DE2237991A1

DE2237991A1 - Axialdrucklager in tandemanordnung

Info

Publication number: DE2237991A1
Application number: DE2237991A
Authority: DE
Inventors: Albert F Lebreton
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-08-03
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1973-02-15
Also published as: US3734581A; IT963357B; JPS521451B1

Description

Westinghouse 28. Juli 1972

Electric Corporation
Pittsburgh

Mein Zeichen: VPA 71/8393 D/Win

Axialdrucklaffer in Tandemanordnung

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 168 635 vom 3. August 1971 beansprucht.

Um an rotierenden Wellen auftretende große Axialbelastungen aufnehmen zu können, sieht man entweder Axialdrucklager großen Durchmessers oder Tandemanordnungen von mehreren Axialdrucklagern kleineren Durchmessers vor, die an der rotierenden Welle in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet sind. Letztere haben den Vorteil, daß sie weniger Reibungsverluste aufweisen als ein einziges Axialdrucklager mit einem der Tragfähigkeit entsprechendem größeren Durchmesser, weil die Reibungsverluste bei Axialdrucklagern mit der fünften Potenz des Durchmessers ansteigen. Dieser Vorteil wird aber nur wirksam, wenn die Axialbelastung auch gleichmäßig auf die zusammenwirkenden Axialdrucklager aufgeteilt wird, was durch die nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen nicht ohne besondere zusätzliche konstruktive Mittel erreicht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige, gleichmäßige Lastverteilung auf die in Tandemanordnung angeordneten Axialdrucklager einer rotierenden Welle zu erreichen, die unabhängig von der Angriffsrichtung der Axialbelastung wirksam wird. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Axialdrucklager in Tandemanordnung, bestehend aus mindestens zwei in axialer Richtung an der rotierenden Welle hintereinander angeordneten, insbesondere zweiseitig wirksamen Spurringen, denen jeweils in einem Lagergehäuse einstellbar angeordnete Tragelemente gegenüberstehen. Gemäß der Erfindung sind die Lagergehäuse

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in einer Tragkonstruktion in axialer Richtung verschiebbar gelagert und sie sind untereinander auf beiden Seiten der Welle durch Gelenkhebel verbunden, die jeweils an einer drehbar gelagerten, senkrecht zur rotierenden Welle liegenden, und in axialer Richtung gegenüber der Tragkonstruktion nicht verschiebbaren Welle exzentrisch angelenkt sind.

Wirkt nun eine Axialkraft auf die rotierende Welle ein und hat eine Verlagerung des mit der Welle verbundenen Spurringes sowie ein entsprechendes Ansteigen des Druckes im Ölfilm zu den in Kraftrichtung gegenüberliegenden Laufflächen der Tragelemente zur Folge, so können die gegenüberstehenden Trageleeente zusammen mit dem Lagergehäuse ausweichen, da dieses in axialer Richtung beweglich gelagert ist. Diese Ausweichbewegung bewirkt aber durch die Gelenkhebel eine Drehung der drehbar gelagerten, aber in axialer Richtung festgelegten, senkrecht zur rotierenden Welle stehenden Welle und somit eine entsprechende entgegengesetzte Bewegung des mit dem anderen Lagergehäuse verbundenen Gelenkhebels, gegeben durch die exzentrische Anlenkung der Gelenkhebel an der drehbar gelagerten Welle. Das andere Lagergehäuse wird dadurch gegen die Kraftrichtung bewegt, so daß sich der Abstand zwischen der in Kraftrichtung liegenden Lauffläche des Spurringos und den mit ihr zusammenwirkenden Tragelementen verringert, was wiederum ein Ansteigen des Druckes im Ölfilm und u. U. ein Ausweichen dieses anderen Lagergehäuses in die andere Richtung zur Folge hat. Auf diese Weise pendelt sich automatisch ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die Belastung auf die in Tandemanordnung liegenden Axialdrucklager gleichmäßig verteilt ist.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des gemäß der Erfindung ausgebildeten Axialdrucklagers, Fig. 2 einen Horizontalschnitt

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entlang der Linie II-II sowie Fig. 3 einen Vertikalschnitt entlang der Linie III-III jeweils in Fig. 1.

Um die an der rotierenden Welle 1 auftretenden Axialbelastungen aufnehmen zu können, ist ein gemäß der Erfindung ausgebildetes zweiseitig wirksames Axialdrucklager 2 in Tandemanordnung vorgesehen, das in einer Tragkonstruktion 3 liegt.

Die rotierende Welle 1 ist mit zwei zweiseitig wirksamen Spurringen 4 und 5 versehen, deren senkrecht zur Längsachse der Welle 1 liegenden beiden Laufflächen jeweils die Laufflächen von Tragelementen 6, 7» 8, 9 gegenüberstehen, die in den Lagergehäusen 10 bzw. 11 gelagert sind. Die Tragelemente 6, 7, 8, 9 sind in bekannter Weise so ausgebildet, daß sich an ihren Laufflächen bei der Rotation der Welle 1 ein tragender, keilförmiger Ölfilm ausbildet. Sie können z.B. aus kippbar gelagerten Tragsegmenten bestehen, deren Laufflächen in vorteilhafter Weise mit Lagermetall oder anderen geeigneten Werkstoffen ausgekleidet sind.

Zur Lagerung der Lagergehäuse 10 und 11 in der Tragkonstruktion 3 dienen in axialer Richtung verlaufende Nuten 12, 13, in denen die Paßfeder 14 liegt. Diese Paßfeder 14 verhindert · eine Drehung der Lagergehäuse 10 und 11, erlaubt aber gleichzeitig eine Bewegung in axialer Richtung, wobei die Nuten und 13 mit Vorteil mit einem Werkstoff geringer Reibungskoeffizienten ausgelegt sein können, damit einer Bewegung der Lagergehäuse 10 und 11 in axialer Richtung ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird.

Damit bei auftretenden Axialbelastungen an der rotierenden Welle 1 eine gleichmäßige Belastung des Axialdrucklagers 2 in Tandemanordnung erreicht wird, sind die beiden Lagergehäuse 10 und 11 auf beiden Seiten der rotierenden Welle 1 miteinander verbunden. Dazu dienen Gelenkhebel 15, die jeweils

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mit ihrem einen Gelenk an einem Zapfen 16 am Lagergehäuse und Gelenkhebel 17» die Jeweils mit ihrem einen Gelenk an einem Zapfen 18 am Lagergehäuse 11 drehbar gelagert sind. Beide Gelenkhebel 15 und 17 sind mit ihrem anderen Gelenk an einer Welle 19 exzentrisch angelenkt. Diese Welle 19 liegt senkrecht zur rotierenden Welle 1 und ist in einer Tragkonstruktion 20 drehbar gelagert, die fet an der Tragkonstruktion 3 verankert ist, so daß sie insbesondere gegenüber dieser keine Bewegungen in axialer Richtung ausführen kann. Die drehbar gelagerte Welle 19 ist also in axialer Richtung gegenüber der Tragkonstruktion 3 festgelegt, während die über sie und die Gelenkhebel 15 und 17 miteinander verbundenen Lagergehäuse 10 und 11 sich gegenüber der Tragkonstruktion 3 in axialer Richtung verschieben können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen zur exzentrischen Anlenkung der Gelenkhebel 15 und 17 an der Welle 19 die auf dieser befestigten Exzenterscheiben 21, deren Exzentrizität zueinander jeweils um 180° versetzt ausgerichtet ist. Dadurch wird bei kleinster Drehung der Welle 19 die größte axiale Verlagerung der Lagergehäuse 10 und 11 erzielt.

Das beschriebene Axialdrucklager 2 in Tandemanordnung mit den untereinander über die Gelenkhebel 15 und 17 und der drehbar gelagerten Welle 19 verbundenen Lagergehäusen 10 und 11 wirkt folgendermaßen:

Eine nach links (Fig. 2) gerichtete Axialbelastung auf die rotierende Welle 1 bewirkt, daß sich die Tragköpfe 4 und 5 in Kraftrichtung, d.h. nach links bewegen und ihre linken Laufflächen sich den Laufflächen der Tragelemente 6 bzw. 8 annähern. Da zwischen den Laufflächen der Spurringe 4 und und der Tragelemente jeweils ein Ölfilm vorhanden ist, wächst der Druck in diesem Ölfilm an, wenn sich der Luftspalt zwischen den Laufflächen verringert. Da infolge der nicht zu vermeidenden Fertigung^toi orangen die ursprünglichen Abstände zwischen den ,jeweils in Kraf!richtung iiusamiiiriiwjrkenden Laufflächen

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der Spurringe und Tragelemente nicht genau gleich sind, steigt der Druck in einem der beiden Lager schneller an* z»B, zwischen der linken Lauffläche des Spurringes 4 und der Lauffläche der Tragelemente 6, und veranlaßt das Lagergehäuse 10, welches in axialer Richtung verschiebbar ist, zu einer Ausweichbewegung in Kraftrichtung. Diese Bewegung des Lagergehäuses hat eine entsprechende Verlagerung der Gelenkhebel 15 zur Folge, die, da ihre Länge unveränderbar ist, eine Drehung der Welle 19 entgegen dem Uhrhebersinn veranlaßt. Diese Drehung der Welle 19 führt wiederum dazu, daß die an der Welle 19 exzentrisch angelagerten Gelenkhebel 17 in die entgegengesetzte Richtung gedruckt werden, nämlich nach rechts, wodurch sich der· Luftspalt zwischen der linken Lauffläche des Spurringes 5 und der Lauffläche der Tragelemente 8 verringert und der Druck in dem dazwischenliegenden Ölfilm anwächst und somit die Ausweichbewegung stoppt. Es entsteht dadurch eine automatische gleichmäßige Aufteilung der Axialbelastung auf die beiden Spurringe 4 und 5 des Axialdrucklagers 2 in Tandemanordnung. Dieser Ausgleichsvorgang ist unabhängig von der Angriff srichtung der Axialbelastung, so daß ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Axialdrucklager in Tandemanordnung mit besonderem Vorteil bei Maschinenwellen eingesetzt werden kann, an denen sich während des Betriebes die Kraftrichtungen der Axialbelastungen umkehren.

Es empfiehlt sich, die Abstände zwischen der Mitte der rotierenden Welle 1 und den auf beiden Seiten der Welle befindlichen Gelenkhebel 15 bzw. 17 gleich zu wählen, damit die auftretenden Kräfte ausgeglichen und ein Verkanten der Anordnung vermieden wird, welches evt. die axiale Bewegung der Lagergehäuse 10' und 11 behindern könnte.

3 Ansprüche
3 Figuren

Claims

VPA 71/8393 - 6 - Patentansprüche

1. Axialdrucklager in Tandemanordnung, bestehend aus mindestens zwei in axialer Richtung an der rotierenden Welle hintereinanderliegend angeordneten, insbesondere zweiseitig wirksamen Spurringen, denen jeweils in einem Lagergehäuse einstellbar angeordnete Tragelemente gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergehäuse (10,11) in einer Tragkonstruktion (3) in axialer Richtung verschiebbar gelagert sind und daß sie untereinander auf beiden Seiten der Welle (1) durch Gelenkhebel (15,17) verbunden sind, die jeweils an einer drehbar gelagerten, senkrecht zur rotierenden Welle (1) liegenden und in axialer Richtung gegenüber der Tragkonstruktion (3) nicht verschiebbaren Welle (19) exzentrisch angelenkt sind.

2. Axialdrucklager in Tandemanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkhebel 05»17) an der drehbar gelagerten Welle (15) jeweils um 180° versetzt exzentrisch angelenkt sind.

3. Axialdrucklager in Tandemanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkhebel (15,17) auf beiden Seiten der rotierenden Welle (1) jeweils den gleichen Abstand zur Wellenmitte haben.

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