DE2109403A1 - Axiallagerung - Google Patents

Description

Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Strasse 18

In Sachen:

SKF Industriele Handel- en
Öntwikkeling Maatschappij NV
Amsterdam / Niederlande
Overtoom

Axiallagerung

Priorität der schwedischen Patentanmeldung Nr. 2661/70 vom 2. März 1970

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axiallagerung, die aus zwei auf einer gemeinsamen Welle angeordneten, in derselben Richtung wirkenden Axiallagern, von denen wenigstens eines eine sphärische Lagerfläche aufweist, besteht.

Auf bestimmten technischen Gebieten zeigt die Entwicklung die Tendenz zu immer größeren und schwereren rotierenden Einheiten. Als,Beispiel seien hier nur die Lufterhitzer für Dampfkesselanlagen erwähnt, von denen der Ljungström-Lufterhitzer einen um eine senkrechte Achse rotierenden Drehkörper aufweist. Das Gewicht dieses Rotors ist bereits heute beträchtlich; 500 {Donnen sind keinesweg ungewöhnlich. Um die Kapazität der Lufterhitzer zu vergrößern, wird angestrebt, die Rotoren weiter zu vergrößern. Dabei kann man auf das doppelte Gewicht der bis heute größten Einheiten kommen.

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Jioi dicker Entwicklung bereiten die Lager de κ itoüorij rigkeiten. Bis zu der bisher erreichten Größe der Anlagen war es möglich, sphärisch ausgebildete Axialrollenlager zu verwenden. Zwar gibt es keine grundsätzlichen Hinderungsgründe, die der Fertigung von Rollenlagern für noch größere Belastungen entgegenstehen würden, die Lagermaße werden dann jedoch ganz beträchtlich und die Herstellungskosten prohibitiv.

Eine Möglichkeit, die Lagergröße klein zu halten, besteht darin, die Belastung auf mehrere kleinere Lager aufzuteilen. So ist z.B. schon vorgeschlagen worden, die aufzunehmende Kraft über einen hydraulischen Servomechanismus mit einem ringförmigen Kolben auf zwei Rollenlager zu verteilen. Die bekannte Anordnung arbeitet jedoch mit einer bestimmten abgedichtet gehaltenen Menge Druckflüssigkeit, so daß eine praktisch unvermeidbare Leckage einen damit kontinuierlich einhergehenden gegenseitigen Versatz der Axiallager und unterschiedliche Belastung zur Folge hat. Zwei in dieser Weise zusammenwirkende sphärische Axiallager würden außerdem eine starre Abstützung bilden, der die Möglichkeit der pendelnder, Einstellung, die ein einzelnes sphärisches Lager besitzt j fehlt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialiagerung· der eingangs genannten Art zu schaffen, die zur Aufnahme extrem großer Belastungen geeignet ist.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Axiallager als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern in der Lagerfläche ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers durch einen mit dem hydrostatischen Druck des anderen Lagers beaufschlagten Druckzylinder erzeugt ist.

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Axiallagerung gemäß der Erfindung mit zwei sphärischen Einzellagern,

Fig. 2 eine entsprechende Schnittansicht durch ein

, zweites Ausführungsbeispiel mit einem sphärischen und einem ebenen Axiallager,

Fig. 3 und 4- schematische Darstellungen der hydraulischen Schaltung für die beiden Ausführungen nach Fig. 1 bzw. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Lagerung ist dazu bestimmt, eine senkrechte Welle 10 eines schweren, nicht gezeigten Eotors zu tragen. Die axiale Abstützung der Welle 10 erfolgt an einem Gehäuse 11 über zwei feste Stützscheiben 12 und 13· Fest mit der Welle 10 verbunden sind zwei Lagerscheiben 14 und 15» zwischen denen die Lastaufnahme über ein Zwischenteil 16, in welchem ein ringförmiger Zylinder 17 ausgebildet ist, erfolgt.

Die obere Lagerscheibe 15 liegt mit ihrer Oberseite an einer auf die Welle 10 aufgeschobenen Befestigungsscheibe 18 an, die mit einem Sicherungsteil 19 zusammenwirkt, welches beliebig gestaltet sein kann und die Hontage und Demontage der Bestandteile des Lagers gestattet.

Beide Lagerscheiben 14 und 15 haben-sphärische Lagerflächen mit unterschiedlichem Krümmungsradius 20 bzw. 21, allerdings mit einem gemeinsamen, auf der Mittelachse der Welle 10 liegenden Krümmungsmittelpunkt 22.

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Die Stützscheiben 12 und 13 haben den Lagerflachen der. Lagerscheiben 14· und 15 entsprechende Stützflächen. Da es sich um hydrostatische Lager handelt, sind jeweils zwischen • zusammenwirkenden Lager- und Stützflächen Druckkammern ausgebildet. Die in die untere Stützscheibe 12 eingearbeiteten Druckkammern sind mit 23 und die in die obere Stützscheibe 13 eingearbeiteten Druckkammern sind mit 24- bezeichnet.

Die der Lagerfläche gegenüberliegende Seite der Lagerscheibe 14 ist als ein ringförmiger Kolben 25 ausgebildet, der mit dem Zylinder 17 in dem Zwischenteil 16 zusammenwirkt. Eine Drehbewegung des letzteren relativ zu der unteren und oberen Lagerscheibe verhindern Stifte 26 bzw. 27·

Dem unteren hydrostatischen Lager wird Druckmittel über einen Kanal 28 zugeführt. Die Druckmittelzufuhr zu dem oberen hydrostatischen Lager erfolgt über mehrere Kanäle 29a, b, c. In der oberen Lagerscheibe 15 ist ein Kanal 30 ausgebildet, der Anschluß hat an einen Kanal 31 im Zwischenteil Über diese beiden Kanäle besteht eine Verbindung zwischen den oberen Drucktaschen 24 und dem Zylinder 17·

Die hydraulische Schaltung der Ausführungsform nach Fig. ist in Pig. 3 dargestellt, woraus auch die Anordnung der Drucktaschen im oberen und unteren hydrostatischen Lager ersichtlich ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist in der unteren Stützfläche eine einzige ringförmige Druckkammer 23 ausgebildet. In der oberen Stützfläche sind dagegen drei bogenförmige Drucktaschen 24a, b, c vorgesehen, die sich bis auf die Druckkammern trennende Zwischenstege, die mit ihrer Oberfläche in der Ebene der Stützfläche liegen, zum Ring er-

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ganzen. Jede der Druckkammern 23 und 24a, b, c wird mit Druckmittel über die Kanäle 28 bzw. 29a, b, c von einer eigenen Pumpe 52 bzw. 33, 34, 35 versorgt. Es könnte auch eine gemeinsame Pumpe Verwendung finden, nur müßte dann durch Steuerungsmittel, wie z.B. Drosseln oder geeignete Ventile Vorkehrung getroffen sein, daß Druckschwankungen in der einen Druckkammer sich nicht über die hydraulischen Leitungen in den anderen Druckkammern auswirken. Während der Drehung der Wellen 10 kommt der Zylinder 17 über die Kanäle 30 und 31 fortlaufend nacheinander mit den Druckkammern 24a, b_t c, in Verbindung.

Die Arbeitsweise eines hydrostatischen Lagers ist bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden. Es genügt eine kurze Betrachtung der Tragfähigkeit. Diese ist bei einem einzelnen Lager gleich dem Produkt aus dem Flüssigkeitsdruck in den Drucktaschen und der auf eine quer zur Kraftrichtung liegende Ebene projizierten wirksamen Lagerfläche. Als wirksame Lagerfläche soll hier diejenige Fläche verstanden werden, die begrenzt wird durch die Mittellinien durch den jede Drucktasche umgebenden Spalt. Der innere und äußere Durchmesser des Eingkolbens 25 wird dann so bestimmt, daß die Kolbenfläche der auf eine horizontale Ebene projizierten wirksamen Lagerfläche des oberen hydrostatischen Lagers 13, 15 entspricht. Bei dieser Bemessung übernehmen die beiden Lagerscheiben 14 und 15 gleiche Anteile der Gesamtlast. Die Lastverteilung stellt sich während des Betriebs selbsttätig ein, da der auf den Kolben 25 wirkende Flüssigkeitsdruck gleich dem Druck in den Druckkammern 24· a, b, c des oberen hydrostatischen Lagers igt.

Die gleichmäßige Lastverteilung auf die beiden Lager bedeutet, daß sich die Spaltweite zwischen zusammenwirkenden Lager- ujid Stützflächen, die bestimmend ist für den Ausfluß

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der Druckflüssigkeit aus den Drucktaschen, gerade so einstellt, daß jeweils das Produkt aus dem Druck der Druckkammern und der wirksamen Lagerfläche im Falle beider hydrostatischer Lager gleich ist.

Der Druck in den drei Kammern 24a, b und c ist gleich, wenn auf die Lagerscheibe 15 eine rein axiale Last wirkt. Bei einer anderen Lastrichtung ergeben sich unterschiedliche Kammerdrücke. Da die verbindenden Kanäle 30, 31 Ent ^ or Welle 10 umlaufen, werden sie fortlaufend nacheinander mit den Drücken in den drei Druckkammern beaufschlagt. Wegen des Strömungswiderstandes in den Kanälen 30, 31 teilt sich dem Zylinder 17 ein mittlerer Druck mit. Der Durchfluß durch die Kanäle 30 und 31 bestimmt sich während des Betriebs nach der Leckage durch die Zylinderdichtungen. Diese Leckströmung spielt jedoch bei der erfindungsgemäßen Axiallagerung keine Rolle, da die Leckage am Zylinder gegenüber dem Druckflüssigkeitsstrom durch die die Druckkammern begrenzenden Spalte gering ist.

Wenn kein Flüssigkeitsdruck anliegt ruht die gesamte Last auf der oberen Stützscheibe 13· Sobald die Pumpen anfangen zu arbeiten, werden die Druckkammern 24a, b, c mit Druck beaufschlagt, und über die Kanäle 30 und 31 wird auch dem Zylinder 17 Druckflüssigkeit zugeführt, woraufhin sich dann das untere hydrostatische Lager 12, 14 an der Lastaufnahme beteiligt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, daß das obere hydrostatische Lager eine ebene Tragfläche besitzt. Die senkrechte Welle ist bei dieser Ausführung mit 50» ¹Ue untere Tragscheibe mit 54 und die obere Tragscheibe mit 55 bezeichnet. Letztere übernimmt auch die Funktion der Befestigungoscheibe 18 nach Fig. 1 und ist mit der Welle 50 über geeig-

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nete Sicherungsmittel 59 verbunden. Die an einem unteren stützenden Teil 52 ausgebildete Stützfläche hat eine der Lagerscheibe 5^- entsprechende sphärische Gestalt.

Bei dem letzteren Ausführungsbeispiel ist die obere Stützfläche, die mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkt, an einem axial beweglichen Zwischenteil 53 ausgebildet, welches auf seiner gegenüberliegenden Seite die Form eines ringförmigen Zylinders 65 hat. Dieser wirkt mit einem in einem festen Gehäuseteil ausgebildeten Zylinder 57 zusammen·

Das zu der Ausführung nach Fig. 2 gehörende hydraulische System ist in Fig. 4 dargestellt. Danach ist in der mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkenden Stützfläche des Zwischenteils 53 eine ringförmige Druckkammer 64 vorgesehen. Das untere hydrostatische Lager 52, 5^ hat drei Druckkammern 63a, b, c, die über Kanäle 69a, b, c durch einzelne Pumpen 73» 74-, 75 mit Druckflüssigkeit versorgt werden. Der Kanal 69c und die Druckkammer 6Jc sind außerdem über einen Kanal 70 im Gehäuse mit dem Zylinder 37 verbunden. Von diesem führt ein weiterer Kanal 71 zu der ringförmigen Druckkammer 64 des oberen hydrostatischen Lagers. Eine Drosselstelle 72 im Kanal 71 erzeugt einen geringfügigen Druckunterschied zwischen dem Zylinder und der Druckkammer 64, wodurch erreicht wird, daß sich der ringförmige Kolben 65 hebt, sobald die Pumpe zu arbeiten beginnt.

Eine Lagerung gemäß Fig. 2 eignet sich für solche Anwendungsfälle, bei denen zu erwarten ist, daß die Richtung der Last nur verhältnismäßig wenig„von der genau senk-

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rechten Richtung abweicht. Eine pendelnde Einntellbewegung ist nur in dem Maße möglich, wie sich der ringförmige Kolben 65 im Zylinder 57 seitlich bewegen kann, welche Bewegung wiederum vom Spalt zwischen Kolben und Zylinder abhängt.

Patentansprüche /

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   1J Axiallagerung, bestehend aus zwei auf einer gemeinsamen Welle angeordneten, in derselben Richtung wirkenden Axiallagern, von denen wenigstens eines eine sphärische Lagerfläche aufweist, dadurch. gekennzeichnet , daß die beiden Axiallager (12, 14 und 13τ 15 bzw. 52, 54 und 53* 55) als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern (23, 24a, b, c bzw. 63a, h, c, 64) in der Lager- oder Stützfläche ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers (12, 14 bzw. 53, 55) durch einen mit dem hydrostatischen Druck des anderen Lagers (13, 15 bzw. 52, £4) beaufschlagten Eraftzylinder (17, 25 bzw. 571 65) erzeugt ist.
2. 2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kraftzylinder (17, 25 bzw· 57, 65) einen die Welle (10 bzw. 50) umgebenden ringförmigen Querschnitt hat.
3. 3« Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Stütz- und Lagerflächen der beiden hydrostatischen Lager (12, 14 und 13,15) kalottenförmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt (22) auf der Mittelachse der Welle (10) ausgebildet sind.
4. 4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kraftzylinder (17, 25) mit einer oder mehreren Druckkammern (24a, b, c) des oberen hydrostatischen Lagers (13,„15) in Verbindung steht.

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5. 5. Lagerung nach Anspruch 1 odor 2, d η d u r c h gekennzeichnet _T daß. das obere hydroiilauiiioho Lager (53, 55) eine ebene Lagerfläche hat und der Krartzylinder (57 τ 65) mit einer ader mehreren Druckkammern (63a, b» c) des unteren, mit sphärischer Lagerfläche ausgebildeten hydrostatischen Lagers (52, 5*0 in. Verbindung steht.
6. 6. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das untere hydrostatische Lager (12, 14) mit einer ringförmigen Druckkammer (23) ausgebildet ist, während das obere hydrostatische Lager (13, 15) wenigstens zwei voneinander getrennte und durch einzelne Kanäle (29a, b, c) mit Druckflüssigkeit versorgte Druckkammern aufweist.
7. 7. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das obere, ebene hydrostatische Lager (53, 55) mit einer ringförmigen Druckkammer (64) ausgebildet ist, während das untere, sphärische hydrostatische Lager wenigstens zwei getrennte, über einzelne Kanäle (69a, b, c) mit Druckflüssigkeit versorgte Druckkammern (63a, b, c) aufweist.
8. 8. Lagerung nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kolbenf lache des Kraft Zylinders (17, 25 bzw. 57, 65) iJQ wesentlichen gleich der auf eine senkrecht zur Lastrichtung liegende Ebene projezierten wirksamen Lagerfläche desjenigen hydrostatischen Lagers (13, 15 bzw. 52, 54) ist, mit dessen Druckkammern der Kraft zylinder in Verbindung steht, wobei die wirksame Lagerfläche durch die die Spalte, welche mit einer bestimmten Breite die Druckkammern des hydrostatischen Lagers (13, 15 bzw. 52 umgeben, halbierenden Mittellinien bestimmt ist·

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