DE1400303A1 - Lager fuer Wellen heisser Rotoren - Google Patents

Description

PATINfANWALT DIPL-ING. WALTER REINKE

(16) BENSHEIM-AUERBACH,

JAHNSTRASSE U

Anmelder: Kraftanlagen AG-.,

Heidelberg, Bismarckstr. 11

Lager für Wellen heißer Rotoren

23. aLtz 1960 BJJ-_8? Rk/D

Die Erfindung hat eine Losung der Aufgabe zum Gegenstand, die Wellen heißer Rotoren einwandfrei zu lagern. Diese Aufgabe tritt beispielsweise bei Luftvorwärmern von G-roiofeuerungsanlagen auf, und zwar handelt es sich dort um die Lagerung der umlaufenden Speiehermasse. Diese Liasse wird durch die heißen Rauchgase erhitzt und übertragt die hohe Temperatur unvermeidbar auch auf ihre Drehachse, die ihrerseits die \.Lvrme zu den La^erstelien weiterleitet. Auch sonst kommt es in der Technik häufig vor, daß eine umlaufende Welle hohe Temperaturen annimmt, die zu Schwierigkeiten der Lagerung führen.

Ein jedes Lager, gleichgültig ob Gleitlager oder Wälzlager, fordert eine richtige Einstellung des Lagerspiels, wenn ein einwandfreies Arbeiten gewährleistet sein üoll. Diese Bedingung aber ist nicht zu erfüllen, wenn die Lagerstelle unter hohen Temperaturen arbeitet, die zudem über einen weiten Bereich schwanken, so daß die Höhe der anfallenden Temperaturen an der Lagerstelle nicht eundeutig bestimmbar ist. Infolgedessen kann durch eine während des Betriebs auftretende Wärmedehnung das ursprünglich richtig eingestellte und für einen sicheren Betrieb notwendige Lagerspiel aufgehoben werden,' so daß eine Beschädigung oder ein Blockieren des Lagers eintritt. Besondere groß sind diese.Unsicherheiten und damit die Gefahr von

lagersohäden "bei Wälzlagern. ₀

BAD ORIGINAL

80*813/0137

* 1400363

Will man aber der im Betrieb auftretenden U.ruedehnung der Bauteile im voraus iiechnung tragen, um die erwähnten Beschädigungen oder ein Blockieren aes La.;ers auszuschließen, unc bemii,;t au diesem Zweck das La_oerspiel von vornherein so groli, daß auch bei der im Höchstfalle vorkouaenden i'e..iperatur der zulässige Grenzwert des La_;j,erspiels nicht .berüclxritten v;ird, so ergeben sich durch dieses "gruwe Lagers^iel ochwiex-igi-eiten im liormalbetrieb, bei dem die vorsorglich berücksichtigten .iüchsttemperHturen nicht vorliegen, und vor allem natürlich beim Anfahren. So macht sich dieses zu gro^e LagerspieljB beim Anfahren der ^ttscaine durch deren unruhigen Lauf bemerkbar, und es ergüt sich da·: urea eins vorzelt:! £;e Abnutzung der/./clsLurper una Rollbahnen.

Die ürliudun^- ist ν,, η der .^rkeuntnis dieser i'j^ und der einander widerstrebenden Betuessun^sforaerun^en auG^e^anüon und hat sich die Aufgabe ,estellt, diese riachteile zu vermeiden, die bisher bei unter hohen Temperaturen arbeitenden eilen unvermeidbar schienen. Das Layer gemäß der Erfindung, das diese Aufgabe lost, ist gekennzeichnet durch eine auf den gelagerten Wellenteil (z.B. Wellenzapfen) fest aufgebrachte, den inneren Lagerlaufring tragende Buchse, die mit solchen Aussparungen versehen ist, dati der der Iiarmeleitung in radialer itichtung von innen nach aufoen dienende querschnitt im Bereich der Aussparungen durch diese verkleinert ist.

In der Hegel wird es sich um die Lagerung am Ende der ./eile handeln, das als Wellenzapfen ausgebildet ist. Die gleiche Losung ist aber natürlich ttuch dann möglich, wenn die ',/eile an irgend einer anderen beliebigen Stelle gelagert ist. Ebenso spielt es keine Rolle,

BAD ORIGINAL

809813/0137

ob os sich um eine senkrechtg, eine waagrechte oder eine irgendwie geneigte exle handelt. Die Erfindung-ist auch in gleicher \.eise f'r Gleitlager wie IiAr TKälzlager "beliebiger Art anwendbar. \~:enn vor-Dtenend von einen "Lagerlaufring" gesprochen wurde, so ist damit bei einem Wälzlager aie innere :io._lbuhn geuieint, während bei einem Gleitla_oer darunter in entsprechender \ eise ein etwa hohlzylindrischer Körner zu verstehen ist, der mittels d«r genannten Buchse auf der ".eile befestigt ist, so aal·' dio -,.eile nicht in der sonst üblichen Weise unmittelbar in den Lagerschalen des Gleitlagers lieg* sondern mittels dieses etwa hohlzylindrischen Zwischengliedes gelagert ist.

lter Grundgedanke besten! also darin, dem natenal, aas die \,-ci.rme ν on der ..elie (2.^. '. eilensapfen) in radialer Dichtung von innen nach eilten zum inneren .Lagerlaufring leitet, einen verengten Querschnitt zu geben und dadurch die Yilirüieleitung weitestgehend zu unterbinden, ■i^iese Verengung wir α" durcu aie genannten Aussparungen bewirkt. Solche Aussparungen können auf der inneren oder auf der lauioeren Mantelfläche der l'rennbuchse oder auch auf beiden Mantelflächen Vurgesehen werden. Sie können sogar vollständig hindurchgehen, juetzteres ko..jut ailerdings praktisch weniger in Frage, weil die Aussparungen gemäß weiterer Erfindung zugleich als Stromungskankle f. r ein kunlendes Medium, vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, benutzt werden sollen. Deshalb werden die Aussparungen vj rzugsweise in x-orm von Wüten ausgebildet, die auf einer oder auf beiden kante!flächen etwa achspara^lel verlaufen. An ihrer Stelle - oder zusätzlich - können auch Bohrungen vorgesehen werden, die ebenfalls etwa achsparallel durch das Material der Trennbuchse hindurchgeführt sind.

Zur Veransohaulichung des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar handelt es sich' in beiden Fällen um senkrecht stehende Wellen, die an ihren unteren deh -mi.t Hilfe von Wälzlagern gelagert sind.

BAD ORIGINAL

-809813/0137 ~⁴~

Fig. 1 stellt das erste Ausführungsbeispiel dar, und zwar in Seitenansicht in einem senkrechten Axialschnitt, während Fig. 2 die Trennbuchse für sich allein in Aufeicht zeigt. · " .

Fig. 3 stellt in der gleichen Schnittansicht wie Fig. 1 das andere Ausfiihrungsbeispiel dar und

Fig. 4 hierzu wieder für sich allein die Trennbuchse.

Bei dem Äusführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 handelt es sich darum, eine senkrechte Yieile 2 an ihrem unteren Ende mittels eines Wälzlagers zu lagern, dessen äußere Rollbahn 1 ruhend im Lagergehäuse 19 gehalten ist, während die umlaufende innere Rollbahn 16 nebst Spannhülse 1.1 nicht in der bisher üblichen Y/eise auf den Zapfen der Welle 2 unmittelbar aufgebracht ist, sondern mittelbar mit Hilfe der •erwähnten Trennbuchse'5, die auf den Wellenzapfen aufgeschrispft sein . kann. Pa diese Buchse 3 ein besonderes Bauelement darstellt, kann.sie •unabhängig von der Welle frei gestaltet werden und zwar sowohl .hinsichtlich ihrer JJ'orm als auch ihres Werkstoffs und der Oberflächen-schaffenheit (Härte und Güte).

In dem dargestellten Fall sind die den leitenden Querschnitt verengenden Hüten 4 in die innere Mantelfläche der Trennbuchse 3 eingebracht und zwar etwa in axialer Richtung. Hierdurch ist nicht nur der wärmeleitende Querschnitt innerhalb des Buchsenmaterials verkleinert sondern auch die Berührungsfläche zwischen Buchse 3 und Welle 1· dadurch ist die "armeleitung von innen nach außen ganz erheblich, vermindert.

Y/enngleich hierdurch schon eine wesentliche Verbesserung erzielt ist,die in vielen Fällen genügen mag, so ist doch in vorliegendem ' Falle zusätzlich eine Kühlung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist in den . durch das Lagergehäuse 19 gebildeten Hohlraum eine Kühlflüssigkeit 6 eingefüllt, die zugleich Schmiermittel für die Lagerstelle sein kann·

BADORiQlNAL -5- "

809613/0137

Diese Flüssigkeit wird mit Hilfe von Kühlschlangen 13 auf einer niedrigen i'emperatur gehalten und dient zur Abkühlung des lagers. Die Anordnung ist so getroffen, daß aie Nuten 4 in den Umlauf der ■Kühlflüssigkeit eingeschaltet sind. Zu diesem Zweck sind an der oberen Stirnkante raäiale Hüten 5 vorgesehen. Da die innere Rollbahn 16 in der üblichen Vieise mittels der schon erwähnten konischen Spannhalse 11 befestigt ist, die ihrerseits durch eine Platte 9 abgestützt wird, ist auch diese Platte 9 mit Aussparungen 10 versehen. Die in den Nuten 4 be findliche Flüssigkeit wird durch den Zapfen der \. eile 2 erwärmt und nach oben in Bewegung gesetzt, so daß nach dem l'hermosiphonprinzip selbsttätig ein Umlauf der kühlenden Flüssigkeit erzeugt wird. Da das Wärmegefälle innerhalb des Zapfens der Welle 2 von oben nach unten verläuft, ist die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit dem Gefälle entgegengesetzt gerichtet. Auf diese .,eise ist die Kühlung besonders wirksam. Der selbsttätige thermische Zwangskreislauf wird hierbei durch die thermische Belastung der Lagerstelle bestimmt.

Die Darstellung veranschaulicht zugleich eine Möglichkeit, den Umlauf der Kühlflüssigkeit zu verstärken, und zwar ist ein Standrohr 14 vorgesehen, das die I'emperaturdifferenz awischen Eintritt und Austritt der Kühlflüssigkeit vergrößert und gewfesermaßen eine "Schornsteinwirkung" erzeugt. Auf Bohrungen 10, die einen Nebenschluß hierzu darstellen, kann dabei verzichtet werden. Wie Figo 1 zeigt, kann in das Standrohr 14 ein. Filter 15 eingesetzt werden, das eine Reinigung der Kühlflüssigkeit (beispielsweise OeI) vor ihrem Eintritt in.die Durchlaufkanäle des Lagers bewirkt, um dadurch der Gefahr einer Verschmutzung oder gar Verstopfung der Umlaufkanäle entgegenzuwirken.

Die Platte 9» die die Spannhülse 11 des Y/älzlagers abstützt, ist mittels Schrauben 12 an der Stirnfläche des Wellenzapfens befestigt. Diese Schrauben 12 stehen somit unter Spannung. Sie ermö'g-I . B*D ORKSNAL

I ' . 800113/0137

lichen eine Verstellung und sehr feine Dosierung des Lagerspiels entsprechend den'betrieblichen Bedingungen.

Hingewiesen sei auch auf die Kanäle 20 außerhalb der äußeren Rollbahn 1, die ebenfalls dem Umlauf der Kühlflüssigkeit dienen. Durch diese Kanäle 20 strömt die durch die Kanäle 4 und 5 ,nach oben gelangte und dabei erwärmte flüssigkeit wieder abwärts, um durch die Kühlschlangen 13 abgekühlt zu werden. Bei diesem Durchlauf der warmen !Flüssigkeit durch die Kanüle 20 wird die .äußere Rollbahn 1 etwa in gleichem ^aße erwärmt wie die innere Rollbahn 16. Dadurch wird erreicht, daß die unvermeidbare restliche Erwärmung sich nicht allein auf die innere Rollbahn 16 beschränkt, was eine Verringerung des Lagerspiels ergeben würde, daß sich vielmehr beide Rollbahnen etwa in gleichem kaue ausdehnen, so daß das Lagerspiel im wesentlichen erhalten bleibt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 3 und 4 unterscheidet_sich gegenüber dem vorstehend beschriebenen in einigen konstruktiven Einzelheiten, ütimmt aber im G-runde hinsichtlich aller wesentlichen Elemente uberein. Die einander entsprechenden Elemente sind daher mit den gleichen Kennziffern bezeichnet, auch wenn sie etwas unterschiedlich ausgebildet sind.

Was die l'rerinbuehse 3 anbelangt, sind die Aussparungen, die den Wärmedurchgangsquerschnitt verengen, nicht offen in einer Mantelfläche angebracht, sondern diese Aussparungen sind als Bohrungen 7 durch die Yiand der Buchse 3 hindurchgeführt. Z.s wird also riuch hier die ori'iudungsgemäße Querschnittsminderung des die Y.üriiie leitende:; - nämlich der "Trennhalse 3 - erzielt. Auch ala Anscnluwvo^ dienen hier (an Stelle der stirnseitigen Rudialnuton \> in Pi£· i)luidialbohrungen 8. Pig. 3 zeigt ferner, daß hier diu Trenubuülißö 3 ^u-* satzlich zur Versteifung eines stark abgesetzten Y/ellenteils 18.be-

BAD ORIGINAL "?-

809813/0137

nutzt ist, wobei die freie otrecke dieses V.ellenteils zwischen den Langstohrungen 7 und den Radialbohrungen 8 überbrückt wird. An diesem Teil 18, der zwischen dem heißen Teil der Welle (in Pig. 3 oben) und dem gelagerten Wellenende liegt, erfolgt alco eboniTaH« eine Kühlung cLer.Y.fjlle.

Diü KHhl/üinrichü-üij 13 i-^t bvi rtius-.ϊτπ Ausf ührvüijslj-isjiol obai"-h;.7-j der Lagerstelle angeordnet. Der Umlauf der Kühlflüssigkeit kann hier in der gleichen V/eise bewirkt werden, wie es vorstehend zu dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Richtung und Größe der Bohrungen können in gleicher Veise wie bei den Aui3ennuten gemäß J¹Ig. je nach den baulichen Verhältnissen und den im Einzelfalle vorliegenden Erfordernissen frei gewählt werden.

Das stetige Durchfluten der Nuten 4 und 5 gemäß i*ig. 1 wie auch der Bohrungen 7 und 8 gemäß Pig. 2 mit dem Kühlmittel ergibt also eine Abkühlung der Tremibuch.se und wirkt somit in dem gleichen erstrebten Sinne wie die ^uerschnittsverringerung des die Wärme leitenden Materials. Diese Durchflutung der liuten oder Bohrungen kann verstärkt werden, indem sie nicht genau ach^arallel angeordnet werden sondern geneigt, also im Sinne der Drehrichtung der '.,eile mit einer Steigung (Drall) versehen werden. Der Grad der neigung kann sich hierbei nach den jeweils vorliegenden Erfordernissen richten. In manchen Fallen wird eine kleine Abweichung von der achsparallelen Richtung genügen. Andererseits sind aber sogar Steigungen nach Art eines Gewindes (Wendeis) möglich. In gleicher Weise kann man auch den Teil 9 und seine Durchbrechungen 10 entsprechend ausbilden, daß sie den Umlauf der Kühlflüssigkeit fördern. . . '

Bei beiden Ausführungsbeispielen wird das Kühlmittel beim Durchlaufen durch die Nuten 4 oder Bohrungen 7 der Trennhülse erwärmt, so daß seine Temperatur oberhalb der Lagerstelle höher ist als unten·

.809813/0137 ADORlOWAt

Daher ist es zweckmäßig, die für die Wärmeabfuhr Vorgesehene Kühl- ·. einrichtung 13. oberhalb der Lagerstelle anzuordnen, wie es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Pail ist. Auf diese Weise wird nicht " nur die größere Teiuperaturdiff erenz zwischen dem kühlmittel und der · . xJihleinrichtung 13 ausgenutzt, sondern es wird außerdem der Vorteil erreicht, daß auch das OeI, mit dem das Wälzlager 1 versorgt wird, bereits rückgekühlt ist.

V.enngleich schon durch die erfindungsgemäße Verringerung des l/väriaeleitquerschnitts den Erfordernissen der meisten Fälle Genüge getan wein wird und in Fällen hoher Anforderungen der Kühlumlauf .die restlichen Schwierigkeiten beseitigen kann, so sei doch erwähnt, daß die dargestellte Konstruktion selbst in ungünstigsten Fällen weitere Möglichkeiten eröffnet. Sollte wirklich' .der Fall eintreten, daß die Restwärme eine Aufweitung des Wälzlager-Innenrings 16 und eine entsprechende, unerwünschte Verkleinerung des Lagerspiels befürchten läßt, so kann diesem' Umstand Rechnung getragen werden, indem der^ Neigungswinkel d-er konischen Spannhülse 11 größer bemessen wird als de] dem Reibungswert entsprechende Winkel. In diesem Falle wirkt jede auftretende Dehnungsspannung des Wälzlager-Innenrings 16 gegen die Anpreßkraft des Teils 9. Wird diese die Spannhülse 11 stützende Platte 9 federnd gestaltet, so daß die konische Hülse 11 entgegen der durcl die Schraube 12 bewirkten Spannung ausweichen kann, so ist die Gefahr einer Aufweitung des Innenrings 16 vermieden und das ursprünglich)! eingestellte Lagerspiel bleibt erhalten. Im übrigen kann die· federnde Ausbildung der Stützplatte 9 auch zur Dosierung der Anpreßkraft benutzt werden. Dadurch wird eine gleichbleibende Eigenspannung dee Innenrings 16 erreicht, die einen gleichmäßig festen Sitz des Wälzlagers ' ■·. gewährleistet'.

Copy

c^o «*/«♦*- BAD ORIGINAL

Claims (12)

Patentansprüche

1. Lager für Wellen heißer Rotoren, gekennzeichnet durch eine auf den gelagerten Wellenteil (z.B. Wellenzapfen) fest aufgebrachte, den inneren Lagerlaufring (16) tragende Buchse (3), die mit solchen Aussparungen versehen ist, daß der der Wärmeleitung in radialer Richtung von innen nach außen dienende Querschnitt im Bereich der Aussparungen durch diese verkleinert ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet;, daß die Trennbuchse (3) auf ihrer inneren und/oder äußeren Mantelfläche mit Aussparungen versehen ist, vorzugsweise solchen in Form von Nuten, die etwa achsparallel verlaufen.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennbuchse (3)'mit etwa achsparallelen Bohrungen versehen ist.

. 4. Lager nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Kühlflüssigkeit enthaltenden Hohlraum, der mit Anfang und Ende der Nuten bzw. Bohrungen in Verbindung steht und zusammen mit diesen ein in sich geschlossenes Leitungssystem biildet, innerhalb dessen die Kühlflüssigkeit umläuft.

5. Lager nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der umlaufenden Teile, beispielsweise Schrägstellung der Nuten bzw. Bohrungen, daß der Umlauf dieser Teile eine Umlauf Bförderung der Kühlflüssigkeit bewirkt.

6.. Lager nach Anspruoh 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung und Ausbildung, daß die kühlende Flüssigkeit durch die etwa aohsparallelen Nuten bzw. Bohrungen in Richtung vom kühleren zum wärmeren Ende des gelagerten Y/ellenteiles strömt.

copy -¹⁰

'■ 80βΒ13/αΐ£? BADORiGlNAL

- 10 - _t .

7. lager nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Kühlflüssigkeit enthaltenden Hohlraum eine iuihl- ^y vorrichtung, beispielsweise eine Kühlschlange (13), angeordnet ist.

ö.. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuhlvorrichtung (13) im oberen Teil des die Kühlflüssigkeit enthaltenden Hohlraumes angeordnet ist, und zwar hüher als die Lagerstelle (Figo3)

9. Lager nach Anspruch 4 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß von der unten liegenden Eintrittsüffnung der Trennbuchsenkanäle (4 bzw. 7) ein Standrohr (14) zu einer tief gelegenen Stelle des Flüssigkeitsrauines herabführt (Jig. 1).

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daid in das Standrohr ein Filter (15) eingebaut ist.

11. 7/älzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dessen innere Hollbahn mittels einer konischen Spannhülse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Spannhülse (11) grcjüer ist als der dem Reibungswert entsprechende Y/inkel und daß zur Aufnahme der dadurch azeugten Axialkraft ein die Spannhülse abstützendes, wahlweise einstellbares, elastisch nachgiebiges Organ (9) vorgesehen ist.

12. Wälzlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als die konische Spannhülse (11) stützendes Organ eine elastische Scheibe (9) dient, die mittels Stellschrauben (12) axial verstellbar befestigt ist.

*° °mmh