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Kombiniertes hydrostatisch-hydrodynamisches
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Gleitlager Die Erfindung betrifft ein kombiniertes hydrostatisch-hydrodynamisches
Gleitlager, insbesondere für große Trommeln, mit wenigstens einem Lagersegment,
das hydrodynamisch und hydrostatisch betriebene Lagerzonen enthält.
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Es gibt sowohl hydrostatische als auch hydrodynamische Gleitlager;
beide Lagertypen haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile.
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Bei einem hydrodynamischen Lager wird das Schmieröl der Lagerzone
drucklos oder doch weitgehend drucklos zugeführt, wobei sich der zum Tragen eines
entsprechenden Maschinenteiles erforderliche öldruck im Lager selbst durch die Geometrie
der Lager zone und des drehenden Maschinenteiles einstellt. Bei einem hydrostatischen
Gleitlager muß das Schmieröl dagegen unter Druck zugeführt werden. Für unerwartete
Betriebsstörungen (z.B. Stromausfall oder dgl.) müssen sowohl hydrostatische als
auch hydrodynamische Gleitlager zumindest ein Auslaufen oder Auspendeln der zu lagernden
Maschinen bzw.
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Maschinenteile gestatten. Bei einem hydrodynamischen Gleitlager läßt
sich dies auf ganz einfache Weise beispielsweise dadurch erreichen, daß oberhalb
des Lagers ein ölbehälter mit einer Verbindungsleitung zur Lagerzone vorgesehen
ist, so daß bei einem Notausfall das
Auslaufen des einwandfrei
gelagerten Maschinenteiles gesichert ist. Demgegenüber müssen bei einem hydrostatisch
betriebenen Gleitlager aufwendige Notlaufeinrichtungen, wie z.B. Hydrodruckspeicher
usw. mit relativ komplizierten Überwachungs- und Verriegelungssystemen vorgesehen
werden.
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Ein großer Nachteil des hydrodynamischenGleitlagertyps ist dagegen
darin zu sehen, daß sich zwischen der Lagerzone bzw. Lagerfläche und dem zu lagernden,
drehenden Maschinenteil sich vielfach nur ein verhältnismäßig dünner ölfilm während
des Betriebes aufbauen kann; beim Anfahren und Abstellen einer Maschine liegt ferner
die Drehzahl des gelagerten Maschinenteiles zumindest teilweise unter einem bestimmten
Mindestwert, wodurch sich zwischen der Gleitlagerfläche und dem drehenden Maschinenteil
gar kein oder nur ein unzureichender tragender ölfilm aufbauen kann, so daß eine
unerwünscht große Reibung stattfindet. Diesem übel versucht man durch Anfahrhilfen
beispielsweise in Form von Hochdruck-Pumpen zu begegnen, wodurch jedoch der zuvor
geschilderte Vorteil dieser hydrodynamischen Gleitlager zumindest teilweise wieder
aufgehoben wird. Weitere Schwierigkeiten treten bei den hydrodynamischen Gleitlagern
vor allem auch dann auf, wenn besonders schwere Maschinen bzw.
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Maschinenteile, wie z.B. große Drehtrommeln, gelagert werden sollen
und der Lagerradius dabei relativ groß ist; besonders empfindlich sind diese
hydrodynamischen
Gleitlager auch gegenüber Verformungen des zu lagernden Maschinenteiles und der
Lager zone selbst sowie gegenüber großen Bearbeitungstoleranzen und rauhen Oberflächen.
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Demgegenüber besteht bei einem hydrostatischen Gleitlager die Möglichkeit,
die Höhe des ö1-spaltes zwischen Lagerfläche und zu lagerndem Maschinenteil durch
Veränderung der ölmenge von außen her zu beeinflussen. Durch entsprechende Ausbildung
der Lagerfläche des Gleitlagers sowie durch entsprechende Öl zufuhr kann die Ölspalthöhe
ein Vielfaches von dem eines vergleichbaren hydrodynamischen Gleitlagers betragen.
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Es ist außerdem bereits bekannt, hydrodynamisch betriebene Gleitlager
in ihren Lagerflächen so auszubilden, daß während des Anfahrens des gelagerten Maschinenteiles
eine hydrostatische Zusatzschmierung mit Hilfe eines hohen Öldruckes erfolgen kann;
während des Betriebes wird diese Zusatzschmierung dann wieder abgestellt, so daß
dieses Lager dann nur noch hydrodynamisch betrieben wird (vgl. LUEGER, Lexikon der
Technik, 1960, S.176, rechte Spalte).
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Gleitlager
der eingangs genannten Art zu schaffen, in dem die Vorteile eines hydrostatischen
Gleitlagers mit den Vorteilen eines hydrodynamischen Gleitlagers in der Weise
vereint
sind, daß bei großer Betriebssicherheit und ausgezeichneten Schmiereigenschaften
insbesondere auch einfache und zuverlässige Notlaufeinrichtungen vorhanden sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Umfangsrichtung
des Lagers wenigstens drei Lagerzonen derart vorgesehen sind, daß hydrodynamisch
und hydrostatisch betriebene Lagerzonen jeweils aufeinanderfolgen, wobei wenigstens
eine hydrostatisch betriebene Lagerzone durch einen in radialer Richtung des Lagersegments
anstellbaren Teil gebildet wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung insbesondere eines Lagersegments
dieses kombinierten Gleitlagers ist es zunächst einmal möglich, einen zu lagernden
Maschinenteil (insbesondere also eine große Drehtrommel bzw. deren Laufring) sowohl
während des Anfahrens als insbesondere auch während des Betriebes mit der günstigsten
Ölspalthöhe zwischen der Lagerfläche und diesem Maschinenteil zumindest überwiegend
hydrostatisch geschmiert drehen zu lassen, wobei die Spalthöhe in gewünschter Weise
von außen her beeinflußt werden kann, so daß der entsprechende Maschinenteil in
jedem Falle mit den günstigsten Reibungswerten laufen kann. Kommt es dann zu einem
Notausfall, beispielsweise zu einem Stromausfall, durch den auch die Schmieröl zufuhr
zu den hydrostatisch betriebenen Lagerzonen nicht mehr in der gewünschten Weise
aufrechterhalten werden
kann, dann steht wenigstens eine hydrodynamisch
betriebene Lager zone im zentralen Bereich des Lagersegments zumindest für ein Auslaufen
oder Auspendeln des gelagerten Maschinenteils zur Verfügung. Auf diese Weise ergibt
sich ein äußerst guter und zuverlässiger Notlaufbetrieb, der mit verhältnismäßig
geringen konstruktiven Mitteln erzielt werden kann.
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Die konstruktive Ausbildung des Lagersegments kann beim Vorhandensein
von drei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Lagerzonen dann generell so vorgenommen
werden, daß entweder eine hydrodynamisch betriebene Lagerzone im zentralen Bereich
des Lagersegments und zwei hydrostatisch betriebene Lagerzonen zu beiden Seiten
dieses zentralen Bereiches vorgesehen sind oder daß im zentralen Bereich des Lagersegments
eine hydrostatisch betriebene Lagerzone ausgebildet ist, zu deren beiden Seiten
(in Umfangsrichtung gesehen) je eine hydrodynamisch betriebene Lager zone ausgebildet
ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in jedem
Falle das Lagersegment eine die Lager zonen tragende zentrale Stütze aufweisen,
die mit ihrem der Trommel abgewandten unteren Teil auf einem festen Lagerfuß begrenzt
allseitig taumelbeweglich gelagert ist. Durch diese Maßnahme kann sich das Lagersegment
besonders gut an die Lage des zu lagernden Maschinenteiles, insbesondere des Laufringes
einer Drehtrommel,
anpassen, wobei auch Verformungen, die während
des Betriebes auftreten, ausgeglichen werden können.
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Wie bereits angedeutet, besteht eine Ausführungsform der Erfindung
darin, daß eine hydrodynamisch betriebene Lager zone durch den zentralen Bereich
des Lagersegments gebildet wird und zwei je eine hydrostatisch betriebene Lagerzone
bildende, anstellbare Teile zu beiden Seiten des zentralen Bereiches angeordnet
sind. In diesem Falle steht dann also bei einem Notausfall die hydrodynamisch betriebene
Lagerzone im zentralen Bereich des Lagersegments für ein Auslaufen oder Auspendeln
des gelagerten Maschinenteils zur Verfügung.
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Bei dieser Ausführungsform ist es dann weiterhin vorteilhaft, wenn
der die hydrodynamisch betriebene Lager zone bildende zentrale Bereich der als Lagerfläche
ausgeführt, der Drehtrommel zugewandte Teil der zentralen Stütze ist und wenn die
die hydrostatisch betriebenen Lager zonen enthaltenen anstellbaren Teile in Form
von Lagerflügeln ausgebildet sind, deren inneres Ende jeweils gelenkig an der zentralen
Stütze gehaltert ist, während sie im Bereich ihrer entgegengesetzten äußeren Enden
über je eine Stelleinrichtung von einem zugehörigen, auslegerartig auskragenden
Stützarm der zentralen Stütze abgestützt ist. Diese Ausbildung gestattet eine ausgezeichnete
Anpassung vor allem der beiden hydrostatisch betriebenen Lagerzonen an den zu lagernden
Maschinenteil durch einen entsprechenden radialen
Verstellweg.
Die Fertigung von solchen Gleitlagern und beispielsweise von Laufringen großer Drehtrommeln
gestattet relativ große Fertigungstoleranzen (wirtschaftlichere Fertigung gegenüber
bekannten Ausführungen). Diese erfindungsgemäße Ausführungsform gestattet während
der Montage eine ausreichend genaue Anstellung der hydrostatischen Lagerflügel an
die Geometrie des zu lagernden Maschinenteiles (also beispielsweise des erwähnten
Laufringes), so daß dann unter Einhaltung einer sicheren Ölspalthöhe zwischen Lagerflächen
und gelagertem Maschinenteil die den Lagerflächen zuzuführende ölmenge herabgesetzt
und auf diese Weise Pumpenenergie eingespart werden kann.
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Im wesentlichen die gleichen Vorteile können auch mit einer etwas
abgewandelten Ausführungsform erzielt werden, die darin besteht, daß die die hydrostatisch
betriebenen Lagerzonen enthaltenden einstellbaren Teile jeweils durch einen in radialer
Richtung des Lagersegments verschiebbaren Kolben einer hydraulisch beaufschlagbaren
Zylinder-Kolben-Einheit gebildet sind, die von einem zugeordneten, auslegerartig
auskragenden, festen Stützarm der zentralen Stütze gehaltert ist, wobei die gegen
den zu lagernden Drehtrommelteil gerichtete Stirnseite jedes Kolbens als hydrostatische
Lagerfläche ausgeführt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß eine hydrostatisch betriebene Lagerzone durch den Kolben einer im zentralen
Bereich des Lagersegments angeordneten Zylinder-Kolben-Einheit gebildet wird und
zu beiden Seiten dieser Zylinder-Kolben-Einheit zwei hydrodynamisch betriebene Lagerzonen
durch zwei auslegerartig auskragende Stützarme gebildet sind, die fest mit der zentralen
Stütze verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist es somit für den die einzige
hydrostatisch betriebene Lager zone bildenden anstellbaren Teil ein - hydraulisch
beaufschlagbarer - Kolben vorgesehen, der mit seiner ganzen Zylinder-Kolben-Einheit
dann so ausgerichtet ist, daß seine Achsrichtung und somit auch seine Hubrichtung
in radialer Richtung des Lagersegmcnts verläuft.
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Bei allen zuvor erläuterten Ausführungsformen können die Lager zonen
eines Lagersegments - in Umfangsrichtung gesehen - verhältnismäßig kurz bemessen
sein, was sich in einer günstigen Baugröße auswirkt.
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Generell-sei darauf hingewiesen, daß die Lagerflächen der hydrostatisch
betriebenen Lager zonen in üblicher Weise mit Schmieröl unter entsprechen-.
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dem Druck versorgt werden.
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Für die Erzielung der weiter oben erwähnten guten Notlauf-Eigenschaften
des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist jeder hydrodynamisch betriebenen Lager-
zone
erfindungsgemäß zumindest eine gesonderte Ölzuführung zugeordnet, wobei ferner diese
gesonderte öl zuführung mit einem ständig gefüllten, gegenüber der hydrodynamisch
betriebenen Lager zone erhöht angeordneten ölvorratsbehälter in Verbindung steht.
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Durch diese Ölzuführung kann jeder hydrodynamisch betriebenen Lager
zone nicht nur während eines Notausfalls, sondern auch während des übrigen Betriebs
Schmieröl zugeführt werden. Bei den Ausführungsformen, bei denen eine hydrodynamisch
betriebene Lager zone zwischen zwei seitlich dazu angeordneten hydrostatisch betriebenen
Lagerzonen angeordnet ist, erhält die hydrodynamische Lager zone außerdem während
des Betriebes noch das abfließende Schmieröl aus den beiden hydrostatisch betriebenen
Lagerzonen. Aus diesem Grunde ist es besonders zweckmäßig, wenn zwischen der zentralen
Stütze und den seitlich daran anschließenden, anstellbaren Teilen jeweils eine etwa
axial zum Lagersegment verlaufende Dichtung angeordnet ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen
sowie aus der folgenden Beschreibung einiger anhand der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele. Es zeigen Fig.1 eine (axiale) Stirnansicht eines Lagersegments
des erfindungsgemäßen Gleitlagers, mit einer zentralen hydrodynami-
schen
Lager zone und zwei seitlich dazu angeordneten hydrostatischen Lagerzonen, die mechanisch
anstellbar sind; Fig.2 eine Aufsicht auf das Lagersegment der Fig.1 (entsprechend
der Linienführung II-II in Fig.1); Fig.3 eine teilweise geschnittene Stirnansicht
einer gegenüber Fig.1 etwas abgewandelten Ausführungsform eines Lagersegments, bei
dem die beiden seitlich angeordneten hydrostatisch betriebenen Lager zonen hydraulisch
anstellbar sind; Fig.4 eine teilweise geschnittene Stirnansicht eines anderen Ausführungsbeispieles,
bei dem die beiden seitlich der hydrodynamisch betriebenen Lager zone angeordneten
hydrostatisch betriebenen Lagerzonen durch je einen Kolben einer hydraulisch beaufschlagbaren
Zylinder-Kolben-Einheit gebildet sind; Fig.5 eine teilweise geschnittene Stirnansicht
eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, mit einer einzigen zentral im
Lagersegment angeordneten hydrostatisch betriebenen Lagerzone und zwei seitlich
dazu angeordneten hydrodynamisch betriebenen Lager zonen.
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Es sei zunächst darauf hingewiesen, daß in allen Ausführungsbeispielen
der Einfachheit halber lediglich ein Lagersegment des erfindungsgemäßen, kombinierten
hydrostatisch-hydrodynamischen Gleitlagers dargestellt ist, obwohl ein solches Gleitlager
auch mehrere der genannten Lagersegmente enthalten kann.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig.1 und 2 wird von
dem Lagersegment 1 beispielsweise der Laufring 2 einer großen Drehtrommel (z.B.
von einer Trommelmühle) gelagert.
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In der Darstellung der Fig.1 ist das Lagersegment mit seiner axialen
Längsmittelebene so ausgerichtet, daß diese mit der Längsmittelebene des Laufringes
2 bzw. der Drehtrommel zusammenfällt.
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Das Lagersegment 1 enthält - in Umfangsrichtung des Lagers betrachtet
- drei Lagerzonen 4,5,6 mit einer solchen Anordnung, daß hydrodynamisch und hydrostatisch
betriebene Lagerzonen jeweils aufeinanderfolgen, also einander abwechseln.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im zentralen Bereich des Lagersegments
1 die hydrodynamisch betriebene Lagerzone 4 angeordnet, während zu beiden Seiten
dieser Lager zone 4 zwei hydrostatisch betriebene Lagerzonen 5,6 angeordnet sind.
Die hydrodynamisch betriebene Lagerzone 4 besitzt eine hydrodynamische Lagerfläche
4a und die beiden hydrostatisch betriebenen Lagerzonen 5,6 besitzen je eine hydrostatische
Lagerfläche 5a bzw. 6a, wobei diese Lagerflächen
4a, 5a und 6a
den Umfang des Laufringes 2 unmittelbar - mit einem entsprechenden Schmieröl film
- gleitend abstützen.
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Bei der hydrostatischen Lagerfläche 4a des Lagersegments 1 handelt
es sich um die dem Drehtrommel-Laufring 2 zugewandte Lagerfläche einer zentralen
Stütze 7, die auf einem Lagerfuß 8, der auf einem Fundament oder dgl. fest angeordnet
werden kann, in einem begrenzten Maß allseitig taumelbeweglich gelagert ist. Die
Taumelheweglichkeit kann im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig.1) durch eine
Kugelabstützung 9 erzielt werden, wobei diese Taumelbeweglichkeit noch durch Stellschrauben
10 begrenzt verstellt werden kann. Außerdem sind selbstverständlich auch andere
konstruktive Ausbildungen für die Erzielung einer Taumelbeweglichkeit möglich, z.B.
die Anordnung von hydraulisch beaufschlagten Stützmembranen zwischen dem Lagerfuß
8 und der zentralen Stütze 7.
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Die hydrostatisch betriebenen Lagerzonen 5 und 6 (zu beiden Seiten
der Lagerzone 4) werden durch die dem Drehtrommel-Laufring 2 zugewandten Lagerflächen
von zwei in radialer Richtung des Lagersegments anstellbaren Teilen in Form von
Lagerflügeln 11, 12 gebildet. Das innere Ende lla bzw. 12a jedes Lagerflügels 11,12
ist mit Hilfe einer Gelenkachse 11a' bzw. 12a' an der zentralen Stütze 7 gelenkig
gehaltert.
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Das entgegengesetzte äußere Ende lib bzw. 12b jedes Lagerflügels 11,12
ist dagegen über eine Stelleinrichtung 13 bzw. 14 auf einem zugeordneten Stützarm
15 bzw. 16 abgestützt, der jeweils auslegerartig von der zentralen Stütze 7 unter
den Lagerflügeln 11, 12 auskragt.
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Im Beispiel der Fig.1 enthält jede Stelleinrichtung 13,14 im wesentlichen
eine Stützschraube 17 bzw. 18, die einerseits frei drehbar, jedoch axial nicht verschiebbar
im zugehörigen Stützarm 15 bzw. 16 angeordnet ist und andererseits mit ihrem Gewindeteil
in die Unterseite des zugehörigen Lagerflügels 11 bzw. 1 (und zwar in eine entsprechend
ausgebildete Gewindebohrung) eingreift, so daß bei einem Drehen der Stützschrauben
17,18 die Lagerflügel 11,12 in entsprechender Weise in radialer Richtung gegen den
Laufring 2 angestellt werden können.
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Die hydrostatischen Lagerflächen 5a, 6a der Lagerflügel 11,12 sind
in üblicher Weise mit mehreren Öltaschen ausgebildet. In der Darstellung der Fig.2
sind in jeder Lagerfläche 5a, 6a zwei etwa gleich große, in axialer Richtung des
Lagersegments 1 hintereinander liegende Öltaschen 5a1, 5a2 bzw. 6a1, 6a2 eingearbeitet.
Jede Öltasche ist dabei in üblicher Weise von einem gegen den Laufring 2 vorspringenden
Steg umgeben und im wesentlichen nur gegen den Laufring 2 offen; außerdem sind
die
Öltaschen in üblicher Weise an eine hier nicht näher dargestellte Öldruckleitung
angeschlossen, über die sie in gesteuerter Weise mit Schmieröl beaufschlagt werden,so
daß zwischen den zugehörigen Lagerflächen 5a bzw.
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6a und dem zu lagernden Laufring 2 eine vorbestimmte, einstellbare
Ölspalthöhe aufrecht erhalten werden kann.
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Die mittlere, hydrodynamische Lagerfläche 4a kann zu einem Teil durch
das von den hydrostatischen Lagerflächen 5a, 6a abfließende Schmieröl mit Öl beaufschlagt
werden (was also insbesondere während des Anfahrzustandes sowie während des Betriebes
in Frage kommt).
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Aus diesem Grunde ist zwischen der zentralen Stütze 7 und den daran
angelegten Lagerflügeln 11,12 jeweils eine etwa axial zum Lagersegment 1 verlaufende
Dichtung, beispielsweise in Form einer Dichtleiste 19, angeordnet; außerdem ist
jedoch die mittlere Lagerfläche 4a noch - bei stirnseitiger Betrachtung des Lagersegments
1 (Fig.1) - an seinen den Lagerflügeln benachbarten Rändern 4b, 4c keilförmig abgeschrägt,
so daß sich ein besonders günstiger Ölzufluß zur Lagerfläche 4a ergibt. Zu einem
anderen Teil, und zwar insbesondere auch während eines Notausfalls, wird die mittlere,
hydrodynamische Lagerfläche 4a über zumindest eine gesonderte Ölzuführung mit Schmieröl
versorgt. Im Beispiel der Fig.1 und 2 wird diese gesonderte Ölzuführung durch zwei
ölkanäle 20a, 20b ge-
bildet, die einerseits im Bereich der keilförmig
abgeschrägten Ränder 4b, 4c der Lagerfläche 4a ausmünden und andererseits mit einem
nicht näher dargestellten Ölvorratsbehälter in Verbindung stehen, der zumindest
gegenüber diesen hydrodynamischen Lagerfläche 4a erhöht angeordnet ist und ständig
im Uberlauf gefüllt gehalten wird.
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Während des Drehbetriebes der den Laufring 2 tragenden Drehtrommel
werden beim Lagersegment 1 Öltaschen 5a1, 5a2, 6a1, 6a2 der hydrostatischen Lagerflächen
5a, 6a ständig in gleicher Größe mit Öl beaufschlagt, so daß zwischen dem Laufring
2 und den Lagerflächen 5a, 6a eine Ölspalthöhe in der gewünschten Größenordnung
aufrecht erhalten werden kann (in der Praxis hat sich eine Ölspalthöhe von beispielsweise
etwa 0,15 mm als günstig erwiesen). Hierbei hebt sich der Laufring 2, d.h. seine
Außenumfangsseite, um die genannte Ölspalthöhe von den die Öltaschen umgebenden
Stegen der Lagerflächen 5a, 6a ab (jeweils vermindert um gewisse Verformungen der
Stützarme).
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Während dieses Betriebes erfolgt die Übertragung der Lagerkräfte zum
größten Teil über die die hydrostatischen Lagerzonen 5, 6 bildenden Lagerflügel
11,12; es kann jedoch auch außerdem noch eine Abstützung mit Hilfe der hydrodynamischen
Lagerfläche 4a erzielt werden. Wenn es dann zu einem Notausfall (z.B. durch Stromausfall)
kommt, dann bricht der hydrostatische gebildete Ölspalt zwischen den hydrostatischen
Lagerflächen 5a, 6a
und dem Laufring 2 zusammen, woraufhin die
Lagerkräfte während eines Auslaufens oder Auspendelns nahezu vollkommen von der
mittleren, hydrostatischen Lagerfläche 4a aufgewendet werden. Die Ölzufuhr zu dieser
hydrodynamischen Lagerfläche 4a ist dann durch den höher angeordneten Ölvorratsbehälter
und die ölkanäle 20a, 20b hergestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung lassen sich die Lagerflügel 11,
12 über ihre Stelleinrichtungen 13 bzw. 14 äußerst gut sowohl der Geometrie des
Laufringes 2 als auch den auftretenden Verformungen (z.B. aufgrund von Wärmedehnungen)
anpassen. Eine Grobanpassung (vor der radialen Anstellung der Lagerflügel 11, 12)
kann bereits bei der Fertigung dadurch erfolgen, daß die Lagerflächen 4a,5a,6a sowohl
der Lagerflügel 11, 12 als auch der zentralen Stütze 7 annähernd in Anpassung an
den zu lagernden Laufring 2 (oder eines entsprechenden anderen Maschinenteiles)
gekrümmt ausgearbeitet wird. Die radiale Anstellbewegung der Lagerflügel ist dabei
vielfach nur verhältnismäßig gering; so genügt beispielsweise vielfach bereits ein
radialer Verstellweg von maximal etwa 1 mm.
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Das in Fig.3 veranschaulichte zweite Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Lagersegments für ein kombiniertes hydrostatischhydrodynamisches Gleitlager
unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig.1 und 2 im wesentlichen nur darin,
daß die Stelleinrichtungen für die Lagerflügel anders ausgebildet sind. Aus diesem
Grunde sind die Bauelemente, die gleichartig wie die in den Fig.1 und 2 gezeigten
Elemente ausgebildet sind, mit denselben Bezugsziffern lediglich unter Beifügung
eines Striches bezeichnet.
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Auch die Lagerflügel 31, 32 dieses zweiten Ausführungsbeispieles sind
äußerlich weitgehend gleichartig ausgebildet wie die Lagerflügel 11, 12 der Fig.1
und 2, d.h. sie sind insbesondere mit ihren inneren Enden 31a, 32a in gleicher Weise
an der zentralen Stütze 7' mit Hilfe einer Gelenkachse 31a' bzw. 32a' gelenkig angeordnet.
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Während beim Beispiel der Fig.1 die Stelleinrichtungen zwischen den
Lagerflügeln und den zugehörigen Stützarmen rein mechanisch ausgebildet sind, ist
bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen den äußeren Enden 31b bzw.
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32b und den zugehörigen Stützarmen 15', 16' je eine Stelleinrichtung
33, 34 vorgesehen, die zu einem wesentlichen Teil hydraulisch beaufschlagt wird.
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Wie insbesondere in der linken Hälfte der Fig.3 im Schnitt näher dargestellt
ist, enthält jede Stelleinrichtung 33, 34 eine Zylinder-Kolben-Einheit, deren Zylinder
35 im zugehörigen Lagerflügel 31, 32 (von der Unterseite her) eingearbeitet ist.
In diesem Zylinder 35 ist ein Kolben 36 zwischen zwei festen axialen Anschlägen
bewegbar.
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Hierbei wird der eine feste Anschlag von der inneren Stirnseite 37
des Zylinders 35 gebildet, während den anderen festen Anschlag ein auf der Unterseite
des Lagerflügels 31 (bzw. 32) angebrachter (beispielsweise angeschraubter), koaxial
zum Zylinder angeordneter Ring 38 bildet. An seiner zum Kolbenraum 39 weisenden
Stirnseite 36a weist der Kolben 36 außerdem einen ringförmigen
Umfangssteg
36b auf.
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Der vom Zylinder 35 und dem Kolben 36 gebildete Kolbenraum 39 steht
über eine Drossel 40 mit der zugehörigen Lagerfläche 5a'bzw. 6a' (vorzugsweise mit
deren beiden Öltaschen) in Strömungsverbindung.
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Auf diese Weise herrscht auf der dem Kolbenraum 39 zugewandten Stirnseite
36a des Kolbens stets der gleiche öldruck wie in den zugehörigen Lagerflächen 5a'bzw.
6a'bzw. den zugehörigen Öltaschen.
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Um eine stabile Abstützung auch in diesem Falle erzielen zu können,
ist die Kraft, die sich aus öldruck und Kolbenfläche ergibt, zweckmäßig größer als
die anteilige Kraft aus dem bltaschendruck und der wirksamen Öltaschenfläche (Stützkraft
auf den Stützarm). Hierbei spielt auch der Abstand der hydraulischen Abstützung
von der gelenkigen Halterung des Lagerflügels an der zentralen Stütze 7' eine Rolle,
da auch ein Teil der Lagerflügelbelastung über diese Gelenkabstützung auf die zentrale
Stütze 7' übertragen wird. Bei dieser gewählten Ausführungsform kann der hydraulisch
beaufschlagte Kolben 36 auf seiner dem Kolbenraurn 39 abgewandten Seite durch die
Anordnung des festen Anschlages in Form des Ringes 38 hydraulisch festgesetzt werden.
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Bei der Auslegung der Zylinder-Grundfläche in den hydrostatischen
Lagerflügeln 31, 32 ist zu beachten, daß die Kraft des Kolbens 36 etwa 20% größer
ausgelegt wird als die Stützkraft über Stützschrauben auf die Stützarme.
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Wie sich weiterhin aus Fig.3 (insbesondere linke Hälfte) erkennen
läßt,ist zwischen der Rückseite des Kolbens 36 und dem zugehörigen Stützarm 15'
ein Gewindezapfen 41 und eine zwischen diesem Gewindezapfen und dem Kolben 36 angeordnete
te Anstellmutter 42 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Anstellmutter 42 ist es möglich,
auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Lagerflügel 31, 32 radial gegen den Laufring
2' anzustellen. Die hydraulisch bewirkte Hubbewegung der Lagerflügel 31,32 kann
dann durch die Höhe des Kolbensteges 36b auf etwa 1 bis 2 mm begrenzt werden. Dies
bedeutet, daß bei einem Zusammenbruch des Öldruckes in den Öltaschen und somit auch
im Kolbenraum 39 (bei einem Notausfall) die Lagerflügel 31, 32 um die genannte Größe
(ca. 1 bis 2 mm) nach unten ausschwenken können. Dabei bildet sich ein etwa sichelförmiger
Spalt zwischen Laufring und den entsprechenden Lagerflächen 5' a,6'a,wodurch sich
ein idealer Öleinzugskeil für die dann voll wirksam werdende hydrodynamische Gleitlagerung
von Seiten der mittleren Lagerfläche 4'a ergibt; die Öl zuführung kann dabei dann
- genau wie im Falle der Fig.1 und 2 - von einem höher gelegenen Ölvorratsbehälter
aus entweder über die Lagerflügel 31, 32 (bzw. deren Lagerflächen 5a',6a') oder
direkt in die Randbereiche 4b', 4c' der hydrodynamisch betriebenen Lagerfläche 4a!erfolgen.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gleitlagers
ist in Fig.4 veranschaulicht.
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Auch in diesem Falle enthält das Lagersegment 51 wieder drei in Umfangsrichtung
des Lagers aufeinanderfolgende Lagerzonen in der Weise, daß die hydrostatische betriebene
Lagerzone 52 im mittleren Bereich des Lagersegments 51 ausgebildet ist, während
sich zu beiden Seiten dieser hydrodynamisch betriebenen Lagerzone 52 je eine hydrostatisch
betriebene Lagerzone 53 bzw. 54 anschließt.
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Die mittlere, hydrodynamisch betriebene Lagerzone 52 kann in genau
derselben Weise wie die hydrodynamisch betriebene Lagerzone 4 im Beispiel der Fig.1
und 2 ausgebildet sein, d.h. also im wesentlichen, daß ihre zugehörige hydrodynamische
Lagerfläche 52a durch die gegen den Drehtrommel-Laufring 55 weisende obere Fläche
einer zentralen Stütze 56 gebildet ist, die ebenfalls begrenzt taumelbeweglich auf
einem fest angeordneten Lagerfuß 57 gelagert ist (näher Einzelheiten ergeben sich
aus dem ersten Beispiel).
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Die die hydrostatisch betriebenen Lagerzonen 53, 54 enthaltenden anstellbaren
Teile werden in diesem Falle jeweils durch einen in radialer Richtung des Lagersegments
51 verschiebbaren Kolben 58 bzw. 59 einer hydraulisch beaufschlagbaren Zylinder-Kolben-Einheit
60 bzw. 61 gebildet.
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Jede Zylinder-Kolben-Einheit 60, 61 wird von einem zugeordneten, auslegerartig
auskragenden
Stützarm 62,63 gehaltert, der fest mit der zentralen
Stütze 56 ausgebildet ist (ggf. auch einstückig damit verbunden). Die die hydrostatisch
betriebenen Lagerzonen 53,54 bildenden Kolben 58, 59 sind jeweils an ihren gegen
den Laufring 55 gerichteten Stirnseiten als hydrostatische Lagerflächen 53a bzw.
54a ausgeführt, die genau wie beim ersten Ausführungsbeispiel (vgl. insbes.
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Fig.2) in üblicher Weise zwei gleich große Öltaschen enthalten können,
die mit Schmieröl unter Druck gespeist werden.
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Wie sich am besten der teilweise geschnittenen rechten Stirnansicht
der Fig.4 entnehmen läßt, sind die hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheiten 60,61
durch ihre Zylinder 64,65 fest auf dem zugehörigen Stützarm 62 bzw. 63 angeordnet
(beispielsweise aufgeschraubt), und zwischen der inneren Stirnseite des Kolbens
(z.B.59) und dem Zylinderboden (z.B.65a) ist ein Kolbenraum 66 gebildet, der jeweils
einerseits mit einer (nicht dargestellten) äußeren Ölquelle (über Ölzufuhrkanal
65b) und andererseits über einen etwä axial durch den Kolben (z.B.59) verlaufenden
Drossel 67 mit der zugehörigen hydrostatischen Lagerfläche, z.B.54a, auf der äußeren
Kolbenstirnseite in Verbindung steht.
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Wichtig ist auch in diesem Falle, daß die Möglichkeit zu einer Begrenzung
des Kolbenhubs besteht. Zu diesem Zweck ist beim Ausführungsbeispiel der Fig.4 zwischen
jeder Zylinder-Kolben-
Einheit 60,61 und dem zugehörigen Stützarm
62, 63 eine Stellschraube 68 bzw. 69 vorgesehen, die den Zylinderboden (z.B.65a)
abgedichtet durchsetzt und in eine entsprechende Kolbenbohrung 59a mit leichtem
Spiel eingreift. Die Verstellung selbst kann mit Hilfe einer Mutter 68a, 69a im
Bereich des zugehörigen Stützarmes 62 bzw. 63 erfolgen.
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In Fig.5 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
bei dem das Lagersegment 71 im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungen eine
im zentralen Bereich vorgesehene hydrostatisch betriebene Lagerzone 72 sowie zwei
zu beiden Seiten dieser Lagerzone 72 (in Umfangsrichtung gesehen) angeordnete hydrodynamisch
betriebene Lagerzonen 73,74 enthält.
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Hierbei wird die hydrostatisch betriebene Lagerzone 72 durch den Kolben
75 einer ersten Zylinder-Kolben-Einheit 76 gebildet; während die beiden hydrodynamisch
betriebenen Lager zonen 73,74 zu beiden Seiten dieser Zylinder-Kolben-Einheit 76
angeordnet sind und durch zwei auslegerartig auskragend Stützarme 77,78 gebildet
werden, die fest mit der auch in diesem Falle vorhandenen zentralen Stütze 79 verbunden
sind, deren unterer Teil wiederum in der bereits erläuterten Weise begrenzt taumelbeweglich
auf einem festen Lagerfuß 80 gelagert ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die beiden Stützarme 77,78 zusammen
mit der zentralen Stütze 79 vorzugsweise einen einstückigen Stütz-
körper,
in dessen zentralen oberen Teil die erste Zylinder-Kolben-Einheit 76 eingebaut ist.
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Die der Drehtrommel bzw. deren Laufring 81 zugewandte Stirnseite des
Kolbens 75 ist als hydrostatische Lagerfläche 72a ausgebildet, die vorzugsweise
vier Öltaschen besitzt, die in üblicher Weise ausgebildet, symmetrisch angeordnet
und mit Schmieröl beaufschlagt sind und von denen in Fig.5 lediglich zwei Öltaschen
72a1 und 72a2 angedeutet sind. Die hydrodynamischen Lagerflächen 73a, 74a der hydrodynamisch
betriebenen Lagerzonen 73, 74 werden durch die dem Drehtrommel-Laufring 81 zugewandten
Seiten der beiden Stützarme 77,78 gebildet.
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In der zum Teil geschnittenen rechten Hälfte der Fig.5 läßt sich die
Ausbildung und Anordnung der ersten Zylinder-Kolben-Einheit 76 besonders gut erkennen.
Hier läßt sich vor allem auch entnehmen, daß eine der Öltaschen, nämlich die Öltasche
42a2, der hydrostatischen Lagerfläche 72a über einen etwa axial durch den Kolben
75 verlaufenden Drosselkanal 83 mit einem Kolbenraum 84 in Strömungsverbindung steht,
der zwischen dem Zylinder 82 und dem Kolben 75 dieser Zylinder-Kolben-Einheit 76
vorhanden ist.
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Ein weiteres besonderes Merkmal dieser in Fig.5 veranschaulichten
Ausführungsform besteht darin, daß unterhalb der ersten Zylinder-Kolben-Einheit
76 noch eine zweite, etwas kleinere Zylinder-Kolben-Einheit 85 vorhanden ist, mit
deren
Hilfe eine - weitgehend selbsttätige - Hubbegrenzung des
die hydrostatisch betriebene Lager zone bildenden Kolbens 75 in den zentralen Bereich
des Stützkörpers (77,78,79) eingearbeitet ist. Ein fest mit dem Kolben 86 dieser
zweiten Zylinder-Kolben-Einheit 85 verbundener, zentral und axial vorstehender Stößel
87 reicht durch den Boden 88 der ersten Zylinder-Kolben-Einheit 76 hindurch und
greift mit leichtem Spiel in eine zentrale axiale Blindbohrung 89 des Kolbens 75
der ersten Zylinder-Kolben-Einheit 76 ein. Es läßt sich außerdem erkennen, daß der
zwischen den Kolben 86 und dem Zylinder 90 dieser zweiten Zylinder-Kolben-Einheit
85 gebildete Kolbenraum 91 durch einen Ölkanal 92 mit dem Kolbenraum 84 der ersten
Zylinder-Kolben-Einheit 76 in Verbindung steht.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig.5 wird mit
Hilfe des die hydrostatisch betriebene Lagerzone 72 bildenden Kolbens 75 der ersten
Zylinder-Kolben-Einheit auch gleichzeitig eine günstige Spalthöhe zwischen den hydrodynamischen
Lagerflächen (73a,74a) und der Außenumfangsseite des Laufringes 81 eingestellt,
wobei diese Einstellung insbesondere aufgrund der Anordnung und Ausbildung der doppelten
Zylinder-Kolben-Einheit (Einheiten 76 und 85) zuverlässig hydraulisch aufrechterhalten
wird. Durch die Begrenzung des Weges des unteren Kolbens in axialer Richtung zum
Lagersegment ergibt sich ein Luftspalt zwischen den hydrodynamischen Flächen und
dem Laufring während des normalen Betriebes.
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Der Fig.5 läßt sich außerdem deutlich entnehmen, daß die Lagerflächen
73a, 74a der beiden hydrodynamisch betriebenen Lagerzonen 73, 74 - bei stirnseitiger
Betrachtung des Lagersegments 71 -an ihren in Umfangsrichtung weisenden Rändern
73b, 73c bzw. 74b, 74c keilförmig abgeschrägt sind. Die Ölversorgung dieser beiden
hydrodynamischen Lagerflächen 73a und 74a kann - wie angedeutet - im Bereich der
keilförmig abgeschrägten Ränder erfolgen.
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Aus den obigen Erläuterungen der Ausführungsbeispiele wird deutlich,
daß es bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lagersegments nicht mehr
erforderlich ist, umfangreiche und kostspielige Notausfall-Einrichtungen (mit entsprechenden
Steuereinrichtungen) vorzusehen. Es werden daher die Vorteile hydrostatischer und
hydrodynamischer Gleitlager in äußerst vorteilhafter Weise vereinigt, wobei gleichzeitig
ein zu enger Schmierspalt vermieden werden kann. Allen Öltaschen der hydrostatisch
betriebenen Lagerzonen wird jeweils zwangsweise die gleiche Ölmenge zugeführt. Hierdurch
bilden sich nahezu gleiche Ölspalthöhen über den die Öltaschen umgebenden Stegen
aus. Die Ölspalthöhen bleiben auch bei einem evtl. Taumeln des Drehtrommel-Laufringes
in jeder Phase erhalten.
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Somit wird das gesamte Lagersegment über die taumel- und drehfähige
Abstützung (z.B. Kugelabstützung) der jeweiligen Lage des taumelnden Laufringes
nachgeführt. Dies hat vor allem auch den Vorteil, daß die hydrodynamisch betriebenen
Lager
zonen von den hydrostatisch betriebenen Lagerzonen geführt werden, wodurch an den
durch Kantenpressung gefährdeten Stellen keine Pressungen auftreten können. Die
durch Kantenpressung gefährdeten Stellen einer hydrodynamisch betriebenen Lagerzone
sind beispielsweise in Fig.2'mit A und B angedeutet.
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Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß von dem erfindungsgemäßen
kombinierten hydrostatisch-hydrodynamischen Gleitlager lediglich die Ausbildung
eines Lagersegments erläutert worden ist, das jedoch je nach Durchmesser des zu
lagernden Maschinenteils nur ein solches Lagersegment oder auch mehrere solcher
Lager segmente in einem erfindungsgemäßen Gleitlager verwendet werden können. Während
bei der Verwendung nur eines Lagersegments im Gleitlager die zentrale Stütze des
Lagersegments jeweils so ausgerichtet ist, daß ihre vertikale Längsmittelachse mit
der der vertikalcn Längsmittelachse des zu lagernden, drehenden Maschinenteils zusammenfällt,
sind die zentralen Stützen mehrerer Lagersegmente eines Gleitlagers jeweils symmetrisch
und gleichmäßig unter der zu lagernden Drehtrommel (oder einem anderen drehenden
Maschinenteil) verteilt. Besonders häufig ist die Verwendung von zwei solchen Lagersegmenten
in einem kombinierten Gleitlager, wobei diese dann so angeordnet werden, daß ihre
vertikalen Längsmittelebenen mit der lotrechten Längsmittelebene der Drehtrommel
einen Winkel von jeweils etwa 25 bis 500, vorzugsweise etwa 300 400, einschließen.