DE2109403B2 - Einrichtung zum verteilen einer von einer welle aufgebrachten last auf zwei in axialem abstand voneinander angeordnete axiallager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgebrachten

ίο Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Axiallager, von denen wenigstens eines eine sphärische Lagerfiäche aufweist.

Auf bestimmten technischen Gebieten zeigt die Entwicklung die Tendenz zu immer größeren und

schwereren rotierenden Einheiten. Als Beispiel seien hier nur solche Lufterhitzer für Dampfkesselanlagen erwähnt, die einen um eine senkrechte Achse rotierenden Läufer aufweisen. Das Gewicht dieses Läufers ist bereits heute beträchtlich; 500 Tonnen sind keineswegs ungewöhnlich. Um die Kapazität der Lufterhitzer zu vergrößern, wird angetrebt, die Läufer weiter zu vergrößern. Dabei kann man auf das doppelte Gewicht der bis heute größten Einheiten kommen.

Bei dieser Entwicklung bereiten die Lager des Läufers Schwierigkeiten. 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 nicht mehr vertretbar.

Eine Möglichkeit, die Lagergröße klein zu haken.

besteht darin, die Last auf zwei o\li^r mehrere kleine Lager aufzuteilen. So ist es z.B. bekannt, die von einer Welle aufgebrachte Last über einen hydraulischen Servomechanismus mit Ringkolben auf zwei Wälzlager zu verteilen. Eine solche Einrichtung er-

fordert neben einer Einrichtung zur Druckmittelzufuhr zum Servomechanismus für jedes Lager einen Ringkolben oder bei einem beiden Lagern gemeinsamen Ringkolben besondere Maßnahmen zur Abstützung der Lager gegen den Kolben. Sie ist deshalb ziemlich aufwendig im Aufbau.

Der Erfindung liegt die bekannte Aufgabe zugrunde, eine von einer Welle aufgebrachte Axiallast auf zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Lager zu verteilen.

so Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß abweichend vom Bekannten dadurch gelöst, daß die beiden Axiallager als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern in der Lager- oder Stützfläche ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers über einen mit dem hydrostatischen Druck des anderen Lagers beaufschlagten Kraftzylinder mit Kolbe.: erfolgt.

Eine so ausgebildete Einrichtung ist deshalb vorteilhaft, weil von den beiden Lagern nur eines über einen Kolben abzustützen ist und das bei hydrostatischen Lagern an sich erforderliche Druckmittel gleichzeitig die gleichmäßige Verteilung der Last auf beide Lager bewirkt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Axialagerung mit zwei sphärischen Einzellagern und einer Einrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine entsprechende Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem sphärischen und einem ebenen Axiallager,

F i g. 3 und 4 schematische Darstellungen der hydraulischen Schaltung für die beiden Ausführungen nach F i g. 1 bzw ""

Die in Fig. I '<■ rgestellte Lagerung ist dazu bestimmt, eine senkrechte Welle 10 eines schweren, nicht gezeigten Rotors zu tragen. Die axiale Abstützung der Welle 10 erfolgt an einem Gehäuse 11 über zwei feste Stützscheiben 12 und 13. Drehfest mit der Welle verbunden sind zwei Lagerscheiben 14 und 15, zwischen denen die Lastaufnahme über ein Zwischenteil 16, in welchem ein Ringzylinder 17 ausgebildet ist, erfolgt. Die Lagerscheibe 14 ist zur Welle axial verschiebbar.

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 Montage urd Demontage der Bestandteile des Lagers gestattet.

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

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

Die der Lagerfläche gegenüberliegende Seite der Lagerscheibe 14 ist als Ringkolben 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 29, die in F i g. 3 mit 29 a, b und c bezeichnet sind. In der oberen Lagerscheibe 15 ist ein Kanal 30 ausgebildet, der Anschluß hat an einen Kanal 31 im Zwischenteil 16. Über diese beiden Kanäle besteht eine Verbindung zwischen den oberen Drucktaschen 24 und dem Zylindern.

Die hydraulische Schaltung der Ausführungsform nach F i g. 1 ist in F i g. 3 dargestellt, woraus auch die Anordnung der Drucktaschen im oberen und unteren hydrostatischen Lager ersichtlich ist.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist in der unteren Stützfläche eine einzige ringförmige Druckkammer 23 ausgebildet. Tn der oberen Stützfläche sind dagegen drei bogenförmige Drucktaschen 24 a, b, c vorgesehen, die sich bis auf die Druckkammern trennende Zwischenstege, die mit ihrer Oberfläche einen Teil der Stützfläche bilden, zum Ring ergänzen. Jede der Druckkammern 23 und 24 a, b, c wird mit Druckmittel über die Kanäle 28 bzw. 29 a, b, c von einer eigenen, ieweils von einem Motor M angetriebenen Pumpe 32 bzw. 33, 34, 35 versorgt. Es könnte auch eine gemeinsame Pumpe Verwendung finden, nur müßte dann durch Steuerungsmittel, wie z.B. Drosseln oder Ventile, Vorkehrung getroffen sein, daß Druckschwankungen in der einen Druckkammer sich nicht über 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

ίο Druckkammern 24 a, b, 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 soil hier diejenige R.ingfläche verstanden werden, die begrenzt wird

durch die kreisförmigen Mittellinien der radial außer- und innerhalb der Druckkammern liegenden Lagerflächf iteile.

Der innere und äußere Durchmesser des Ringkolbens 25 wird dann so bestimmt, daß die Kolbenfläche der auf eine horizontale Ebene projizierten wirksamen Lagerfläche des oberen h>drostatischen Lagers 13, 15 entspricht. Bei dieser Bemessung übernahmen 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 ist.

Die gleichmäßige Lastverteilung auf die beiden Lager bedeutet, daß sich die Spaltweite zwischen zusammenwirkenden Lager- und Stützflächen, die bestimme.id ist für den Ausfluß der Druckflüssigkeit aus den Drucktaschen, gerade so einstellt, daß jeweils das Produkt aus dem Druck in den Druckkammern und der wirksamen Lagerfläche bei beiden hydrostatischen Lagern gleich ist.

Der Druck in den drei Kammern 24 a, 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 mit der Welle 10 umlaufen, werden sie fortlaufend nacheinander mit den Drükken in den drei Druckkammern beauflagt. Wegen des Strömungswiderstandes in den Kanälen 30, 31 teilt sich dem Zylinder J7 ein mittlerer DrucV mit. Der Druchfluß 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 vorliegt, ruht die gesamte Last auf der oberen Stützscheibe 13. Sobald die Pumpen anfangen zu arbeiten, werden die Druckkammern 24 a, 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 Läget 12, 14 an der Lastaufnähme beteiligt.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach F i g. 1 darin, daß das obere hydrostatische Lager eine ebene Tragfläche

aufweist. Die senkrechte Welle ist bei dieser Ausführung mit 50, die untere Tragscheibe mit 54 und die obere Tragscheibe mit 55 bezeichnet. Letztere übernimmt auch die Funktion der Befestigungsscheibe 18 nach F i g. 1 und ist mit der Welle 50 über Sicherungsmittel 59 verbunden. Die an einem unteren stützenden Teil 52 ausgebildete Stützfläche hat eine der Lagerscheiben 54 entsprechende sphärische Gestalt.

Bei dem letzteren Ausführungsbeispiel ist die obere Stützfläche, die mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkt, an einer axial beweglichen Stützscheibe 53 ausgebildet, welche auf ihrer gegenüberliegenden Seite die Form eines Ringkolbens 65 hat. Dieser wirkt mit einem in einem festen Gehäuseteil ausgebildeten Zylinder 57 zusammen.

Das zu der Ausführung nach F i g. 2 gehörende hydraulische System ist in F i g. 4 dargestellt. Danach ist in der mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkenden Stützfläche der Stützscheibe 53 eine ringförmige Druckkammer 64 vorgesehen. Das untere hydrostatische Lager 52, 54 hr.t drei Druckkammern 63 a, b, c, die über Kanäle 69 a, b, c durch einzelne jeweils von einem Motor M angetriebene Pumpen 73, 74, 75 mit Druckflüssigkeit versorgt werden. Der Kanal 69 c und die Druckkammer 63 c sind außerdem über einen Kanal 70 im Gehäuse mit dem Zylinder 57 verbunden. Von diesem führt ein weiterer Kanal 71 zu der ringförmigen Druckkammer 64 des oberen hydrostatischen Lagers. Eine Drosselstelle 72 im Kanal

ίο 71 erzeugt einen geringfügigen Druckunterschied zwischen dem Zylinder 57 und der Druckkammer 64, wodurch erreicht wird, daß sich der Ringkolben 65 hebt, sobald die Pumpe zu arbeiten beginnt.

Eine Lagerung gemäß F i g. 2 eignet sich für solche Anwendungsfälle, bei denen zu erwarten ist, daß die Richtung der Last nur verhältnismäßig wenig von der genau senkrechten Richtung abweicht. Eine pendelnde Einstellbewegung ist nur in dem Maße möglich, wie sich der Ringkolben 65 im Zylinder 57 seitlieh bewegen kann, welche Bewegung wiederum vom Spalt zwischen Kolben und Zylinder abhängt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgebrachten Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Axiallager, von denen wenigstens eines eine sphärische Lagerfiäche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Axiallager (12, 14 und 13, 15 bzw. 52, 54 und 53, 55) als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern (23, 24 a, b, c bzw. 63 a, b, c, 64) in der Lager- oder Stützfläche ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers (12, 14 bzw. 53, 55) über einen mit dem hydrostatischen Druck des anderen Lager (13, 15 bzw. 52, 54) beaufschlagten Kraftzv linder mit Kolben (17, 25 bzw. 57, 65) erfolgt.'

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzylinder (17, 25 bzw. 57, 65) ein die Welle (10 bzw. 50) umgebender Ringzylinder ist, in den ein zur Welle axial beweglicher Lagerteil (Lagerscheibe 14 bzw. Stützscheibe 53) mit seiner der Lager- bzw. Stützfläche abgekehrten Seite als Ringkolben (25 bzw. 65) eingreift.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d&3 die .tütz- und Lagerflächen der beiden hydrostatischen Lager (12, 14 und 13, 15) kugelkalottenförmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt (22) auf der Mittelachse der Welle (10) ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum des dem einen hydrostatischen Lager zugeordneten Kraftzylinders (17, 25) mit einer oder mehreren Druckkammern (24 α, b, c) des anderen hydrostatischen Lagers (13,15) in Verbindung steht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (53, 55) mit dem axial zur Welle beweglichen Lagerteil (Stützscheibe 53) eine ebene Lagerfläche hat und der Kraftzylinder (57, 65) mit einer oder mehreren Druckkammern (63 a, b, c) des mit der sphärischen Lagerfläche versehenen hydrostatischen Lagers (52, 54) in Verbindung steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (12, 14 bzw. 53, 55) mit dem axial zur Welle beweglichen Lagerteil eine ringförmige Druckkammer (23 bzw. 64), das andere (13, 15 bzw. 52, 54) dagegen wenigstens zwei voneinander getrennte und durch einzelne Kanäle (29 a, b, c bzw. 69 a, b, c) mit Druckflüssigkeit versorgte Druckkammern (24 a, b, c bzw. 63 a, b, c) aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kolbenfläche des Ringkolbens (25 bzw. 65) im wesentlichen gleich der auf eine senkrecht zur Lastrichtung liegende Ebene projizierten wirksamen Lagerfläche desjenigen hydrostatischen Lagers (13, 15 bzw. 52, 54) ist. mit dessen Druckkammern der Kraftzylinder in Verbindung steht, wobei als wirksame Lagerfiäche d;e Ringfläche zu verstehen ist, die zwischen den kreisförmigen Mittellinien der radial außer- und innerhalb dieser liegenden Lagerflächenteile liegt.