DE3537740A1

DE3537740A1 - Lagersystem

Info

Publication number: DE3537740A1
Application number: DE19853537740
Authority: DE
Inventors: Davorin Dave Carlsbad Calif. Kapich
Original assignee: GA Technologies Inc
Current assignee: GA Technologies Inc
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1986-04-24
Also published as: US4641978A; JPS61165012A

Description

Lagersystem

Die Regierung der Vereinigten Staaten besitzt¹¹ Rechte an dieser Erfindung gemäß dem Vertrag DE-ATO3-84SF11963.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Lagersysteme und insbesondere ein Lagersystem, bei dem eine Welle durch Hauptlager unter normalen Bedingungen gelagert wird und durch Zusatz- oder Sekundärlager beim Ausfallen der Hauptlager bzw. dann, wenn die Hauptlager fehlerhaft werden, gelagert wird. Obwohl die Erfindung nicht auf irgendeinen Anwendungsfall begrenzt ist, wird sie im Zusammenhang mit einer von einem Motor angetriebenen Turbine beschrieben. In solchen Anwendungsfällen ist die Ermittlung eines Versagens bzw. Fehlerhaftwerdens der Hauptlager und die automatische Verschiebung der Belastungen bzw .Lasten zu den Zusatzlagern vom Standpunkt der Kosten und der Sicherheit her gerechtfertigt.

Lagereinheiten, in denen Zusatz- oder Sekundärlager vorgesehen sind, um Lasten beim Ausfallen ^on Hauptlagern zu lagern, sind in der US-PS 3 708 215, der US-PS 3 454 und der US-PS 4 425 010 beschrieben und dargestellt. Einrichtungen zur Ermittlung der Verschiebung der Welle in-

folge einer Lagerabnutzung sind in der US-PS 3 434 beschrieben.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Lagersystem anzugeben, in dem Zusatzoder Sekundärlager eine sich drehende Welle beim Ausfall bzw. beim Fehlerhaftwerden eines oder mehrerer der Hauptlager lagern.

Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lagersystem anzugeben, in dem eine erzwungene axiale Verschiebung einer sich drehenden Welle in Antwort auf den Ausfall bzw. das Fehlerhaftwerden von Primärlagern bewirkt wird, um die Lagerung der Welle durch Sekundär- oder Zusatzlager zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lagersystem anzugeben, das Rollelementlager aufweist, die zwischen einer ersten Position, in der die RoIlelemente in jedem Lager nur einen der zugeordneten Laufringe berühren und einer zweiten Position bewegbar sind, in der die Rollelemente beide Laufringe berühren.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Die Figur zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lagersystems.

Gemäß der Figur verkörpert sich die Erfindung vorzugsweise in einem Lagersystem 10 zum Lagern bzw. Stützen einer sich drehenden Welle 12 an einem Gehäuse 13. Das dargestellte Lagersystem umfaßt ein Paar von Primärlagern 14, 16,zum Lagern der Welle 12 unter normalen Bedingungen und ein Paar von Zusatzlagern 18, 20 zum Lagern der Welle 12 im Falle des Versagens einer oder mehrerer der Primär-

1 lager 14, 16. Das System 10 ist so beschaffen, daß dann, wenn die Primärlager 14, 16 richtig funktionieren, die Welle 12 in einer Position derart gehalten wird, daß die Zusatzlager 18, 20 nicht belastet werden. Im Falle des

5Versagens der Primärlager 14 und 16 verschiebt sich die Welle 12 in axialer Richtung zu einer Position, in der die Zusatzlager 18, 20 die Welle 12 sowohl axial als auch radial halten.

10Jedes Zusatzlager 18, 20 umfaßt einen äußeren Laufring 22, 24, einen inneren Laufring 26, 28, eine Mehrzahl von Rollelementen 30, 32, die zwischen den entsprechenden Laufringen angeordnet sind, und einen Haltering 34, 36, der die Rollelemente 30, 32 festhält.

In Übereinstimmung mit einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das System 10 so beschaffen, daß die Rollelemente 30, 32 in jedem Lager während des normalen Betriebes nur einen ihrer Laufringe berühren und daß im Falle des Ver-

20sagens bzw. Ausfalles der Primärlager 14, 16 eine axiale Verschiebung der Welle 12 den anderen Laufring jedes Lagers zur Berührung mit den zugeordneten Rollelementen 30, 32 bringt.

25In Übereinstimmung mit einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die eine axiale Kraft auf die Welle 12 ausüben, um diese in Antwort auf den Ausfall der Primärlager 14, 16 zu einer Position zu verschieben, in der sie durch die Zusatzlager 18, 20 gelagert wird.

Im folgenden wird die dargestellte Ausführungsform ausführlicher erläutert. Das Gehäuse 13 umfaßt eine im allgemeinen zylindrische Umfangswand 38 zum. Halten bzw..Stützen der Lager und eine erste Wand 40 und eine zweite Wand 42 an seinen entgegengesetzten Enden. Die Hauptlager 14, 16

-i- AO

werden innen an der Umfangswand 38 des Gehäuses 13 gehalten. Die dargestellten Hauptlager 14, 16 sind berührungsfreie Lager , die zum Lagern der Welle 12 magnetische Felder anwenden. Derartige Lager sind von der Firma Magnetic Bearings inc., Radford, Va. zu erhalten. Hauptlager dieses Typs, die an der Stelle eines magnetischen Feldes einen Fluidfilm anwenden, können ebenfalls Verwendung finden.

Die Welle 12 weist ein Paar von sich gegenüberliegenden Querstirnflächen 44, 46 auf, die zur Übertragung von Längsdrücken auf die Hauptlager 14, 16 über die magnetischen Felder dienen. Auf die Welle einwirkende radiale Belastungen werden durch ringförmige Längsflächen 48, 50 in der Nähe der Querflächen 44, 46 aufgenommen. Das hintere Ende 51 der dargestellten Welle 12 ist in dem Gehäuse angeordnet. Ein vorderes Ende 52 erstreckt sich durch eine Öffnung 56 in die vordere Endwand 42 des Gehäuses 13.

Das erfindungsgemäße Lagersystem kann in jedem System von verschiedenen Systemarten angewendet werden. Das dargestellte System 10 ist so beschaffen, daß es im Zusammenhang mit einer motorbetriebenen Turbine angewendet werden kann. Ein Rotor 53a und ein Stator 53b eines Elektromotors 53 können daher zwischen den Hauptlagern 14 und 16 angeordnet werden, und eine Turbine 54 kann andern vorderen Ende 52 der Welle 12 montiert werden.

Um die äußeren Laufringe 58, 60 der Zusatzlager 18, 20 zu halten, weist die Umfangsfarig 38 des Gehäuses 13 ein Paar von ringförmigen Kanälen 62, 64 auf, die an ihrem Inneren ausgebildet sind. Einer dieser Kanäle ist in der Nähe des hinteren Endes des Gehäuses 13 vorgesehen. Der andere Kanal ist in der Nähe des vorderen Endes des Gehäuses 13 vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, daß der Abstand zwischen den inneren Laufringen 26 und 28 Abmessungstoleranzen und thermischen Beanspruchungen unterworfen ist.

■*■ ΛΛ

Demgemäß ist es wünschenswert, daß der Abstand zwischen den äußeren Laufringen 22 und 24 variabel ist. Aus diesem Grunde ist der äußre Laufring 24 eines der Zusatzlager (hier des vorderen Zusatzlagers 20) derart befestigt, daß er axial bewegbar ist, und ist der äußere Laufring 22 des anderen Zusatzlagers (hier des hinteren Zusatzlagers 18) derart in der richtigen Position versiegelt, daß er in Bezug auf eine axiale Verschiebung festliegt. Der hintere Kanal 62 ist so bemessen, daß er fest an den hinteren und vorderen Flächen des äußeren Laufringes 22 des hinteren Lagers anliegt. Der vordere Kanal 64 weist eine Breite oder eine axiale Abmessung auf, die größer ist als die Breite oder axiale Abmessung des äußeren Laufringes des Lagers 20. Der äußere Laufring 60 des vorderen Lagers

]_5 ist durch eine Feder 66 derart nach hinten vorgespannt, daß er unter normalen Bedingungen an einer hinteren Querfläche 68 des vorderen Kanales 64 anliegt.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Zusatzlager 16/ 18Winkel-Kontaktlager mit sphärischen Rollelementen oder Kugeln 30, 32. Die inneren Laufringe 26, 28 der Zusatzlager 18, 20 sind während des normalen Betriebes von den Kugeln 30, 32 beabstandet. Die inneren Laufringe 26, 28 sind so beschaffen, daß eine übermäßige Verschiebung der Welle 12 in irgendeiner Richtung die inneren Laufringe 26, 28 in einen Kontakt zu den zugeordneten Kugeln 30, 32 bringt. Aus diesem Grunde bestimmt jede der ring- bzw. kreisförmigen Lagerflächen 26a, 28a der inneren Laufringe 26, 28 im Querschnitt gesehen (siehe Figur) einen Kreisradius, dessen Krümmung geringfügig größer ist als der Radius der zugeordneten Kugeln 30, 32. Die inneren Laufringe 26, 28 sind so beschaffen, daß dann, wenn sich die Welle in der in der Figur dargestellten Position befindet, das Spiel zwischen den inneren Laufrin-

3₅. gen 26, 28 und ihren zugeordneten Rollelementen 30, 32 jeweils kleiner ist als das Spiel zwischen jedem der Haupt-

Hager 14, 16 und den entsprechenden Stützflächen 44, 46, und 50 auf der Welle 12. Dadurch wird sichergestellt, daß der Ausfall eines oder mehrerer der Hauptlager 14, 16 nicht dazu führt, daß ein Kontakt zwischen den Hauptlagern 14,

5und der Welle 12 entsteht.

Das hintere Zusatzlager 18 trägt vorzugsweise den größten Teil des Längsdruckes auf die Welle 12. Aus diesem Grunde übt die Feder 66 eine Kraft auf den äußeren Laufring 24

10des vorderen Zusatzlagers 20 aus, deren Größe kleiner ist als der von dem hinteren Zusatzlager 18 getragene Längsdruck und ist der Berührungswinkel "a" des hinteren Lagers 18 daher größer als der Berührungswinkel "b" des vorderen Lagers 20. Die Größe der Federkraft wird so ausgewählt, daß eine ausreichende axiale Belastung auf das vordere Lager 20 ausgeübt wird, um eine Konzentrizität der inneren Laufringe 26, 28 sicherzustellen.

In der Figur 4 ist das Spiel zwischen den inneren Laufringen 26, 28 und ihren zugeordneten Rollelementen 30, 32 jeweils zum Zwecke der Darstellung übertrieben gezeichnet. Die Figur soll jedoch eine Ausführungsform darstellen, in der jeweils ein radiales Spiel zwischen den Kugeln 30, 32 und den inneren Laufringen 26, 28 besteht und bei 25der der Querradius der Krümmung der Lagerflächen 26a, 28a, d.h. der Radius der Krümmung der in der Figur dargestellten. Bereiche, die entlang einer Querebene zur Bewegungsrichtung der Kugeln 30, 32 verlaufen, in Bezug auf die zugeordneten Kugeln 30, 32 geringfügig größer ist als dies üblicherweise der Fall ist.

Die inneren Lauf ringe 26, 28 der dargestellten Zusatzlager 18, 20 sind einstückig auf der Welle ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, daß die inneren Laufringe bei anderen Ausführungsformen getrennte Teile sein können, die auf der Welle 12 befestigt sind. Wie dies oben festgestellt wurde,

sind Einrichtungen vorgesehen, durch die die Welle 12 beim Ausfall der Hauptlager 14 und 16 in Vorwärtsrichtung verschoben wird. Dies wird bei der dargestellten Ausführungsform durch einen Fluiddruck bewirkt, der auf das hintere Ende 51 der Welle 12 einwirkt.

Um den Ausfall eines der beiden Hauptlager 14, 16 zu ermitteln, ist ein Paar von Verschiebungssensoren 70, 72 an dem Gehäuse 13 in der Nähe der Hauptlager 14, 16 befestigt. Der Ausfall eines Hauptlagers kann durch eine Störung des Lagers selbst oder durch eine Überbelastung desselben infolge einer Unwucht der Turbine 54 bewirkt werden. Jede Art des Ausfalles vergrößert die Schwingung der Welle. Lediglich als Beispiel werden kommerziell verfügbare Verschiebungssensoren 70, 72 erwähnt, die von der Firma Bentley Nevada Corp., Minden, Nevada, z.u erhalten sind. In Antwort auf die vergrößerte Vibration der Welle senden die Verschiebungssensoren 70, 72 ein elektrisches Signal, um ein normalerweise geschlossenes Solenoidventil an einer Leitung 75 zwischen einer Quelle 76 für ein Hochdruckfluid und einer Einlaßöffnung bzw. Düse 78 hinten am Gehäuse 13 zu öffnen. Die Einlaßöffnung 28 steht mit einer Kammer 86 in Verbindung, die zwischen einer der Vorderseite zugewandten Fläche 88 an der hinteren Endwand 40 des Gehäuses 13 und einer nach hinten gewandten Fläche 80 an der hinteren Seite der Welle 12 besteht. Wenn das Solenoidventil 74 einmal geöffnet ist, fließt das Hochdruckfluid von der Quelle 76 über das Solenoidventil 74 und durch die öffnung 85 in einen axialen Durchgang 64 in der Welle 12 und von dort nach hinten in die Kammer 86 hinter die Welle 12, wo es einen Druck in Vorwärtsrichtung auf die Welle 12 ausübt, um diese in ihre vordere Position, zu verschieben, in der sie durch die Zusatzlager 18, 20 gelagert wird.

-JBT- Ail·

Es wird festgestellt, daß das Fluid auch einen Druck auf die Oberfläche 82 am vorderen Ende des Durchganges 84 ausübt. Dadurch wird eine zusätzliche Kraft zur Verschiebung der Welle 12 nach vorne beigetragen. Der Druck auf die Welle 12 ist ausreichend groß, um diese selbst dann in die vordere Position zu bewegen, wenn das vordere Hauptlager 16 noch richtig funktioniert und dieser Bewegung entgegenwirkt.

In der dargestellten Ausführungsform wirkt das Hochdruckfluid neben der Tatsache, daß es einen Druck für die axiale Verschiebung der Welle 12 erzeugt, noch als Schmiermittel für die Zusatzlager 18, 20. Aus diesem Grunde besteht das Hochdruckfluid vorzugsweise aus einer Mischung eines flüssigen Schmiermittels, wie beispielsweise öl und einem Gas, wie beispielsweise Helium,und es sind Einrichtungen vorgesehen, die es ermöglichen, daß das Hochdruckfluid zu den Zusatzlagern 18, 20 fließt. Hier wird der Fluß zu den inneren Laufringen 26, 28 der entsprechenden Zusatzlager 18, 20 durch eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Durchgängen 90, 92, die mit der axialen Bohrung 84 der Welle 12 in Verbindung stehen, erreicht. Das innere Ende jedes dieser Durchgänge 90, 92 befindet sich an der Bohrung und das in radialer Richtung gesehene äußere Ende jedes dieser Durchgänge befindet sich an der kreisförmig gekrümmten Oberfläche des inneren Laufringes 26, 28, der an den Rollelementen 30, 32 der entsprechenden Lager 18, 20 angreift.

Um eine zusätzliche Schmierung der Lager 18, 20 und insbesondere der äußeren Laufringe 22, 24 dieser Lager zu erreichen, fließt das Fluid entlang der Außenseite der Welle 12 in der Nähe des hinteren Endes 51 derselben von der Kammer 86 hinter der Welle 12 in den Raum zwischen der Welle und der Innenseite des Gehäuses 13.

IEs wird darauf hingewiesen, daß es wünschenswert ist, einen relativ hohen Druck in der Kammer 86 am hinteren Ende der Welle 12 und in der Innenbohrung 84 der Welle aufrecht zu erhalten, während ein Fluß des Hochdruckfluids von der öff-Snung 78 zu den äußeren Laufringen 22, 24 der Zusatzlager 18, 20 ermöglicht wird* Aus diesem Grunde sind Labyrinthdichtungen 94, 96 und 98 an der Außenseite der Düse 78 und an den Innenflächen in der Nähe des hinteren Endes des Gehäuses 13 und des vorderen Endes des Gehäuses 13 zwischen dem Gehäuse und der Welle 12 vorgesehen. Die Labyrinthdichtungen 94, 96 und 98 erschweren den Fluß des Hochdruckfluids in einem ausreichenden Maß, so daß der Fluiddruck die Welle 12 in der gewünschten axialen Position hält, während sie einen ausreichenden Fluß des Hochdruckfluids zulassen, um die Schmierung der äußeren Laufringe 22, 24 der Zusatzlager 18, 20 zu ermöglichen. Jede der Labyrinthdichtungen umfaßt eine Reihe von Umfangsnuten, die in eine ringförmige Oberfläche eingearbeitet sind, um Turbulenzen in dem axialen Fluß entlang der Oberfläche zu erzeugen.

Der Betrieb des Lagersystems 10 der dargestellten Ausfüh- ■ rungsform kann folgendermaßen zusammengefaßt werden. Während des normalen Betriebes dreht sich die Welle 12 auf den Hauptlagern 14, 16 und wird in· Bezug auf diese konzentrisch gehalten. Die Welle 12 wird hauptsächlich durch Längsdrücke belastet, die die Welle 12 in Vorwärtsrichtung drücken. Die inneren Laufringe 26/ 28 der Zusatzlager 18, 20 sind von den zugeordneten Rollelementen 30, 32, die hier Kugeln sind, beabstandet. Die Kugeln 30, 32 werden durch die Halteringe 34, 36 in der richtigen Lage gehalten und sind während der normalen Funktion der Hauptlager 14, 16 stationär. Die Kugeln fügen zur Masse der Welle 12 daher nichts hinzu und bewirken keine Reibungsverluste ,die die Drehung der Welle 12 behindern. Weder die Kugeln 32, 30 noch die entsprechenden Lauf ringe der Z-usatzlager 18, 20 werden einer wesentlichen Abnutzung unterwor-

-M- At,

fen, während die Hauptlager 14, 16 funktionieren und es wird unter diesen Umständen kein Schmiermittel für die Zusatzlager benötigt.

Nach dem Ausfall eines oder mehrerer der Hauptlager 18, werden vergrößerte Schwingungen der Welle durch einen oder beide der Verschiebungssensoren 70, 72 ermittelt, was zur Erzeugung eines elektrischen Signales führt, das das SoIenoidventil 74 öffnet. Wenn es gewünscht wird, die Zeitperiode während der die Welle 12 sich dreht während sie durch die Zusatzlager 18, 20 gelagert wird, zu begrenzen, kann das elektrische Signal auch zur Unterbrechung der Leistungszufuhr zum Motor 53 dienen.

Die Schwingung der Welle kann eine Größe aufweisen, die ausreicht, um einen intermittierenden Kontakt zwischen den inneren Laufringen 26, 28 und den Rollelementen 30, zu bewirken. Infolge des oben beschriebenen Spieles wird die Welle 12 durch die Zusatzlager 18, 20 jedoch daran gehindert, die Hauptlager 14, 18 selbst vor dem Verschieben der Welle 12 in Vorwärtsrichtung zu berühren.

Wenn das Solenoidventil 74 öffnet, fließt Hochdruckfluid von der Quelle 76 über die Leitung 75 und durch die Düse 78 in die axiale Bohrung 84 der Welle 12. Von dort fließt ein Teil des Fluids in radialer Richtung nach außen durch die Durchgänge 90, 92 zu den inneren Laufringen 26, 28 der entsprechenden Zusatzlager 18, 20. Ein anderer Teil des Fluids fließt nach hinten an der Labyrithdichtung 94 an der Außenfläche der Düse 78 vorbei in die Kammer 86 hinter der Welle 12, um die Kammer 86 unter Druck zu setzen und die Welle 12 nach vorne zu treiben. Dann fließt das Hochdruckfluid in Vorwärtsrichtung durch die Labyrinthdichtung 96 am hinteren Ende außerhalb der Welle 12, durch die Zusatzlager 18, 20 und tritt schließlich über die Labyrinthdichtung 98 am vorderen Ende des Gehäuses 13 aus diesem heraus.

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Druck in der Kammer 86 treibt die Welle 12 nach vorne, so daß der innere Laufring 28 des vorderen Zusatzlagers 20 in einen Kontakt zu seinem zugeorndeten Rollelementen 32 gelangt und diese in Drehung versetzt. Der Kontakt erfolgt 5entlang von Linien, die eine Ebene unter einem Winkel "b" schneiden, die senkrecht zur Achse der Welle verläuft. Die Welle 12 verschiebt sich weiter in Vorwärtsrichtung, wobei sie den äußeren Laufring 24 in Vorwärtsrichtung verschiebt und den Druck auf die Feder 66 vergrößert. Der innere Lauf-

10ring 26 des Zusatzlagers 18 bewegt sich dann so, daß er seine zugeordneten Rollelemente 30 berührt und das hintere Zusatzlager 18 nimmt den Hauptteil des Längsdruckes auf die Welle 12 auf. Der Kontakt zwischen dem inneren Laufring 26 und den Elementen 3 0 des hinteren Zusatzlagers

15erfolgt entlang von Linien, die zu einer Qüerebene einen Berührungswinkel "a" bilden. Es wird darauf hingewiesen daß der Längsdruck auf die Welle 12 Drücke, die von der Turbine 54 herrühren, und pneumatische Kräfte einschließt, die durch das Hochdruckfluid erzeugt werden. Der Betrag

20der Kraft, den das vordere Zusatzlager 20 in Antwort auf nach vorne gerichteten Längsdrücke auf die Welle 12 ausübt, wird durch die Feder 66 bestimmt. Die Federkraft muß nur groß genug sein, um sicherzustellen, daß die Belastung des vorderen Lagers 20 ausreicht, um die Konzentriz-ität

25der Welle aufrechtzuerhalten.

Wenn die inneren Laufringe 26, 28 sich so bewegen, daß sie ihre entsprechenden Sätze der Rollelemente 30, 32 berühren, beginnen sich die Rollelemente zu drehen und.

in kreisförmigen Wegen zwischen ihren entsprechenden inneren und äußeren Lauf ringen z.u laufen. Zwischen den inneren Laufringen 26, 28 und den entsprechenden Rollelementen 30, 32 tritt eine gewisse Reibung auf, wenn die Rollelemente beschleunigt werden. Um diese Reibung z.u

35minimieren ist es wünschenswert, daß die Rollelemente 30, 32 eine relativ geringe Masse aufweisen.

ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene, bevorzugte Ausführungsform oder auf irgendeine andere besondere Aus führungsform beschränkt.

Claims

Patentansprüche

1. Lagersystem zum Lagern einer sich drehenden Welle an einem Gehäuse mit einem Paar von Hauptlagern und einem Paar von Zusatzlagern, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zusatzlager (16, 18) eine äußere Lauffläche (22, 24), die an dem Gehäuse (13) gehalten wird, eine innere Lauffläche (26, 28) auf der Welle (13), eine Mehrzahl von Rollelementen (30, 32), die zwischen den Laufflächen angeordnet sind, und einen Haltering (34, 36) aufweist, der die Rollelemente festhält, daß die Hauptlager (14, 16) während des normalen Betriebes die Welle (12) wirksam in einer vorbestimmten Position derart halten, daß in jedem der Zusatzlager (18, 20) die RoIlelemente (30, 32) nur eine der Laufflächen berühren, daß die Zusatzlager (18, 20) so beschaffen sind, daß bei einer axialen Verschiebung'der Welle (12) in einer vorbestimmten Richtung aus der vorbestimmten Position die Rollelemente (30, 32)

^ in jedem Lager beide Laufflächen berühren, wodurch in dem Fall des Ausfalles bzw. Versagens der Hauptlager (14, 16) es eine axiale Verschiebung der Welle (12) ermöglicht, daß die Welle (12) durch die Zusatzlager (18, 20) gehalten

_c wird,
ο

2. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (34, 36) die Rollelemente (30, 32) in einem Kontakt zur äußeren Lauffläche (22, 24) hält, so daß während des normalen Betriebes, wenn die Welle (12) sich in der vorbestimmten Position befindet, die Rollelemente (30, 32) in jedem Zusatzlager (16, 18) ihre jeweils zugeordneten inneren Laufflächen (26, 28) nicht berühren.

3. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (76, 74, 86) zur axialen Verschiebung der Welle (12) relativ zum Gehäuse (13) bei Ausfall der Hauptlager (14, 16) vorgesehen ist.

4. Lagersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur axialen Verschiebung eine Kammer (86), die durch Oberflächen an dem Gehäuse (13) und der Welle (12) bestimmt wird, und außerdem eine Einrichtung (48) zum Einführen eines Hochdruckfluids in

die Kammer (86) aufweist.
25

5. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Laufflächen (24) eines Z-usatzlagers (20) in axialer Richtung durch eine Feder (66) vorgespannt bzw. belastet ist.

6. Lagersystem zum Lagern einer in axialer Richtung belasteten Welle (1.2) in einem Gehäuse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Paar von Hauptlagern (14, 16) z-um Lagern der Welle (12) unter normalen Bedingungen, während der sich die Welle (12) in einer ersten axialen Position dreht, ein Paar von Zusatzlagern (16, 18) zum Lagern der Welle (12) in

einer zweiten axialen Position beim Versagen der Hauptlager (14, 16) und eine Einrichtung (76, 74) zum Verschieben der Welle (12) in axialer Richtung aus der ersten axialen Position zur zweiten axialen Position beim Versagen der Hauptlager (14, 16) durch die selektive Ausübung einer axialen Kraft auf die Welle (12) aufweist.

7. Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur axialen Verschiebung der Welle (12) eine Einrichtung (51) an der Welle (12) und eine Einrichtung an dem Gehäuse (13) aufweist, die eine Kammer (86) bestimmen, und daß eine Einrichtung (78) zum Einführen eines Fluids in die Kammer (86) mit einem hohen Druck vorgesehen

ist.
15

8. Lagersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Schmiermittel enthält und daß die Kammer (86) mit den Zusatzlagern (16, 18) in Verbindung

steht, so daß das Fluid für diese ein Schmiermittel darstellt. 20

9. Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zusatzlager (16, 18) ein Kugellager mit einem äußeren Laufring (22, 24), einem inneren Laufring (.26, 28) und einer Mehrzahl von zwischen diesen befindlichen Kugeln (30, 32) aufweist, und daß die Kugellager so beschaffen sind, daß dann, wenn die Welle (12) sich in einer ersten Position befindet, die Kugeln (30, 32) nur den äußeren Laufring (22, 24) berühren.

10. Lagersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufring (22) eines (18) der Zusatzlager in einer vorbestimmten Position an dem Gehäuse (13) befestigt ist und daß das andere (20) der Zusatzlager einen beweglichen äußeren Laufring (2 4) aufweist, der an dem Gehäuse derart befestigt ist, daß er gegen eine radiale Bewegung festgelegt ist und in axialer Richtung

-4-relativ zum Gehäuse (13) bewegbar ist.

11. Lagersystem nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspanneinrichtung (66) eine axiale Kraft auf den beweglichen äußeren Laufring (24) ausübt.

12. Lagersystem mit einem Gehäuse und einer sich drehenden Welle insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von nicht berührenden Hauptlagern (14, 16) an dem Gehäuse (13) befestigt ist und die Welle

(12) drehbar und konzentrisch in Bezug auf die Hauptlager (14, 16) derart lagern, daß jeweils ein Spiel zwischen der Welle (12) und den Hauptlagern in dem Gehäuse (13) aufrechterhalten wird, daß ein Paar von Zusatzlagern (18, 20) vorgesehen ist, um die Welle (12) drehbar in dem Gehäuse

(13) im Falle eines Ausfalles oder Versagens der Hauptlager (14, 16) zu lagern und um die Konzentrizität der Welle (12) in Bezug auf die Hauptlager aufrechtzuerhalten, daß jedes Zusatzlager (18, 20) eine äußere Lauffläche (22, 24), die an dem Gehäuse (13) gehalten wird, eine innere Lauffläche (26, 28) auf der Welle (12), eine Mehrzahl von Rollelementen (30, 32), die zwischen den Laufflächen angeordnet sind, und einen Haltering (34, 36) aufweist, der die Rollelemente (30, 32) in einem Kontakt zu der äußeren Lauffläche (22, 24) hält, daß die Hauptlager (14, 16) die Welle (12) während des normalen Betriebes in einer vorbestimmten Position derart halten, daß in jedem Zusatzlager (18, 20) ein Spiel zwischen den Rollelementen (30, 32) und der inneren Lauffläche (26, 28) aufrechterhalten wird, daß die Hauptlager (14, 16) und die Zusatzlager (18, 20) so beschaffen sind, daß das Spiel in den Hauptlagern (14, 16) jeweils größer ist als das Spiel in den Zusatzlagern (18, 20), daß das Zusatzlager (18, 20) ein Winkel-Kontaktlager ist, und daß eine Einrichtung (74, 86). zum Verschieben der Welle (12) aus einer vorbestimmten Position zu einer zweiten Position beim Versagen der Hauptlager

¹(14, 16) vorgesehen ist, um einen Kontakt zwischen den inneren Laufflächen (26, 28) der Zusatzlager (18, 20) und den entsprechenden, zugeordneten Rollelementen (30, 32) zu bewirken, um die Welle (12) durch die Zusatzlager (18, 20)

^konzentrisch zu lagern.

13. Lagersystem nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschieben der Welle (12) eine Quelle (76) für ein Hochdruckfluid, eine eine

!^Druckkammer (86). zur Aufnahme des Hochdruckfluids bestimmende Einrichtung, die eine nach hinten gewandte Fläche (80) auf der Welle (12) aufweist, eine Leitung (75), die die Quelle (76) für das Hochdruckfluid mit der Druckkammer (86) verbindet, eine oder mehr Sensoren (70, 72) zur

15Ermittlung einer übermäßig großen Schwingung der Welle

(12) und zum Aussenden eines elektrischen Signales bei der Ermittlung der übermäßig großen Schwingung der Welle (12)und ein elektrisch betätigtes Ventil (74), das beim Empfang des elektrischen Signales von den Sensoren (70, 72) öff-

20net, wobei das Ventil wirksam wird, um selektiv einen Fluß durch die Leitung (75) zu ermöglichen oder zu verhindern, aufweist, wodurch bei Vorliegen einer vergrößerten Schwingung der Welle (12) das elektrische Signal von einem oder mehreren der Sensoren (7O₇ 72) zum Ventil (74)

25gesendet wird, wobei das Ventil geöffnet wird und es ermöglicht, daß das Hochdruckfluid in die Kammer (86) eintritt und die Welle (12) in Vorwärtsrichtung treibt.

14. Lagersystem nach Anspruch 13, dadurch gekenn-30zeichnet, daß die Quelle (76) für das Hochdruckfluid eine Einrichtung zum Einführen eines flüssigen Schmiermittels in das Hochdruckfluid aufweist, und daß das Gehäuse (13) und die Welle (12) eine Einrichtung (90,92,94,96) aufweist, durch die ein Fluß des Hochdruckfluids und des 35Schmiermittels zu den Zusatzlagern (18, 20) von der Hochdruckkammer (86) bewirkt wird.

-δ-15. Lagersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Turbine (54) an der Welle (12) befestigt ist und die Welle (12) in axialer Richtung in Antwort auf aerodynamische Kräfte an der Turbine (54) belastet, 5

16. Lagersystem zum Lagern einer axial belasteten Welle an einem Gehäuse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Paar von Lagern (14,16) zum Lagern der Welle (12) unter normalen Bedingungen, während der sich die Welle (12) in einer ersten axialen Position dreht, ein Paar von Zusatzlagern (18, 20) zum Lagern der Welle (12) in einer zweiten axialen Position beim Versagen bzw. Ausfallen der Hauptlager (14, 16), eine Sensoreinrichtung (70, 72) zur Ermittlung der Verschiebung der Welle (12) beim Ausfallen bzw. Versagen der Hauptlager (14, 16), und eine Einrichtung (86) aufweist, die durch die Sensoreinrichtung (70, 72) beim Ausfallen bzw. Versagen der Hauptlager (14, 16) wirksam gesteuert wird, um die Welle (12) aus der ersten axialen Position zur zweiten axialen Position beim Ausfallen bzw. Versagen der Hauptlager (18, 20) durch selektives Anlegen einer axialen Kraft an die Welle (12) in axialer Richtung zu verschieben.