren I im fang mit gegen die Achse des Lagers geneigten Auslaßkanälen 4 b verschen. Die Kanäle 4 b sind symmetrisch ;-ufgeleilt und münden in den zentralen Kanal 4. Das im Gehäuse-inneren befindliche Ende der Tülle 2 hat in der Mitte ein Loch, in das ein Körper 6 mit einer ebenen Elüdic 7 aus gehärtetem Stahl eingelassen ist.

Über du- feste Tülle 2 ist ein Halterungsstück 9 nut einem eine ' nere Ringnut aufweisenden mittleren Ringleil 10 geschoben. In der Nut de:, RingteiN 10 befindet sich eine Ringdichtung H aus elastischem Material. An den Ringteil 10 schließt sich ein konischer Mittelteil 12 an, der wiederum in einen ringst heibcnförmigen Randteil 13 übergeht.

An dem Randteil 13 ist cmc die Spurplatte des 1 agers bildende Scheibe 14 befestigt, die im folgenden als feststehende Scheibe bezeichnet vird. obwohl sie so eingebaut isl. daß sie in gewissem Maß gegenüber dem festen Gehäuse 1 schwingen kann, wie es siel! im weiteren Verlauf ,.v> Keschrci n: :ies Halte rungssystems zeigen wird. Die Befestigung der feststehenden Scheibe 14 an dem Randteil 13 erfolgt mittels am Umfang in regelmäßigen Abständen an gebrachten Schrauben 15. Ein in eine Ringnut 17 der Scheibe 14 eingelassener Ring 16 aus Gummi oder ähnlich elastischem Material sichert die Dichtigkeit zwischen diesen beiden Teilen, d. h. zwischen der Scheibe 14 und dem Randteil 13. Selbstverständlich könnte diese Ringnut 17 genausogut in dem Randteil

ίο 13 angeordnet sein.

Der durch die innere Oberfläche 14 α der Scheibe 14, durch das Halterungsstück 9 und das Ende der Tülle 2 begrenzte Zwischenraum 18 steht mit der äußeren Oberfläche 14 b der Scheibe 14 über drei Gaszufuhrbohrungen 19 (F i g. 1) in Verbindung. Die Gaszufuhrbohrungen 19 sind in gleichmäßigen Win kelabständen um die Achse des Lagers ungefähr auf einem Kreis mit dem gegenüber dem Radius der Scheibe 14 halben Radius angeordnet. DieGaszufuhrbohrungen 19 enden über Mündungen 20 engen Querschnitts in nierenfönnigen Aussparungen (21 (Fig. 2) geringer Tiefe, deren Größenordnung beispielsweise einige hundertstel Millimeter betragt.
Im Mittelpunkt der Oberfläche 14 b der fcststehenden Scheibe 14 befindet sich ein Sackloch 22 mit verhältnismäßig großem Rauminhalt, beispielsweise von der Größenordnung einiger Kubikzentimeter.

In der Mitte der inneren Oberfläche 14« der Scheibe 14 ist eine durch Schrauben 24 befestigte, sockclfürmige Halterung 23 mit einem offenen zylindrischen Hohlraum 25 angebracht. Der zylindrische Hohlraum 25 dient als Käfig für eine Kugel 26, die auf einer Lagerfläche 27 aus gehärtetem Stahl aufliegt. Die Ku"cl26 stützt sich andererseits auf die ebene Fläche 7 des Körpers 6, auf der sie rollen kann. Der Körper 6 ist, wie bereits bemerkt, gegenüber der Tülle 2 fest und folglich auch gegenüber dem Gehäuse 1. Die Scheibe 14 wird andererseits mittels eines elastischen, in der Ebene der Fläche 7 liegenden dünnwandigen Hallerings 28 mit dem Gehäuse I verbunden. Der Haltering 28 ist an der Scheibe 14 durch zwei in die Scheibe 14 eingeschraubte, einander diametral gegenüberliegende Stiftschrauben 29 befestigt. Zu jeder Stiftschraube ?.9 gehören eine Spannmutter 31 und zwei Unterlegscheiben 30 α und 30 b, die zwischen sich den elastischen Haltering 28 festhalten.

Außerdem ist der elastische Haltering 28 am Gehäuse 1 durch zwei andere einander diametral gegenüberliegende und zu den Stiftschrauben 29 im Winkel

S" um 90° verseizlc Stiftschrauben 32 befestigt, wobei zu jeder Stiflschiaubc 22 zwei Spannmuttern 34 α und 34 6 und zwei Unterlegscheiben 33 ti und 33 ft gehören, zwischen denen de; elastische Haltering 28 eingespannt ist.

Die Aufhängevorrichtung tür die feststehende Scheibe 14 nach Fig. 2 unteischeidet sich nur wenig \on der ir. der Γ i g. 1 dargestellten. Bei dieser abweichenden Ausführung ist der elastische Haltering 28 vom Gehäuse 1 durch zwei Abstandshalter 35 und von der feststehenden Scheibe 14 durch zwei Abstandshalter 36 getrennt. Außeulem wird die Scheibe 14 durch vier Federn 37 an dem Gehäuse 1 festgehalten. Jede der Federn 37 ist mit einem ihrer Enden an einer an der Svheibc 14 befestigten S;iftschraube 38 und mit dem anderen Ende an ein ; im Gehäuse 1 befestigten und zur Regelung der I :<!orspannung mit einer Rändelmuttcr 40 vxrs.,:!u ii Stiftschraube 39 aufgehängt.

In beiden Ausführungen vervollständigt eine bewegliche, und mit dem drehenden Teil (dem Läufer) der Maschine verbundene Scheibe42 (Fig. 1) das aerostatische Lager, wobei sich ein sehr geringes Spiel zwischen den Scheiben 14 und 42 einstellt. In der F i g. 2 ist die bewegliche Scheibe 42 nicht dargestellt, um die Oberfläche 14 b unverdeckt zu lassen.

Man sieht, daß der elastische Haltering 28 tatsächlich eine Kardan-Aufhängung mit federelastischer Rückführung darstellt. Die sogenannte Festscheibe 14 verfügt in Wirklichkeit über zwei Freiheitsgrade mit beschränktem Ausschlag, was ihre Zentrierung gegenüber der Welle bzw. der drehenden Scheibe 42 erlaubt. Außerdem weist diese Aufhängungsvorrichtung den Vorteil auf, daß sie keine starren Drehzapfen enthält. Schließlich bildet die Kugel 26 ein Kugelgelenk, das ohne zu gleiten auf der Fläche 7 abrollt und sich praktisch nicht abnutzt.

Die beschriebene Anordnung der drei Gaszuführbohrungen 19 mit ihren verengten Mündungen 20 stellt einen guten Kompromiß zwischen der Erzeugung eines ausreichenden Einstell- oder Rückführmoments für die Selbstanpassung des Scheibenpaares und das Kleinhalten der Leckgasmenge dar.

Der in der Umgebung der Mündungen 20 notwendige Zuführdruck für das Gas wird durch die nierenförmigen Aussparungen 21 verringert, wobei die Aussparungen 21 zur Verteilung des Gasdrucks über eine größere Oberfläche, als sie dem Querschnitt der Mündungen 20 entspricht, dienen.

Schließlich werden durch das zentrale Sackloch 22 axiale Schwingungen auch bei extremen Arbeitsbedingungen praktisch unterdrückt.

Das erfindungsgernäße Lager läßt sich sowohl für stehende als auch für liegende drehbare Wellen verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Aerostatisches Axiallager mit zwei zueinander parallelen Scheiben, deren eine, mit dem Läufer einer rotierenden Maschine verbunden, mit diesem umläuft und deren zweite, die Bohrungen für den Durchtritt von Gasströmen aufweist, mit dem Gehäuse der Maschine verbunden, feststeht, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Scheibe (14) mit dem Gehäuse (1) über eine in ihrer Mitte in einer Halterung (23,27) frei drehbar gelagerte Kugel (26). die sich gegen eine gehäusefeste ebene Fläche (7) abstützt, und einen zui Scheibenebene parallel angeordneten elastischen Haltering (28) verbunden ist, der an dem Gehäuse (1) einerseits und an der feststehenden Scheibe (14) andererseits an jeweils um gleiche Winkelabstände gegeneinander versetzten Punkten befestigt ist.

2. Aerostatisches Axiallager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Sackloch (22) relativ großen Rauminhalts, das in.eine der einander geüberstehenden Oberflächen der feststehenden und der umlaufenden Scheibe (14 bzw. 42) eingearbeitet ist.

3. Aerostatisches Axiallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Scheibe (14) drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte, längs eines Kreises vom halben Scheibenradius angeordnete Gaszufuhrbohrungen (19) aufweist.

4. Aerostatisches Axiallager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrungen (19) auf der Gasaustrittsseite (bei 20) verengen.

5. Aerostatisches Axiallager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (14) auf der dem Lagerspalt (43) zugekehrten Seile drei nierenformige, jeweils mit einer der Bohrungen (19) verbundene Aussparungen (21) aufweist.

6. Aerostatisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Hallering (28) mit dem Gehäuse (1) einerseits und mit der feststehenden Scheibe (14) anderseits jeweils über Stiftschrauben und Muttern befestigt ist.

7. Aerostatisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elastischen Haltering (28) einerseits und dem Gehäuse (1) und der feststehenden Scheibe (14) anderseits Abstandshalter (35 und 36) und zwischen dem Gehäuse (1) und der feststehenden Scheibe (14) Federn (37) eingefügt sind.

8. Aerostatisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet, durch eine fest mit dem Gehäuse (1) verbundene als Druckgaszuführung ausgebildete Tülle (2), deren Achse mit der der Scheiben (14, 42) zusammenfallt und lüo lagerseiti» die die Kugel (26) abstützende ebene Flüche (7) trägt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein aerostatisches Axiallager mit zwei zueinander parallelen Scheiben, deren eine, mit dem Läufer einer rotierenden Maschine verbunden, mit diesem umläuft und deren zweite, die Bohrungen für den Durchtritt von Gasströmen aufweist, mit dem Gehäuse der Maschine verbunden, feststeht.

Für Lager dieser Art gibt es bereits eine ganze Reihe von Ausführungsformen, die jedoch sämtlich ίο den einen oder anderen Wunsch noch offen lassen. So ist es zur Erzielung eines geringen Gasverbrauchs für die Schmierung des Lagers sehr erwünscht, wenn nicht notwendig, das Spiel /wischen der feststehenden Scheibe und der mit den rotierenden Maschinenteilen umlaufenden Scheibe sehr gering zu halten. Durch die Konstruktion allein kann man jedoch keine absolute Parallelität der beiden Scheiben gewährleisten und ist daher gezwungen, die feststehende Scheibe mit dem Gehäuse der Maschine durch eine Halterung zu verbinden, die einerseits eine große Siarrhcii in Richtung der Maschinenachse zur Ausschaltung axialer Schwingungen und andererseits eine hinreichende Nachgiebigkeit zur Anpassung an die rotierende Scheibe sicherstellt. Dazu ist es weiter as notwendig, d"ß die Halterung und die Gaszufuhr ein Linslell- und Rücklührmoinent liefern, das eine den Betriebsbedingungen des Lagers genügende Selbstanpassung dos Scheibenpaares und einen geringen Gasverlust sicherstellt. Ein letzter Nachteil liegt schließlich darin, daß die bekannten Lager die Zuführung von unter relativ hohem Druck stehendem Gas als Schmiermittel benötigen, wobei dieser Druck insbesondere in der Umgebung der Einblaselöcher für das Gas in das Lager verlangt wird. Ein derartiger hoher Gasdruck ist jedoch seinerseits oft die Ursache für Axialschwingungen der Scheiben mit all ihren nachteiligen FoIycn für die Betriebssicherheit vJes Lagers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Lager der bekannten Bauart, dieses so abzuwandeln, daß schon bei kleinsten Auslcnkungen der fesistciii.iden Scheibe und ohne die Notwendigkeit großer Drücke des schmierenden Gases große Rückstellkräfte auftreten und damit eine rasche und zuverlässige Stabilisierung der Scheibe gewähr-