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Vorrichtung zur Feststellung der üleichlage zweier Wellen in einer
Ebene. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feststellung der Gleichlage
zweier oder mehrerer Wellen in einer Ebene. Zwei Wellen sind nur dann genau parallel,
wenn folgende Bedingungen erfüllt sind z. der Abstand zwischen den Wellen, an zwei
Stellen gemessen, gleich ist und z. die Wellen mit ihren Achsen in der gleichen
Ebene liegen.
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Ob die erste Bedingung erfüllt ist, kann leicht und unmittelbar durch
direkte Messung festgestellt werden, und die vorliegende Erfindulig betrifft eine
Vorrichtung, welche bei Erfüllung der ersten Bedingung die der zweiten feststellt,
d. h. also, ob die Wellen genau parallel liegen oder nicht. Die Vorrichtung ist
ferner so eingerichtet, daß sie den Betrag anzeigt, um welchen die Wellen von der
Parallellage abweichen, wobei sie gewünschtenfalls auch so ausgebildet ist, daß
sie die Zeitpunkte verzeichnet, zu denen die Abweichung auftritt, gleichzeitig mit
der Größe der Abweichung in diesen Zeitpunkten.
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Die Vorrichtung kann unter gewissen Bedingungen auch dazu benutzt
werden, die Lage der Wellen in einer gleichen Ebene anzuzeigen, wenn die Wellen
nicht parallel verlaufen.
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Für den Zahneingriff von Zahngetrieben ist es zum richtigen Arbeiten
notwendig, daß nicht nur die Räder die richtige Zahnform haben, sondern daß auch
die Treibwellen und die getriebenen Wellen ständig in ein und derselben Ebene liegen.
Wird diese Bedingung nicht aufrechterhalten, so ist eine Abnutzung der Getriebe
und eine Verringerung des Wirkungsgrades unausbleiblich.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders für den Gebrauch
für Wellen von Versetzungsgetrieben für Turbinen bestimmt, wie sie zur Zeit sowohl
bei Land- als auch bei Schiffsturbinen immer mehr Anwendung finden.
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Gemäß der Erfindung besteht die Vorrichtung in ihrer einfachsten Form
aus einer Stange von der nötigen mechanischen Starrheit, die mit drei Lagern oder
Stützpunkten versehen ist, von denen mindestens der eine einstellbar ist. Die Stange
hat eine solche Form und solche Abmessungen, daß zwei Stützpunkte in Anlage mit
den Wellen gebracht werden können, deren Lage in einer Ebene festgestellt bzw. angezeigt
werden soll, und zwar erfolgt die Berührung der Wellen dann, wenn die Verbindungslinie
dieser beiden Stützpunkte zu den Wellenachsen geneigt ist. Die Vorrichtung wird
zunächst an den Wellen in solcher Weise angebracht, daß zwei Stützpunkte mit den
Wellenoberflächen in Berührung kommen, während der dritte Stützpunkt an einem festen
Punkt abgestützt wird, der einen Teil des Tragrahmens für die Meßstange bildet,
wobei nötigenfalls der einstellbare Stützpunkt für die Meßstange zu diesem Zweck
vorher eingestellt wird. Dann wird die Vorrichtung um den feststehenden Stützpunkt
in eine andere Stellung gedreht, in welcher die
Stützpunkte mit
den Wellen in Berührung kommen. Wenn dann hierfür keine Nachstellung des oder der
Stützpunkte nötig ist, liegen beide Wellen in der gleichen Ebene. Wenn dagegen der
einstellbare Stützpunkt nachgestellt werden muß, ehe wieder eine Berührung mit den
Wellen stattfindet, so sind die Wellen nicht in derselben Ebene, und die Lager an
dem Rahmen müssen dann so lange verstellt werden, bis die. gewünschte Bedingung
erfüllt ist. Die erste Anlegung der Vorrichtung an die Wellen dient dazu, eine Nullmarke
zu erhalten, während die zweite Anstellung zeigt, um welchen Betiag die Einstellung
des oder der Stützpunkte nötig wurde und damit, wie weit die Wellen von der gewünschten
Lage in gleicher Ebene abweichen.
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Um die Notwendigkeit des festen Stützpunktes an dem Rahmen zu vermeiden,
der mit Rücksicht auf eine Verswindung des Rahmens oder durch eine Veränderung in
den Lagern erfolgen könnte, kann für die Vorrichtung selbst ein fester Stützrahmen
vorgesehen sein, welcher endgültig nur gegenüber den Wellen festgelegt wird, indem
dieser Rahmen zwei Stangen erhält, von denen die eine die Stützstange bildet, die
mit zwei Stützpunkten versehen ist und an den zu prüfenden Wellen angelegt wird.
Diese Stange trägt eine geeignete, den festen Punkt für die zweite Stange, die Meßstange,
bildende Stütze, und die 1Vleßstange hat drei Stützpunkte. Bei Anwendung dieser
Ausführungsform wird die Lage der Stützstange, welche durch zwei Punkte -an den
Wellen bestimmt -wird, nicht geändert, und die Prüfung erfolgt durch Handhabung
der Meßstange in der vorherbeschriebe-:nen Weise. Zum'besseren Verständnis zeigt
die Zeichnung die beispielsweise Ausführungsform der -neuen Vorrichtung.
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Abb. x ist eine Draufsicht auf das Getriebegehäuse einer Turbine,
dessen Wellenlage geprüft werden soll. Diese Abbildung zeigt eine Ausführungsform
der neuen Vorrichtung.
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Abb. 2 ist eine Endansicht der Abb. i mit Schnittstellen.
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Abb.3 ist eine -Schnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform,
während die Abb. q. und 5 schematische Schaubilder zur Erläuterung der Gebrauchsweise
dieser Vorrichtung -sind.
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Abb.6 bis 9 sind Ansichten abgeänderter Einzelteile, während Abb.
=o eine geeignete Aufzeichnungsvorrichtung darstellt.
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In den Abb. i und 2 bedeutet i das Getriebegehäuse für ein Untersetzungsgetriebe
einer Turbine und 2 sind ')`eile -der Lagergehäuse der zwei parallelen Wellen 3,
deren Lage in einer Ebene geprüft werden soll. Wie vorher gesagt, kann der Abstand
der beiden Wellen 3 durch direkte Messung festgestellt werden. Angenommen, der -gleiche
Abstand der beiden Wellenachsen an zwei gleichen Punkten, beispielsweise in der
Mitte der beiden Wellenenden, sei festgestellt, so kommt es nun darauf an, festzustellen,
ob vier Punkte, d. h. zwei gleichliegende Punkte der Achse jeder Welle, in der gleichen
Ebene liegen, in welchem Falle die Wellen parallel sind. Angenommen, daß die Wellen
3 gleichen Durchmesser haben, so kann man vier Punkte A, B, C, D an der Oberfläche
der Wellen senkrecht über den Wellenachsen auswählen, die in derselben Ebene liegen
sollen. Zugang zu diesen Punkten erhält man durch Bohrungen q., wie sie für Schmierungszwecke
in den Lagergehäusen 2 vorgesehen sind, oder aber solche Bohrungen müssen für die
Messung gemacht werden.
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Die Ausführungsform nach Abb. i und 2 zur Feststellung der Lage der
Punkte A, B, C, D
in einer-Ebene besteht im wesentlichen aus einer Meßstange
5, welche, «ie aus Abb. 2 ersichtlich, eine gebogene Form hat, die mit ihrem Mittelpunkt
frei über dem Zwischenteil des Getriebegehäuses zwischen den Wellen 3 liegt und
damit die Meßstange die genügende Starrheit gegen Verwicklungen und Verwindungen
beim Gebrauch besitzt. Die Stange kann aus vollem oder gepreßtem Metall sein, vorteilhaft
hat sie Trägerkonstruktion, damit sie bei genügender Stärke leicht wird. Für große
Stangen kann ein festes Leichtmetall, wie D-uraluminium, vorteilhaft Anwendung finden.
Jedes Stangenende ist mit einem Auflegepunkt oder Fühler für die Punkte A-D versehen,
die vorteilhaft aus konisch zugespitzten Stiften 6 und 7 von einer Normallänge bestehen
und aus hartem Material, wie Stahl oder D.uraluminium, hergestellt sind. Diese Füllstifte
6 und 7 können durch die Bohrungen q. in Berührung mit den Wellen 3,3
an den
diagonal gegenüberliegenden Punktenpaaren A-D bzw. B-C gebracht werden. Zu diesem
Zwecke ist -die Stange 5 an ihren Enden mit Offnungen 8 zur Aufnahme der Stifte
6 und 7 versehen. Das rechte Ende .der Stange ist, wie Abb. 2 zeigt, mit einem wagerechten
Schlitz 9 versehen, gegen dessen obere Fläche =o das obere Ende des Fühlstifte$
6 anliegt, zum Zwecke der genauen Einstellung dieses Stangenendes gegenüber dem
Stift 6 und damit gegenüber einem der Punkte A, B, C oder D der Wellen 3. Am linken
Ende der Stange 5 ist statt einer Begrenzungsfläche =o eine Anzeigevorrichtung angebracht,
um die gegenseitige Beziehung zwischen dem Stift 7 gegenüber der Stange 5 gleichzumachen.
Die Anzeigevorrichtung besteht vorteilhaft aus einem Zifferblattmikrometer =i, das
an einem senkrechten Schieber i2 sitzt, der an einem Halter 13 des Stangenendes
einstellbar ist. Statt des Zifferblattmikrometers könnte auch eine andere geeignete
Meßvorrichtung, wie ein mechanisches elektrisches oder auch akustisches Übersetzungsinstrument,
benützt
werden. Beispielsweise könnte der Stift 7 selbst mit einer
Teilung versehen und daran ein Nonius angebracht sein, unter Anbringung eines Mikroskopes,
um die feine Teilung abzulesen, auch ein Spiegel könnte zu diesem Zweck benutzt
werden. Für Messungen im Betriebe -wird vorteilhaft ein Zifferblattmikrometer für
genügend anzusehen sein. Die Einstellung des Schiebers 12 kann durch feine Stellschrauben
1q. erfolgen, während die Schraube 15 zum Festklemmen des Mikrometers ii in der
eingestellten Lage dient. Der Mikrometerkolben Zia wird vom oberen Ende des Fühlstiftes
7 berührt.
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Wie vorher auseinandergesetzt, ist die Stange 5 in zwei diagonalen
Stellungen, d. h. also von A-D und von B-C, zu benutzen, während das dritte relativ
feststehende Auflager an der Schnittstelle der Diagonallinie bei E angeordnet ist.
Der Stützpunkt E wird durch einen einstellbaren konisch zugespitzten Zäpfen 16 gebildet,
der in eine konische Aussparung 17 in der Mitte an der Unterseite der Stange- eingreift
und an einem Teil des Getriebegehäuses i seine Auflage findet. Zum Gebrauch wird
die Meßstange zunächst in solcher Weise an die Wellen 3 angelegt, daß die Stifte
6 und 7 beispielsweise mit den Punkten A und D der Wellen in Anlage
kommen, während die Mitte der Stange auf dem Zapfen 16 aufliegt. Der Stift 6 am
rechten Ende der Stange und der Zapfen 16 bilden dann feste Stützpunkte, und es
ist zur bequemen Handhabung das rechte Ende der Stange vorteilhaft mit einem Übergewicht
ioa oder einer Feder versehen, um die Berührung der Grenzfläche io mit denn Stift
6 -zu sichern. Um die Vorrichtung endgültig in ihre erste Stellung zu bringen, wird
das Mikrometer ii an seinem Halter 13 eingestellt, bis der Zeiger auf Null zeigt,
wenn der Kolben iia den Stift 7 berührt, wobei der Stift 6 bereits in Berührung
mit der Welle und der Grenzfläche io ist. Hierauf wird das Mikrometer mittels der
Schraube 15 festgeklemmt und die Stange um den mittleren Stützpunkt, d. h. den Zapfen
16, in die andere Diagonalstellung gedreht, in welcher die Fühlstifte 6 und 7 mit
den Punkten B und C der Wellen 3 in Berührung kommen müssen. Ist dies in der neuen
Stellung der Fall, so liegen die Wellen in gleicher Ebene, wenn nicht, so ist klar,
daß jede Abweichung am Stift 7 durch das Mikrometer ii angezweigt wird, und man
kann hiernach das Getriebegehäuse mittels Keile oder in anderer Weise verändern,
um die Wellen gleich auszurichten.
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Diese Ausführungsform der Vorrichtung eignet sich für die Feststellung
der Lage von Wellen in gleicher Ebene, wenn das Turbinengetriebe in der Fabrik montiert
wird. Bei Schiffen dagegen oder anderen Plätzen, wo die Getriebe laufen, ist es
nicht immer tunlich, geeignete feststehende Mittelstützpunkte anzubringen mit Rücksicht
auf Verziehungen des Gehäuses oder Änderung der Lagerpfanne in den Lagern, und zur
Vermeidung dieser Schwierigkeit eignet sich die Ausführungsform nach den Abb.3 bis
5.
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Diese Ausführungsform ist im Prinzip finit der vorbeschriebenen ähnlich,
hat aber statt des mittleren Stützpunktes am Gehäuse i eine Hilfsstange oder Stützstange
18, die entweder durch die Wellen selbst oder aber durch Teile des Gehäuses oder
Rahmens getragen wird, die in der Nähe der Wellen liegen. Die Stange hat an ihrer
Oberseite einen konisch zugespitzten Zapfen i9, der in einer Aussparung 17 der Meßstange
in gleicher Weise wie der Zapfen 16 bei der vorigen Ausführungsform aufgenommen
-wird. Der Zapfen ig ist in der Regel fest angeordnet, kann aber mit Mitteln zur
Anfangseinstellung in senkrechter Richtung versehen sein. Die Enden der Stützstange
18 sind, wie aus Abb. 3, ¢ und 5 ersichtlich, mit Öffnungen 2o versehen, durch welche
die Fühlstifte 6 und 7 hindurchgehen können. Da es praktisch nicht vorteilhaft ist,
die Stützstange auf die Wellen aufzulegen, so ist sie vorteilhaft, wie aus Abb.
3 ersichtlich ist, mittels Rohrstützen 2i aufgesetzt, welche in Bohrungen q. der
Gehäuselager greifen. Jede Rohrstütze 21 tritt ferner in eine Erweiterung der Durchgangsöffnungen
2o, und an einer oder an beiden Rohrstützen kann ein Gewinde für eine Stellmutter
23 angeordnet sein, die mittels Hand gedreht werden kann, um die Stützstange 18
in der Anfangsstellung aufzusetzen. Für die Anfangsstellung der Meßstange sind,
wie bei der vorigen Ausführungsform, Fühlstifte 6 @ und 7 vorgesehen. Die Stellmuttern
23 erleichtern auch das Umschwingen der Stützstange von der einen Stellung in die
andere. Die Gebrauchsweise wurde an Hand der ersten Ausführungsform für Wellen beschrieben,
wenn -keine oder wenig Belastung auf dem Getriebe ruht. Wenn dagegen das Getriebe
unter Belastung läuft, so muß mit einer gewissen Verziehung des ganzen Gehäuses
i und mit einen, geringen Spiel in den Lagern gerechnet werden, so daß die Wellen
in ihren Lagern etwas auf- und abgehen. Wenn dann die 0-Stellung wie oben eingestellt
ist, wird sie beeinträchtigt, so daß ein falsches Ablesungsergebnis entsteht. Für
die Prüfung bei laufendem Getriebe ist es daher nötig, eine neue 0-Stellung einzustellen,
und zu diesem Zweck genügt eine Nachstellung der Stützstange mittels der Mutter
23. Hierdurch wird der Stützzapfen ig gegenüber den Stützpunkten A und D in dieselbe
Relativstellung wie vorher gebracht und die eingestellte 0-Lage wird wieder gewonnen,
während die Meßstange in ihrer zweiten Stellung oder Anzeigestellung bleibt.
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Oben wurde angenommen, daß der Durchmesser der Wellen 3 gleich ist,
und es ist stets notwendiz. vor ieder PrüfunL- ,den Durchmesser
zu
bestimmen. Besteht ein Unterschied in den Abmessungen, so muß dies berücksichtigt
werden. Haben die Wellen verschiedenen Durchmesser, so genügt es, einen anderen
Satz von Normalfühlstiften 6 und 7 zu wählen, deren Länge genau nach den Durchmesserverschiedenheiten
der Wellen hergestellt ist.
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Die Enden der Stangen können gegenüber den Hauptteilen derselben einstellbar
sein, so daß die Vorrichtung auch zur Bestimmung der Gleichlage in zwei Ebenen für
Wellenpaare benutzt werden kann, die verschiedenen Abstand voneinander haben. Ist
die Bestimmung der Gleichlage in einer Ebene durch zwei Wellen erwünscht, die nicht
parallel laufen, so wird in ähnlicher Weise verfahren. Die beiden Stangenarme müssen
dann ungleiche Länge haben, d. h. der wagerechte Abstand A-E CE ist verschieden
von ED und BE. Wenn mehr als zwei Wellen bezüglich ihrer Gleichlage in einer
Ebene geprüft werden sollen, so wird zunächst die Kraftlage bei zwei Wellen festgestellt
und dann wird gleichzeitig hintereinander die Gleichlage j e zweier Wellen geprüft,
so daß dann die Gleichlage aller Wellen untereinander feststeht. Bei der abgeänderten
Ausführungsform des Mikrometers nach den Abb. 6 und 7 berührt der Fühlstift 7 nicht
den Mikrometerkolben von unten, sondern er ist nach oben verlängert und mit einem
Arm 7a versehen, der von oben auf dem Mikrometer iia aufliegt. Das Mikrometer kann
an der Stange 5 in jeder geeigneten Weise befestigt sein, wobei eine Stellschraube
26 ein Festklemmen des Fühlstiftes 7 in den Meßarmen gestattet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann, wie Abb. 8 zeigt, das Mikrometer
ii auf dem oberen Ende des Fühlstiftes 7 getragen sein, wobei der Mikrometerkolben
iia unter eine Fläche 26 am linken Ende der Meßstange greift. Diese Abbildung zeigt
das linke Ende einer als Gitterträger ausgebildeten Meßstange. Der Fühlstift 7 ist
an seinem Oberende rohrförmig @ und nimmt einen festen Zapfen iib des Mikrometers
ii auf, wobei ein kleiner Kolben 27 mit leichter Feder 28 vorgesehen ist, welche
das Gewicht des Kolbens und des Mikrometers ausgleicht. Dcr Stift 7 und das Mikrometer
ii werden durch einen Schlitz gb am linken Ende des Meßarmes in Stellung gebracht,
wobei eine Lasche 2g, die bei 3o drehbar ist und bei 31 festgeklemmt werden
kann, zur Sicherung der Stifte 7 nach seinem Einbringen dient und die leichte Entfernung
aus der Meßstange gestattet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der einstellbare Stützpunkt
der Meßstange in der Mitte statt an dem einen Ende. Diese Ausführungsform ist in
senkrechter Linie in der Abb. 5 angedeutet. Das Mikrometer ii ist starr, aber einstellbar
an der Stange 5 in der Mitte derselben angeordnet, und sein Kolben iia kommt in
Anlage mit einer Verlängerung 32 des Zapfens ig, der durch eine Öffnung 33 in der
Mitte der Stange hindurchgeht. Bei dieser Anordnung zeigt die Ablesung_ des Mikrometers
nur die Hälfte des Betrages gegenüber der Anordnung des Mikrometers an einem Ende
der Stange.
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Wenn die Aufzeichnung der Bedingungen der Gleichlage in einer Ebene
während des Laufes der Wellen gewünscht wird, kann das Ablesungsmikrometer ersetzt
sein oder ergänzt werden durch eine Aufzeichnungsvorrichtung, z. B. eine Meßtrommel
mit « Papierstreifen, die ihren Antrieb entweder durch ein Uhrwerk oder von der
einen Welle aus erhalten kann. Der Schreibstift wird dann durch den Fühlstift 7
geführt. Eine solche Aufzeichnungsvorrichtung zeigt die Abb. ro. 35 ist eine drehbare
Trommel auf dem Stift 7, welche sich nicht in der Längsrichtung bewegen kann und
einen Seitenarm 36 hat, an welchem der Übersetzungshebel 37 anscharniert
ist. Dieser trägt an seinem langen Arm einen Schreibstift 38, der an einem Papierstreifen
der Trommel 35 aufliegt, während der kurze Arm des Hebels 37 mit der Meßstange
5 mittels eines Lenkers 39 für die Parallelbewegung verbunden ist. Der Lenker
39 ist mit einem Schieber 40 verbunden, der an der Stange 5 zur Einstellung
des Stiftes 38 mittels einer feinen Stellschraube 41 mit Rändelkopf einstellbar
ist. Das obere Ende des Fühlstiftes 7 gleitet in einer Bohrung 8 am Ende der Meßstange
5 und wird so geführt. Die Umdrehung der Trommel 35 kann mittels Uhrwerkes
erfolgen oder auch durch Schnurantrieb 422 von einer Welle aus unter Einschaltung
eines geeigneten Versetzungsgetriebes.
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Mit dieser Anordnung erhält man eine Aufzeichnung über die Abnutzung
oder das Verziehen der Wellen oder die Verziehung des Gehäuses zu verschiedenen
Zeitpunkten, Belastungen, Geschwindigkeit u. dgl. und damit einen Anhalt für die
Sicherheitsgrenze der Belastung.