DE2000601A1

DE2000601A1 - Wellenlager

Info

Publication number: DE2000601A1
Application number: DE19702000601
Authority: DE
Inventors: Hodskinson Martin George
Original assignee: Leyland Gas Turbines Ltd
Current assignee: Leyland Gas Turbines Ltd
Priority date: 1969-01-14
Filing date: 1970-01-08
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1244913A; FR2028316A1; JPS4840615B1

Description

DIPL.-ING. HARRO GRALFS PATENTANWALT

Mein Zeichen; L 309 - Al/Lie 33 braunschweig

AM BÜRGERPARK 8 TELEFON (05.31) 2 45 98

7. Januar 1970

LEYLAND GAS TURBINES LIMITED,

Meteor Works Lode Lane, Solihull, Warwickshire, England

Priorität: Großbritannien vom 14. Januar Nr.: 2106/69

Wellenlager

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager für eine Welle und betrifft insbesondere ein kreisringförmiges, die Weile koa xial umschließendes Lager, das aus einem Material besteht, des sen Ausdehnungskoeffizient wesentlich von dem der Welle abweicht·

Ziel der Erfindung ist die Lösung des Problems, trotz relativer Ausdehnung und Kontraktion zwischen Welle und Lager infolge von Temperaturänderungen ein im wesentlichen konstantes Lagtrspiel zwischen Welle und Lager aufrechtzuerhalten. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich betrifft die Erfindung eine Metallwelle, die koaxial innerhalb eines Lagers aus einem keramischen Material wie beispielsweise Siliziumnitrid liegt, das einen sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.

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Dieses Problem wird gemäß der Erfindung bei einem Lager für eine Weile mit einem kreisringförmigen Lagerring, der die Welle koaxial umschließt, dadurch gelöst, daß koaxial und drehfest auf der Welle eine Hülse angeordnet ist, die mit einem bestimmten Lagerspiel innerhalb des Lagerringes liegt, daß der Lagerring und die Hülse je aus einem Material bestehen, das den gleichen oder im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzti der sich vom Ausdehnungskoeffizienten der Welle unterscheidet, daß die Hülse in einem Axialscnnitt die Gestalt eines geraden Kreiskegelstumpfes besitzt, dessen Spitze auf der Längsachse der Welle liegt, und daß die Hülse in einer ringförmigen Ausnehmung in der Welle liegt, die komplementäre Gestalt besitzt, wobei der Tangens des Neigungswinkels der Seitenflächen der kegelstumpfartigen Hülse und der Ausnehmung gegenüber der Langsachse der Welle dem Verhältnis des mittleren Radius der Hülse zur halben mittleren Länge der Hülse gleich ist und wobei eine Einrichtung, die eine Seitenwandung der Ausnehmung bildet, zum Aufschieben und Abnehmen der Hülse und zum Festklemmen der Hülse in der Ausnehmung abnehmbar an der Welle befestigt ist.

Die Einrichtung, die die abnehmbare Seitenwandung der Ausnehmung festlegt, kann durch einen Ring dargestellt sein, der auf einem Wellenabschnitt angebracht ist, der die radial innenliegende Umfangswandung der Ausnehmung darstellt, wobei der Ring durch eine abnehmbare Befestigungseinrichtung an einer axialen Bewegung auf der Welle gehindert wird·

Andererseits kann die Einrichtung, die die abnehmbare Seitenwandung der Ausnehmung festlegt, auch durch einen Kopf dargestellt sein, der mit einem Zentrieransat* versehen ist, der in

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eine Bohrung in der angrenzenden Stirnfläche der Welle einsetzbar ist und darin befestigt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, die einen Axialschnitt durch das Lager darstellt.

Das Lager weist eine Welle 1 auf, die mit; einem Abschnitt 2 verringerten Durchmessers versehen ist, dessen Umfangswandung 2 eine ringförmige Ausnehmung bildet. Diese Ausnehmung weist weiterhin eine kegelige Schulter 4 zwischen den beiden Abschnitteil 1 und 2 der Welle auf sowie eine weitere kegelstumpfartige Fläche 5, die an einem abnehmbaren Hing b ausgebildet ist. Der Eing 6 wird an einer axialen Bewegung nach rechcs ^in der Zeichnung gesehen) durch einen Sprengring oder eine ähnliche Befestigungseinrichtung 7 gehindert, die in eine Kingnut im Wellenabschnitt 2 einfaßt. Die ringförmige Ausnehmung, die durch die Wandungen 3j ^ und 5 festgelegt ist, besitzt in einem Axialschnitt die Gestalt eines geraden Kreiskegelstumpfes, dessen Spitze im Punkt X auf der Längsachse Y der Welle 1 liegt, die gleichzeitig die Drehachse der Welle darstellt. Die Ausnehmung ⁷j_% 4, 5 nimmt eine ringförmige Lagerhülse 8 auf, die in einem axialen Schnitt ebenfalls die Gestalt eines geraden KreisKegelstumpfes besitzt, der denselben Spitzenwinkel wie die Ausnehmung besitzt und mit der Spitze in X liegt. Die Ausnehmung ist demnach komplementär zur Hülse ausgebildet. Die Hülse 8 wird in der Weise in die Ausnehmung eingesetzt, daß der Sprengring 7 und der Ring 6 entfernt werden und nach dem Einschieben der Hülse wieder eingesetzt werden, so daß die xLegelstumpfflächen 9 gegen eine axiale und Umfangsbewegung relativ

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zur Welle 1 festgeklemmt werden. Die Welle 1 und die Hülse 8 sind koaxial von einem Lagerring 10 umschlossen, der aus dem gleichen Material wie die Hülse oder aus einem anderen
Material besteht, das denselben oder im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Hülse besitzte Zwischen dem Lagerring 10 und der Hülse 8 ist bei 11 das Lagerspiel angedeutet. Der Lagerring 10 bildet einen Teil des feststehenden Lagerteils. Das bewegliche Lagerteil wird durch die Hülse 8
zusammen mit der Welle 1 dargestellt.

Die Welle 1 ist aus Stahl oder einem anderen Metall hergestellt« Wenn sehr hohe Betriebstemperaturen erwartet werden, wie es
beispielsweise bei einer Gasturbine der Fall ist, werden die Hülse 8 und der Lagerring 10 zweckmäßigerweise aus einem keramischen Material hergestellt, wie beispielsweise aus Siliziumnitrid. Ein solches Material besitzt einen sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu Stahl oder einem anderen Metall. Wenn jetzt die Welle sich relativ zur Hülse bei zunehmenden Betriebstemperaturen ausdehnt, tritt das Problem auf, wie die Klemmkräfte, die auf die Kegelstumpfflächen 9 wirken, fe im wesentlichen gleich gehalten werden können. Dieses Problem wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Kegelstumpfflächen der Ausnehmung und der Hülse gegenüber der Längeachse Y der Welle 1 um einen Winkel 0 geneigt werden, der durch die Beziehung tan0 ■ R/L festgelegt ist, wobei nach der Zeichnung R der mittlere Radius der Hülse und der Ausnehmung und
L die Hälfte der mittleren axialen Länge der Hülse und der Ausnehmung bezeichnen.

Wenn der Neigungswinkel in dieser Weise gewählt wird, werden bei Ausdehnung der Welle relativ zur Hülse die auf die Kegel-

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stumpfflächen 9 wirkenden Klemmkräfte im wesentlichen konstant bleiben. Das läßt sich in folgender Weise nachweisen: Es wird das Verhältnis des mittleren Radius zur halben mittleren Länge der Ausnehmung nach einem Temperaturanstieg um T Grad bestimmt, wobei der Ausdehnungskoeffizient der Welle C und der der Hülse Co sein mögen. Die mittlere radiale Länge der Ausnehmung hat sich dann auf R(C₁-C₂)T vergrößert, während die halbe axiale Länge der Ausnehmung sich auf L(C₁-C₂)T vergrößert hat. Das Verhältnis dieser beiden Werte beträgt somit

» R/L und ist wieder gleich dem Werfe tan 0

Der Werfe ban 0 bleibt somit konstant, gleichgültig, welche vVerte die Ausdehnungskoeffizienten des Wellen- und des Hülsenmaberials annehmen. Das gilt auch wenn das Material mit dem größeren Ausdehnungskoeffizienten für die Hülse und das Material mit dem kleineren Ausdehnungskoeffizienten für die Welle benutzt wird. Da das Material des Lagerrings 10 im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie die Hülse 8, bleibt das Lagerspiel im wesentlichen konstant-, auch bei einer erheblichen Ausdehnung der Welle.

Anstelle des Ringes 6 und des Sprengrings 7 kann für die Wandung 5 der Ausnehmung auch ein getrennter Kopf verwendet werden, der am benachbarten Ende des Wellenabschnitts 2 befestigt werden kann. Dae läßt sich in der Weise ausführen, daß der Kopf mit einem Zentrieransatz versehen ist, der in ein Gewindeloch in der Stirnfläche des Wellenabschnitts 2 eingeschraubt wird.

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Claims

Patentansprüche

/Lager für eine vVelle mit einem kreisringförmigen Lagerring, der die Welle koaxial umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial und drehfest auf der Welle (1) eine Hülse (8) angeordnet ist, die mit einem bestimmten Lagerspiel innerhalb des Lagerringes (10) liegt, daß der Lagerring (10) und die Hülse (8) je aus einem Material bestehen, das den

P gleichen oder im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der sich vom Ausdehnungskoeffizienten der Welle unterscheidet, daß die Hülse in einem Axialschnitt die Gestalt eines geraden Kreiskegelstumpfes besitzt, dessen Spitze (X) auf der Längsachse (Y) der v/elle liegt, und daß die Hülse in einer ringförmigen Ausnehmung (3, 4, 5) in der //eile liegt, die komplementärer Gestalt besitzt, wobei der Tangens des Neigungswinkels (0) der Seitenflächen der kegelstumpfartigen Hülse und der Ausnehmung gegenüber der Längsachse der Welle dem Verhältnis des mittleren Radius (R) der Hülse zur halben mittleren Länge (L) der Hülse gleich ist, und wobei eine Einrichtung (6), die eine Seitenwandung

fc (5) der Ausnehmung bildet, zum Aufschieben der Hülse und zum Festklemmen in der Ausnehmung abnehmbar an der Welle befestigt ist.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die abnehmbare Seitenwandung der Ausnehmung festlegt, durch einen Ring (6) dargestellt ist, der auf einem Wellenabschnitt angebracht ist, der die radial innenliegende Umfangswandung der Ausnehmung darstellt, und daß der Ring durch eine abnehmbare Befestigungseinrichtung (7) an einer axialen Bewegung auf der Welle gehindert wird.

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3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dais die Einrichtung, die die abnehmbare Seitenwandung der Ausnehmung festlegt, durch einen Kopf dargestellt ist, der mit einem Zentrieransatz versehen ist, der in eine Bohrung in der angrenzenden Stirnfläche der Welle einsetzbar ist und darin befestigt werden kann.

Lager nacli einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daii der Lagerring (10) und die Hülse (8) aus keramischem Material wie beispielsweise Siliziumnitrid bestehene

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