DE2744697C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterstützungbock für ein Lager einer umlaufenden Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Unterstützungsböcke wurden bisher, insbesondere wenn es sich um Lagerböcke von Gebläsen handelt, so starr wie möglich ausgeführt und zwar normalerweise in Blech­ konstruktion. Dabei sind die Auflageplatten sowohl für das Loslager als auch für das Festlager so fest wie möglich an das Fundament bzw. bei auf Schwingungsdämpfern angeord­ neten Maschinen an den gemeinsamen Rahmen angelenkt. In allen Achsen und Ebenen sollen auch bei größeren Unwucht­ kräften nur möglichst kleine Relativbewegungen der Auflage­ platten gegenüber dem Fundament bzw. dem Rahmen auftreten.

Axialkräfte in Richtung der Welle sollen nur das Festlager belasten. Wärmedehnungen der Welle werden im Loslager ohne nennenswerte Kraftwirkungen aufgenommen. Dies würde jedoch voraussetzen, daß das Loslager entweder ein Gleitlager ohne Axialbegrenzung oder ein Zylinderrollenlager bzw. Nadel­ lager ohne Borde ist. Üblicherweise werden jedoch Pendel­ rollenlager eingesetzt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß das Loslagersystem bei Wärmedehnung der Welle in seinem Gehäuse verschoben wird.

Je nach dem Verhältnis von Radialbelastung zu Axiallast tragen bei einem Pendelrollenlager beide Rollenreihen ver­ schiedene Lastanteile, wobei die unteren Rollen in jedem Fall am höchsten belastet sind.

Soll sich das Loslagersystem innerhalb des Gehäuses axial verschieben, so muß die Reibungskraft zwischen Außenring und Gehäuse überwunden werden. Ein Verschieben setzt also eine Axialkraft voraus, die mindestens gleich der rech­ nerischen Reibungskraft ist. Je nach dem Reibwert zwischen Außenring und Gehäuse sowie dem Grad der Verkantung infolge nicht axialsymmetrischer Kraftverteilung von Reibkraft und Axiallast muß mit Axialbelastungen beim Verschieben des Loslagers gerechnet werden, die bis auf ganzzahlige Viel­ fache der Radialbelastung ansteigen können.

Eine vorherige Berechnung der Verschiebekraft ist nicht mög­ lich. Bei Gebläsen mit wechselnden Wellentemperaturen muß man davon ausgehen, daß Los- und Festlager ständig mit Axialbelastungen unbekannter Größe laufen, weil nach beendetem Verschieben des Loslageraußenringes sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Verschiebekraft einerseits und elastischen Kräften des Lagers und der Unterkonstruk­ tion andererseits einstellen wird.

Schwingungstechnisch gesehen koppeln die Lager den Läufer an die Unterstützungböcke und damit auch an den Rahmen bzw. an das Fundament. Bei Pendelrollenlagern hängt der Grad der Kopplung weitgehend vom jeweiligen Verhältnis von Axiallast zu Radialbelastung ab. Er reicht von relativ loser Kopplung bei reinem axial nicht belasteten Loslager bis zu relativ starrer Kopplung beim axial überbelasteten Lager, bei dem alle Rollen einer Reihe in Eingriff sind. Hierdurch ergeben sich für das Gesamtsystem Läufer-Unter­ stützungböcke-Fundament verschiedene mögliche, nicht im voraus mit hinreichender Genauigkeit zu berechnende Resonanz­ frequenzen, die von der jeweiligen Axiallast und damit auch von der Wellentemperatur abhängen.

Ein gattungsgemäßer Unterstützungbock ist aus der DE-OS 20 45 675 bekannt. Bei diesem Unterstützungsbock stützt sich der untere Lagergehäuseteil auf einer Einzelfelder ab, die durch eine Pendelstütze gegeben ist. Die Pendelstütze ist federelastisch in Richtung einer vertikalen Achsebene und auslenkbar um eine horizontale Drehachse. Das bedeutet, daß die Pendelstütze ein Kippen des Lagers zuläßt, was dadurch unterstützt wird, daß das Lagergehäuse mit kugelförmigen Auflageflächen versehen ist. Das Lager selbst ist ein Gleitlager.

Das Lagergehäuse der aus der US-PS 37 46 409 bekannten Lagerung ist auf vier in einer Ebene angeordneten Feder­ stäben abgestützt, die das Lager gegen eine Drehbewegung und eine Bewegung in radialer Richtung sichern, jedoch eine Taumelbewegung um eine vertikale und eine horizontale Achse ermöglichen. Zur statischen Ausrichtung des Lager­ gehäuses dienen mehrere Einzelfedern, die konzentrisch zur Drehachse der das Lagergehäuse durchdringenden Welle ange­ ordnet sind. Diese Federn sollen die Taumelbewegung des Lagergehäuses in vorbestimmten Grenzen halten. Dazu ist es notwendig, daß die Federn in keiner Richtung starr sein dürfen.

Das DE-GM 76 22 618 zeigt eine Welle, deren Lager jeweils an einer zugfesten, biegeelastischen Membran aufgehängt sind. Durch diese Aufhängung können die Lager schwenken. Die Lager werden aber, da je Lager nur eine einzige Membran vorgesehen ist, nicht parallel geführt.

Das in der FR-PS 13 21 391 beschriebene Lager enthält zwei Hälften, die zueinander verspannt werden, um eine Schräg­ stellung der Hälften zu erreichen. Das Lager bleibt dabei ein Festlager.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine beson­ dere Ausbildung des gattungsgemäßen Unterstützungsbockes für das Loslager die im Lager auftretenden Kräfte besser rechnerisch erfassen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Unterstützungs­ bock erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dieser Unterstützungsbock wird für Lager mit Loslagereigen­ schaften eingesetzt, während der das Festlager tragende Unterstützungsbock wie bisher starr ausgebildet ist. Das Lagersystem selbst wird als Festlager in das Gehäuse eingesetzt. Die Loslagereigenschaft wird allein von dem Parallel-Blattfederpaar (Dubbel, Taschenbuch für den Maschi­ nenbau, 13. Auflage, Springer-Verlag 1970, 1. Band, Seite 426) gelie­ fert, das für die Parallelführung der das Lager tragenden Auflageplatte sorgt und das durch die Stützen des Unter­ stützungsbockes gebildet sein kann. Dabei ist die Axialkraft in Abhängigkeit von dem Verschiebeweg berechenbar. Auf diese Weise lassen sich alle im Loslager auftretenden Kräfte, Spannungen und Verformungen gut rechnerisch erfassen und damit sicher beherrschen. Darüber hinaus ist eine preis­ günstige Fertigung und einfache Montage zu erzielen. Da keine unbekannten oder unerwünschten Axialkräfte infolge Längendehnung der Welle auftreten, wird die Lebensdauer der Lager nicht durch solche Kräfte reduziert. Schließlich braucht das Loslagersystem nicht in das Gehäus eingepaßt zu werden, da es nicht mehr zu schieben braucht.

In Ausgestaltung der Erfindung läßt sich mit einem Unter­ stützungsbock gemäß den Ansprüchen 2 und 3 eine gewünschte Axiallast bei voller Ausdehnung der Welle unter Betriebs­ temperatur einstellen. Falls es erwünscht ist, kann das eigentliche Festlager entlastet werden, indem über die Federkraft des Unterstützungsbockes eine künstliche Axial­ kraft erzeugt wird, die das "Loslager" zum Mittragen der vom Läufer kommenden Axialkraft bringt. Dadurch können genau bestimmbare Zusatz-Axialkräfte über das "Loslager" auf den Läufer gegeben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Unterstützungsbock gemäß der Erfindung in Vorderansicht und

Fig. 2 die dazugehörende Seitenansicht.

Der Unterstützungsbock 1 besteht aus zwei schrägge­ stellten Stützen 2 und 3, die durch eine untere und eine obere Querverbindung 4 und 5 miteinander verbunden sind. Er ruht auf dem Fundament 6. Die Schwerachsen der Stützen 2 und 3 schneiden sich in der Wellenachse, um Momentbelastun­ gen der Stützen 2, 3 zu vermeiden. Um die Wellenachse ro­ tierende Unwuchtkräfte können in diesem Fall nur reine Zug- bzw. Drucklasten in den Stützen 2, 3 hervorrufen.

Der Unterstützungsbock 1 trägt eine Auflageplatte 7, die als Lager 8 ein Pendelwälzlager, im vorliegenden Fall ein Pendelrollenlager, aufnimmt, in dem sich die Welle 9 eines Gebläses dreht.

Der Unterstützungsbock 1 ist als Parallel-Blattfederpaar konstruiert und weist in Wellenrichtung (Richtung X-X) eine große Weichheit bei ausreichender Starrheit in der Ebene senkrecht zur Wellenrichtung (Ebene Y-Z) auf. Die Feder­ wirkung des Unterstützungsbockes 1 setzt keineswegs die Verwendung von Federstahl für die Stützen 2 und 3 voraus. Jeder beliebige Werkstoff kann als Feder eingesetzt werden, wenn die Spannung im elastischen Bereich bleibt. Die Gestalts­ änderung, die der Unterstützungsbock 1 durch elastische Ver­ formung annehmen kann, ist in Fig. 2 durch die strichpunk­ tierten Linien angedeutet. Die Auflageplatte 7 verschiebt sich dabei in X-Richtung (Wellenrichtung) bei gleichzeiti­ ger vernachlässigbar kleiner Verschiebung in Z -Richtung. Dabei läßt sich die Höhe der Axialkraft in Abhängigkeit vom Verschiebeweg f berechnen. Das Lager 8 selbst ist als Festlager ausgebildet, da die Loslagereigenschaft in der vorgeschriebenen Weise durch den federnden Unterstützungs­ bock 1 geliefert wird.

Der Unterstützungsbock 1 kann schon bei der Montage eine Vorspannung in X-Richtung erhalten. Anstelle einer Vor­ spannung kann auch eine außen abgestützte Zusatzfeder 10 gegen den Unterstützungsbock 1 wirken.

Claims (3)

1. Unterstützungsbock für ein Lager einer umlaufenden Welle, das über eine Auflageplatte auf einer Feder befestigt ist, die in Wellenrichtung weich und in der zur Wellenachse normalen Ebene weitgehend starr ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (8) als Pendelwälzlager ausgebildet ist und daß die Feder aus einem Parallel-Blattfederpaar besteht, durch das die Auflageplatte (7) mit ihrer Hauptebene parallel zu der durch die Achse der Welle (9) verlaufenden horizontalen Ebene ausgerichtet ge­ führt ist.

2. Unterstützungbock nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Parallel-Blatt­ federpaar in Wellenachsrichtung vorgespannt ist.

3. Unterstützungbock nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Wellenachsrichtung nahe der Auflageplatte (7) gegen den Unterstützungs­ bock (1) eine außerhalb des Unterstützungbockes abgestützte Zusatzfeder (10) gedrückt ist.