DE3040725A1

DE3040725A1 - Schwingungsgedaempfte lagervorrichtung

Info

Publication number: DE3040725A1
Application number: DE19803040725
Authority: DE
Inventors: Masahiro Niihari Ibaraki Yoshika
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-11-02
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1981-05-14
Also published as: IT1129361B; DE3040725C2; CH650566A5; IT8068675A0; US4366994A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo. Japan

Schwingungsgedämpfte Lagervorrichtung

üie Erfindung bezieht sich auf eine schwingungsgedämpfte Lagervorrichtung zum Einsatz in Hochdrehzahl-Umlaufmaschinen, insbesonderen solchen Umlaufmaschinen, die während der Beschleunigung auf hohe Drehzahlen mehrere kritische Geschwindigkeiten durchlaufen.

Derartige Maschinen durchlaufen heute mehrere kritische Geschwindigkeitsbereiche, wenn sie nach dem Anfahren auf die normale Hochdrehzahl beschleunigt werden. Wenn eine Umlaufmaschine eine kritische Geschwindigkeit durchläuft, erfiöht sich ihre Schwingungsamplitude, so daß die auf die Lager übertragene Kraft erhöht wird, wodurch die Lagerstandzeit vermindert oder die Lager beschädigt werden. Im schlimmsten Fall fällt sogar der Läufer der Maschine selbst aus.

Im Hinblick auf die Erzielung eines Hochdrehzahl-Betriebs sowie einer langen Lagerstandzeit ist es eine wichtige und wirksame Maßnahme, das Lager mit einer Schwingungsdämpfungseinheit zu versehen. Eine solche Schwingungsdämpfungseinheit

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ist ζ. B. in der US-PS 3 4-56 992 angegeben. Diese ist von einer Federeinheit zum federnden Abstützen des Lagers und einem Dämpfungsabschnitt gebildet, der aus einem am Umfang des Lagers vorgesehenen Druckmittelfilm besteht. Wenn diese bekannte Schwingungsdämpfungseinheit für eine große und schwere Maschine verwendet wird, werden die Lager durch das Läufergewicht stark nach unten ausgelenkt, da der Läufer elastisch gelagert ist. Infolqedessen wird der vertikale Spalt für den Druckmittelfilm im Dämpfungsabschnitt ungleichmäßig, wodurch die Dämpfungswirkung des Dämpfungsabschnitts verschlechtert wird. Aus diesem Grund ergibt sich dann die !otwendigkeit für eine Einheit zum Ausgleichen der durch das LaufergewieKt bedingten Auslenkung. Beispiele für solche Ausgleichseinheiten sind z. B. in der US-PS ^ 027 931 angegeben, die der DE-PS 2 64Λ 026 und der CH-PS 612 250 entspricht.

Bei den schwingungsgedämpften Lagervorrichtungen der angegebenen Art ist es für eine ausreichende Verminderung der Schwingungsamplitude wichtig, daß die Federsteifigkeit der Federeinheit und die Dämpfungswirkung des Dämpfungsabschnitts in bezug auf den Läufer richtungsunabhängig bzw. isotrop sind, d. h., daß sie in jeder Radialrichtung des Läufers gleichmäßig sind. Bei den herkömmlichen schwingungsgedämpften Lagervorrichtungen sind jedoch keine besonderen Maßnahmen getroffen, um die Richtungsunabhängigkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Federsteifigkeit und der Dämpfungswirkung zu erzielen. Da der Raum, in dem der Druckmittelfilm des Dämpfungsabschnitts wirksam ist, ferner vergleichsweise klein ist, ist ein extrem feinfühliges und genaues Arbeiten erforderlich, um den der Konstruktion zugrundeliegenden Sollwert dieses Raums aufrechtzuerhalten, wobei Bearbeitungs- und Montagearbeiten in Betracht zu ziehen sind.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer schvvingungsgedämpften Lagervorrichtung, bei der zum Zweck der Schwingungsdämpfung die Federsteifigkeit und die Dämpfungswirkung des Dämpfungsabschnitts gleichmäßig, d. h. richtungsunabhängig bzw. isotrop, sind; außerdem soll die Lagervorrichtung leicht einzurichten und einzustellen sein.

Die schwingungsgedämpfte Lagervorrichtung nach der Erfindung, bei der ein eine Läuferwelle aufnehmendes Lager an einem Gehäuse über eine Lagerabstütz-Federeinheit aufgehängt und zwischen dem Außenumfang des Lagers und der Gehäuse-Innenfläche ein einen Druckmittelfilm enthaltender Dämpfungsabschnitt gebildet ist, und bei der der Dämpfungsabschnitt und die Lagerabstütz-Federeinheit zusammenwirkend die Lagerschwingungen dämpfen, ist gekennzeichnet durch eine Einstelleinheit, die an der Verbindung zwischen dem Gehäuse und einem festen Teil der Lagerabstütz-Federeinheit angeordnet und am Gehäuse festlegbar ist und eine Exzentrizität hat, die der Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit infolge des Gewichts des Läufers und der Läuferwelle entspricht, wobei die Einstelleinheit den festen Teil der Lagerabstütz-Federeinheit mit dem Gehäuse mit der genannten Exzentrizität entgegengesetzt zu der Durchbiegungsrichtung der Lagerabstütz-Federeinheit verbindet, wodurch der Gleichmäßigkeitsverlust des Druckmittelfilms im Dämpfungsabschnitt ausgleichbar ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht längs der Achse eines ersten Ausführungsbeispiels der Lagervorrichtung nach der Erfindung;

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Fig.	2
Fig.	3
Fig .	if
Fig.	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig .	8
Fig.	O

eine Schnittansicht längs der Achse eines zweiten Ausführungsbeispiels; eine Schnittansicht längs der Achse eines dritten Ausführungsbeispiels; eine Schnittansicht IV-IV nach Fig. 3; eine Schnittansicht längs der Achse eines vierten Ausführungsbeispiels; eine Schnittansicht VI-VI nach Fig. 5; eine Schnittansicht längs der Achse eines fünften Ausfuhrungsbe ispieIs; eine Schnittansicht VIII-VIII nach Fiq, 7; eine Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels; und Fiq. 10 eine Schnittansicht IX-IX nach Fig. 9.

Nach Fig. 1 weist ein Läufer eine Läuferwelle 1 auf, die in einem Lager 2 gelagert ist. Das Lager 2 ist zwischen der Außenumfangsflache la der Läuferwelle 1 und einer Innenumfangsflache 3a eines Gehäuses 3 angeordnet und ist radial verschiebbar. Dichtungen, die auf jedem Seitenabschnitt der Außenumfangsflache 2a des Lagers 2 angeordnet sind, kontaktieren die Innenumfangsflache 3a des Gehäuses 3, so daß zwischen der Außenumfangsflache 2a des Lagers 2 und der Innenumfangsflache 3a des Gehäuses 3 ein Dämpfungsabschnitt 5 gebildet ist, in dem durch einen Schmiermittelfilm ein Druck ausgeübt wird. Ein Ölzufuhrschlitz 6 öffnet sich in die Innenumfangsflache 2b des Lagers 2. Dieser Ölzufuhrschlitz 6 steht mit einem im Lager 2 ausgebildeten Ölzufuhrkanal 7 sowie mit einem im Gehäuse 3 gebildeten Ölzufuhrkanal 8 über den Dämpfungsabschnitt 5 in Verbindung. Das Lager 2 ist von einer Federeinheit 9 abgestützt. Diese umfaßt einen Flansch 9a, der an einer Seitenfläche des Lagers 2 durch

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Bolzen 10 gesichert ist, einen Feder abschnitt 9b sowie einen am Gehäuse 3 festlegbaren Flansch 9c. Der Flansch 9c der Lagerabstütz-Federeinheit 9 ist am Gehäuse 3 mittels eines Rings 11 gesichert, der dazu dient, den Flansch 9c exzentrisch an der Innenumfangsfläche 3a des Gehäuses 3 zu positionieren; nachstehend wird dieser Ring 11 als Exzentrizitäts-Stellring 11 bezeichnet.

Der Exzentrizitäts-Stellring 11 ist in eine in einer Seitenfläche des Gehäuses 2 gebildete kreisförmige Ausnehmung 12 eingesetzt und am Gehäuse durch Bolzen 13 gesichert. Der Exzentrizitäts-Stellring 11 weist in seiner äußeren Seitenfläche ein kreisrundes Loch IA- zur Aufnahme des Flanschs 9c der Lagerabstütz-Federeinheit 9 auf. Der in diesem kreisrunden Loch 14 aufgenommene Flansch 9c ist mit Bolzen 15 an dem Exzentrizitäts-Stellring 11 festgelegt.

Der Hittelpunkt C, des Lochs 14 des Exzentrizitäts-Stellrings 11, das einen Durchmesser D, hat, ist um einen Betrag S von dem Mittelpunkt C- des Außenkreises desselben Rings 11, der einen Durchmesser D_ hat, nach oben versetzt. Diese Exzentrizität S ist so ausgelegt, daß sie dem Federweg bzw. der Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 infolge des Läufergewichts entspricht. Diese Durchbiegung kann durch die Beziehung zwischen der Masse oder dem Gewicht des Läufers und der Feder konstanten der Federeinheit 9 bestimmt werden.

An der anderen Seitenfläche des Lagers 2 ist ein in Axialrichtung verlaufender Stift vorgesehen. Der Stift ist mit einem gewissen Spiel in einer Bohrung 18 einer Anschlagplatte 17 aufgenommen, die an der anderen Seitenfläche des Gehäuses 3 angeordnet ist. Der Stift 16 und seine Bohrung 18 verhindern gemeinsam eine übermäßige

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Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinneit, die hervorgerufen werden würde, wenn das Lager 2 in Radialrichtung ausweicht; somit wird ein Versagen bzw. ein Ausfall der Lagerabstütz-Federeinheit verhindert.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das den erläuterten Aufbau hat, liegt der Mittelpunkt der Federeinheit 9 in einer Lage, die vom Mittelpunkt der den Läufer aufnehmenden Bohrung des Gehäuses 3 um einen Versetzungsbetrag β beabstandet ist, der dem Durchbiegungsbetrag der Lagerabstütz-Federeinheit 9 entspricht. Infolgedessen wird der Radialspalt im Dämpfungsabschnitt 5 in allen Richtungen gleichbleibend gehalten. Da ferner im Dämpfungsabschnitt 5 nur der Flüssigkeitsfilm, der einen Druck ausübt, vorhanden ist, erfolgt die Dämpfung richtungsunabhängig bzw. isotrop.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 aufgrund des Läufergewichts durch einen Exzentrizitäts-Stellring 111 ausgeglichen, der leichter und einfacher auswechselbar ist. Er weist an einer Innenseite ein kreisrundes Loch 19 zur Aufnahme des Flanschs 9c der Lagerabstütz-Federeinheit 9 auf. Der im Loch 19 aufgenommene Flansch 9c ist an dem Exzentrizitäts-Stellring 111 mit Bolzen 15 festgelegt. Der Mittelpunkt C, des einen Durchmesser D, aufweisenden Lochs 19 ist vom Mittelpunkt C des Außenkreises des Rings 11, der einen Durchmesser D-. hat, gleichfalls um einen Betrag S nach oben versetzt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Durchbiegung der Federeinheit 9 infolge des Läufergewichts durch die Anwendung des Exzentrizitäts-Stellrings 111 im wesentlichen ausgeglichen bzw. kompensiert, und infolgedessen wird die

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Dicke des Schmiermittelfilms des Dämpfungsabschnitts 5 im wesentlichen gleichbleibend gehalten. Wenn es erforderlich wird, den Exzentrizitäts-Stellring 111 z. B. wegen einer Änderung der Einsatzbedingungen der Umlaufmaschine, einer Änderung des Läufergewichts usw. durch einen anderen Ring zu ersetzen, kann dieser Austausch einfach durch Herausziehen der Bolzen 13, 15 durchgeführt werden, ohne daß die Lagerabstütz-Federeinheit 9 und das Lager 2 vom Gehäuse 3 demontiert werden müssen.

Das dritte Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert. Um die Einstellung der Exzentrizität beim ersten Ausführungsbeispiel noch zu verbessern, erfolgt die Versetzung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 grob mittels eines Exzentrizitäts-Stellrings 112. Um eine fehlerhafte Einstellung der Exzentrizität aufgrund eines Bearbeitungsfehlers od. dgl. auszuschalten, erfolgt außerdem eine Feineinstellung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 durch Bolzen 20. Die Bolzen 20 sind in den Exzentrizitäts-Stellring 112 in bezug auf die Umlaufachse in Radialrichtung geschraubt und kontaktieren mit ihren Enden die Außenumfangsflache des Flanschs 9c der Federeinheit 9. Oeder Bolzen 20 ist mit einer Sicherungsmutter 21 so festgelegt, daß er sich nicht lockern kann. Die Bolzen 20 und die Sicherungsmuttern 21 sind um den Exzentrizitäts-Stellring 112 in Abständen angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils vier Bolzen 20 und Sicherungsmuttern 21 an der Ober- und Unterseite sowie rechts und links des Exzentrizitäts-SteLlrings 112 vorgesehen.

Zürn Einstellen der Versetzung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 werden zuerst die Bolzen 15 gelockert, um den Exzentrizitäts-Stellring 112 vom Flansch 9c der Federeinheit 9 zu lösen. In diesem Zustand werden dann die Bolzen 20

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in geeigneter Weise verdreht, urn ihre Eindringtiefe zu ändern, so daß das Lager 2 zusammen mit der Lagerabstütz-Federeinheit 9 in Radialrichtung um einen kleinen Betrag verschoben wird. Anschließend werden die Bolzen 15 wieder angezogen, um den Flansch 9c am Exzentrizitäts-Stellring 112 festzulegen.

Durch diese Einstellung ist es möglich, auch einen sehr kleinen Einstellfehler zu beseitigen und somit einen gleichmäßigen Schmiermittelfilm im Dämpfungsabschnitt 5 aufrechtzuerhalten.

Ebenso wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird bei dem vierten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 die Einstellung der Versetzung zusätzlich dadurch gewährleistet, daß eine Grobeinstellung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 durch einen Exzentrizitäts-Stellring 113 und eine Feineinstellung desselben mittels Bolzen 201, die am Exzentrizitäts-Stellring 113 vorgesehen sind, erfolgt. Der Bolzen 201 wird an einer Lockerung durch eine mit ihm in Eingriff stehende Sicherungsmutter 211 gehindert .

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die richtige Einstellung der Exzentrizität der Lagerabstütz-Federeinheit 9 und damit einen gleichmäßigen Schmiermittelfilm im Dämpfungsabschnitt 5 sicherzustellen.

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 sind, um die Einstellung der Exzentrizität entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4· noch zu verbessern, ein Exzentrizitäts-Stellring 112 für die Grobeinstellung der Exzentrizität, Bolzen 20 für die Fexneinstellung derselben, Bolzen 300 für die feinfühlige Verschiebung der Lagerabstütz-Federeinheit 9 in Axialrichtung und Sicherungsmuttern 310 zum Festlegen dieser Bolzen vor-

gesehen. 130020/077S

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Lagerabstütz-Federeinheit 9 in Radialrichtung durch den Exzentrizitäts-Stellring 112 und die Bolzen 20 eingestellt werden, und gleichzeitig werden das Lager 2 und die Federeinheit 9 als Einheit parallel zur Rotationsachse feineingestellt, Durch diese Einstellung ist es möglich, eine gleichmäßige Dicke des Schmiermittelfilms im Dämpfungsabschnitt 5 slwie die senkrechte Haltung des Lagers 2 zur Läuferwelle 1 zu unterhalten.

Das sechste Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 weist, um die Exzentrizitäts-Einstellung des Ausführungsbeispiels nach den Fiy. 5 und 6 weiter zu verbessern, einen Exzentrizitäts-Ste1Iring 113 für eine Grobeinstellung der Exzentrizität, Bolzen 201 für deren Feineinstellung, Sicherungsmuttern 211 zum Festlegen dieser Bolzen 201, Bolzen 301 für eine axiale Feineinstellung des Lagers 2 und der Lagerabstütz-Federeinheit 9 und Sicherungsmuttern 311 zum Festlegen der Bolzen 301 auf.

Dabei ist es möglich, die gleichmäßige Dicke des Schmiermittelfilms des Dämpfungsabschnitts 5 und die senkrechte Haltung des Lagers 2 zur Läuferwelle 1 ebenso wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel aufrechtzuerhalten.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, ist bei der schwingungsgedämpften Lagervorrichtung nach der Erfindung die Lagerabstütz-Federeinheit mittels des Exzentrizitäts-SteHrings unter einem Versetzungsbetrag angeordnet, der ihrer Durchbiegung entspricht, so daß im Dämpfungsabschnitt eine gleichmäßige Dicke des Schmiermittelfilms gewährleistet ist. Infolgedessen erfolgt die Dämpfung im Dämpfungsabschnitt richtungsunabhängig bzw. isotrop, so daß eine wirksame Dämpfung der Schwinyungsaniplitude erzielt wird.

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Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ Patentanwälte

Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.

Telex 5 22 048 - Telegramm Allpatent München Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT

1 -3 1 . 59oP (3 1 . 59 1 H) Q η / N 7 9 ^ ^Dr'^lng- ^R-^BEETZjr'

OUHU / C -J Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRiCH

Dr.-Ing. W. TIMPE

Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED

Priv.-Doz Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMiTT-FUMIAN

29. Okt. 198o

Ansprüche

1. Schwingungsgedämpfte Lagervorrichtung, bei der ein eine Läuferwelle aufnehmendes Lager an einem Gehäuse über eine Lagerabstütz-Federeinheit aufgehängt und zwischen dem Außenumfang des Lagers und der Gehäuse-Innenfläche ein einen Druckmittelfilm enthaltender Dämpfungsabschnitt gebildet ist, und bei der der Dämpfungsabschnitt und die Lagerabstütz-Federeinheit zusammenwirkend die Lagerschwingungen dämpfen,

gekennzeichnet durch - eine Einstelleinheit (11; 112; 113), die an der Verbindung zwischen dem Gehäuse (3) und einem festen Teil (9c) der Lagerabstütz-Federeinheit (9) angeordnet und am Gehäuse (3) festlegbar ist und eine Exzentrizität (S) hat, die der Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) infolge des Gewichts des Läufers und der Läuferwelle (1) entspricht, - wobei die Einstelleinheit (11; 112; 113) den festen Teil (9c) der Lagerabstütz-Federeinheit (9) mit dem Gehäuse mit der genannten Exzentrizität entgegengesetzt zu der Durchbiegungsrichtung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) verbindet, - wodurch der Gleichmäßigkeitsverlust des üruckmittelfilms im Dämpfungsabschnitt (5) ausgleichbar ist.

81-(A 5047-02)-Schö

2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einstelleinheit einen Exzentrizitäts-Stellring (11; 112; 113) aufweist, dessen Exzentrizität ( c5 ) dem Durchbiegungsbetrag der Lagerabstütz-Federeinheit (9) infolge des Läufergewichts entspricht,

- wobei der Exzentrizitäts-Stellring den festen Teil (9c) der Lagerabstütz-Federeinheit (9) mit dem Gehäuse (3) mit einer Exzentrizität entgegengesetzt zur Durchbiegungsrichtung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) verbindet.

3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einstelleinheit aufweist:

- einen Exzentrizitäts-Stellring (112; 113), der den festen Teil (9c) der Lagerabstütz-Federeinheit (9) grob mit einer Exzentrizität entsprechend der Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) entgegengesetzt zur Durchbiegungsrichtung derselben einstellt, und

- Exzentrizitäts-Feineinstellmittel (20, 21; 201, 211), die an dem Exzentrizitäts-Stellring (112; 113) gesichert sind und mit denen eine Feineinstellung der Lagerabstütz-Federelnheit (9) in Radialrichtung durchführbar ist

(Fig. 3, 4-; Fig. 5,6).

4-. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einstelleinheit aufweist:

- einen Exzentrizitäts-Stellring (112; 113), der den festen Teil (9c) der Lagerabstütz-Federeinheit (9) mit einer Exzentrizität entsprechend der Durchbiegung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) entgegengesetzt zur Durchbiegungsrichtung derselben festlegt,

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- Radial-Feineinstellmittel (20; 201), die an dem Exzentrizitäts-Stellring (112; 113) gesichert sind und mit denen eine Feineinstellung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) in Radialrichtung durchführbar ist, und

- Axial-Feineinstellmittel (300, 310; 301, 311), mit denen eine Feineinstellung der Lagerabstütz-Federeinheit (9) in Axialrichtung relativ zu dem Exzentrizitäts-Stellring (112; 113) durchführbar ist

(Fig. 7, δ; Fig. 9, 10).

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