DE3902907A1 - Vorrichtung zur lagerung von wellen langgestreckter maschinen - Google Patents

Vorrichtung zur lagerung von wellen langgestreckter maschinen

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    • B02C17/18Details
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16NLUBRICATING
    • F16N21/00Conduits; Junctions; Fittings for lubrication apertures

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lage­ rung von Wellen langgestreckter Maschinen, insbesondere von Zentrifugen, Drehtrommeln, Walzenpressen etc., wobei zur drehbeweglichen Lagerung der Wellen Wälzlager vorgese­ hen sind.
Es ist bekannt, daß bei der Lagerung der Wellen von lang­ gestreckten Maschinen, insbesondere bei der Lagerung von Zentrifugen, deren Wälzlager zu beiden Seiten der Trommel mit verhältnismäßig großem Abstand voneinander angeordnet sind, im Betrieb nicht nur in radialer und axialer Rich­ tung wirkende Kräfte, sondern auch quer dazu verlaufende Kräfte auftreten, die von den Radiallagern aufgenommen und kompensiert werden müssen. Diese im Betrieb der Maschinen auftretenden, auf die Wälzlager wirkenden Querkräfte beru­ hen nicht nur auf Fluchtungsungenauigkeiten und Fügungs­ fehler der an den Maschinen zu beiden Seiten mit verhält­ nismäßig großem Abstand voneinander angeordneten Wellen, sondern sie sind insbesondere bei Zentrifugen und Dreh­ trommeln auch auf Unwuchtbildungen zurückzuführen, die durch ungleichmäßige Verteilung des Aufgabegutes in den Trommeln hervorgerufen werden. Aufgrund dieser auf die Wälzlager zusätzlich zu den in radialer und axialer Rich­ tung wirkenden Kräfte sind daher die Lager dieser Maschi­ nen ganz besonders hohen ungleichförmigen Wechselbean­ spruchungen ausgesetzt, so daß ihre Standzeit trotz star­ ker Überdimensionierung relativ gering ist. Dies gilt auch für die bisher bekannte Anwendung von Pendelrollenlagern als Wälzlager, die zwar neben den im Betrieb der Maschine auftretenden Radialkräften durch ihre Schwenkbeweglichkeit auch Querkräfte aufnehmen können, die jedoch einerseits in ihrem konstruktiven Aufbau verhältnismäßig kompliziert und dementsprechend in ihrer Anschaffung teuer sind, und deren Standzeit andererseits aufgrund der hohen ungleichförmigen Wechselbelastungen, insbesondere beim Einsatz an Zentrifu­ gen, ebenfalls nur verhältnismäßig gering ist. Darüber hinaus ist nicht nur der Geräuschpegel beim Einsatz der Pendelrollenlager verhältnismäßig hoch, sondern die Pen­ delrollenlager sind auch aufgrund ihrer beschränkten zu­ lässigen Höchstdrehzahl bei hochtourigen Maschinen, zu denen u. a. auch schnellaufende Zentrifugen gehören, nicht einsetzbar.
Ausgehend von diesen bisher bekannten Vorrichtungen zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Wälzlager durch geeignete Lagerung von den im Betrieb der Maschinen in radia­ ler und axialer Richtung zusätzlich auftretenden Kräften weitgehend freizuhalten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Wälzlager in ein sphärisches, hydrostatisches Gleitlager eingebaut ist, und daß die Lager an Druck- und Schmiermittelleitungen an­ geschlossen sind. Hierdurch wird sehr vorteilhaft eine Aufteilung der im Betrieb der Maschinen auftretenden Kräf­ te erreicht, und zwar derart, daß von den Wälzlagern im wesentlichen nur die Radialkräfte aufgenommen werden müs­ sen. Da die Wälzlager auf diese Weise freigehalten werden von den im Betrieb der Maschine auftretenden Querkräften, können zur Lagerung der Wellen ganz einfache, standardi­ sierte, überall leicht erhältliche Kugel- oder Zylinder­ rollenlager verwendet und insbesondere bei hochtourigen Maschinen mit Vorteil eingesetzt werden, deren Anschaf­ fungskosten wesentlich geringer sind als die bisher bekannten, komplizierten und verhältnismäßig kurzlebigen Pendelrollenlager. Das Wälzlager weist daher im Vergleich zu den bisher im Einsatz befindlichen Lagern eine ganz wesentlich höhere Standzeit auf und ist darüber hinaus im Betrieb auch sehr geräuscharm. Da darüber hinaus auch das sphärische, hydrostatische Gleitlager, in dem das Wälzla­ ger gemäß der Erfindung eingebaut ist, von einem Druck­ mittel- und Schmiermittelpolster umgeben ist, findet keine Berührung an den metallischen Lagerflächen statt, so daß am Gleitlager jeglicher Verschleiß ausgeschlossen ist. Die Lager von Wellen gemäß der Erfindung können daher im Ver­ gleich zu den bisher bekannten Lagern von Wellen langge­ streckter Maschinen auch wesentlich höheren statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung besteht das hydrostatische Gleitlager aus zwei am Wälzlager beidseitig angeordneten Lagerringen mit sphäri­ schen Außenflächen, die in entsprechend sphärisch ausge­ bildeten, mit dem Lagergehäuse fest verbundenen Lagerring­ schalen schwenkbeweglich gehalten sind. Durch diese Aus­ bildung und Anordnung des hydrostatischen Gleitlagers wird nicht nur die Montage und die Demontage des Gleitla­ gers, sondern auch die des Wälzlagers erheblich verein­ facht und erleichtert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzlager mit dem hydrostatischen Gleitlager über Schmiermittelkanä­ le verbunden, in denen Drosselorgane angeordnet sind. Mit Hilfe dieser Drosselorgane kann einerseits die Versorgung des Wälzlagers mit ausreichenden Mengen an Schmiermitteln geregelt und andererseits durch entsprechend hohen Rück­ staudruck der jeweils im hydrostatischen Gleitlager erfor­ derlich Druck aufrechterhalten werden.
Um die Schmiermittelzufuhr über die Drosselorgane in das Wälzlager zu begünstigen, sind nach einer weiteren vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung die in den Schmier­ mittelkanälen angeordneten Drosselorgane für die Schmier­ mittelzuführung in das Wälzlager seitlich vom Wälzlager und parallel zur Wellenachse verlaufend angeordnet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung einer in der Zeichnung im Längsschnitt schematisch dargestellten Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen.
Wie die Zeichnung zeigt, besteht die Vorrichtung aus einem auf einer Welle (1) angeordnetem Wälzlager (2), welches vorzugsweise als Zylinderrollenlager ausgebildet ist. Die­ ses Wälzlager (2) ist in ein sphärisches, hydrostatisches Gleitlager eingebaut, das aus beidseitig am Wälzlager (2) angeordneten Lagerringen (3) und (4) mit sphärischen Außenflächen (5) und (6) besteht, die in entsprechend sphärisch ausgebildeten, im Lagergehäuse (7) verstellbar angeordneten Lagerringschalen (8) und (9) schwenkbeweglich gehalten sind. Sowohl in den Lagerringen (3, 4) als auch in den Lagerringschalen (8) und (9) des hydrostatischen Gleitlagers sind für die Zuführung von Druck- und Schmier­ mitteln Kanäle (10, 11) bzw. (12, 13) angeordnet. Die in den Lagerringschalen (8, 9) angeordneten Kanäle (12, 13) sind an eine gemeinsame Schmiermittel- und Druckmittelzu­ leitung (14) angeschlossen, die außen am Lagergehäuse (7) befestigt ist und in Pfeilrichtung (15) mit Schmier- und Druckmitteln beschickt wird.
Die Gleitlagerringe (3) und (4) sind auf Stützringen (16) und (17) angeordnet, die das Wälzlager (2) in sich ein­ schließen und die mit dem äußeren Lagerring (18) des Wälz­ lagers (2) fest verbunden sind. In diesen Stützringen (16) und (17) sind Drosselorgane (19) und (20) angeordnet, die mit den Kanälen (10) und (11) in offener Verbindung stehen und die Schmiermittelzufuhr in das Wälzlager (2) regeln. Das Drosselorgan (19) ist hierbei seitlich vom Wälzlager (2) und parallel zur Wellenachse verlaufend angeordnet, wodurch eine intensive Schmierung der Lagerkörper (21) des Wälzlagers (2) von innen her erfolgt. Das im Stützring (17) rechts vom Wälzlager (2) angeordnete Drosselorgan (20), welches mit dem Schmiermittelkanal (11) im Gleitla­ ger (4) in offener Verbindung steht, mündet in einen Ring­ raum (22) , in den ein mit der Welle (1) verbundener Lagerring (23) hineinragt, der zu beiden Seiten mit geringem Abstand von verschleißfesten Ringen (24) und (25) umgeben ist. Der Lagerring (23) ist an den zu beiden Seiten befindlichen Oberflächen mit Schmiermittelförder­ spiralen versehen, die das Schmiermittel (Öl) einerseits durch den auf der linken Seite des Lagerringes (23) be­ findlichen Ringspalt (26) zum Wälzlager (2) und anderer­ seits auf der rechten Seite durch den Ringspalt (27) nach außen fördern. Die Drosselorgane (19) und (20) dienen hierbei nicht nur zur Regelung der Schmiermittelzuführung in das Wälzlager (2), sondern dienen auch zur Aufrechter­ haltung des hydrostatischen Druckes im Gleitlager.
In den Stützringen (16) und (17) sind ferner radial ver­ laufende Bohrungen (28) und (29) vorgesehen, über die das dem Wälzlager (2) seitlich von unten zugeführte Schmier­ mittel nach außen in einen Ringraum (30) abgeleitet und von dort zusammen mit den aus dem hydrostatischen Gleitla­ ger austretenden Schmier- und Druckmitteln über eine unten am Gehäuse außen angeordnete Ableitung (31) nach außen in Pfeilrichtung (32) abgeführt wird.
Das in der Zeichnung rechts vom Wälzlager (2), aus Lager­ ring (23), Ringen (24) und (25) bestehende Lager, stellt das Festlager zur axialen Führung der Welle (1) dar, wobei mit Hilfe der Ringmutter (1 b) der Lagerring (23) zwischen den Buchsen (23 a) und (23 b) fest eingespannt, und der Innenring des Wälzlagers (2) fest gegen die Schulter (1 a) der Welle (1) gedrückt wird. Die zu beiden Seiten des Lagerringes (23) angeordneten Ringe (24, 25) werden durch einen Stützring (16 a) mit Betriebsspiel in ihrer Lage gehalten.
Die in der Zeichnung links vom Wälzlager (2) befindliche Lagerkonfiguration stellt ein Loslager mit Stützring (16 b) dar. Durch die Anordnung eines diesem Loslager entspre­ chenden Lagers auch auf der rechten Seite des Wälzlagers (2), und zwar an Stelle des im wesentlichen aus Lagerring (23) und den Ringen (24, 25) bestehenden Festlagers, wer­ den weitere unterschiedliche Lagerungsmöglichkeiten von Wellen geschaffen, die von Fall zu Fall mit Vorteil bei Maschinen angewandt werden können. Ferner kann auch durch Einspannen wenigstens einer ringförmigen Blechscheibe (34 a) vorbestimmter Stärke zwischen den Lagerringschalen (8) und (9) und dem seitlichen Deckel (34) oder (35) des Lagergehäuses (7) die Spaltweite und damit das Druckflüs­ sigkeitspolster zwischen den Außenflächen (5) und (6) des sphärischen Lagers verändert und dadurch die Schwenkbar­ keit verbessert und Fluchtungsfehler der Welle berück­ sichtigt bzw. ausgeglichen werden. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit der Anordnung von Verstell­ schrauben (36) mit Druckfedern in den seitlichen Deckeln (34, 35) des Lagergehäuses (7) zur axialen Verschiebung der Lagerringschale (8) und/oder (9) und Einstellung der Spaltweite zwischen den Lagerringen (3, 4) und den Lager­ ringschalen (8, 9) und damit des zwischen den Außenflächen (5, 6) des spährischen Lagers befindlichen Flüssigkeits­ polsters, und zwar von außen her und während des Betriebes der Maschine. Durch diese Maßnahmen können alle im Betrieb der Maschine auftretenden Lagerbelastungen, insbesondere auch wechselnde Lagerbelastungen, Vibrationsneigungen und Vibrationsübertragungen sowie thermische Belastungen kom­ pensiert und Geräuschbildungen wie auch Geräuschübertra­ gungen vermieden werden. Durch gesteuerte oder geregelte Veränderung nach Druck und/oder Menge des zwischen den spährischen Flächen (5, 6) hindurchströmenden Druck­ und Schmiermittelstromes kann in einfacher Weise eine sogenannte harte oder weiche Lagerung der Welle erreicht werden.
Diese in der Zeichnung beispielhaft schematisch darge­ stellte Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreck­ ter Maschinen gemäß der Erfindung zeichnet sich nicht nur dadurch besonders aus, daß das Wälzlager (2) im Betrieb der Maschine frei gehalten wird von Querkräften und daher eine hohe Lebensdauer aufweist, sondern zeichnet sich auch durch den sehr einfachen und besonders kompakten Aufbau aus, wodurch die Montage und Demontage eines derart ausge­ bildeten Lagers gemäß der Erfindung erheblich erleichtert wird, und das jederzeit mit verhältnismäßig geringem Arbeits- und Kostenaufwand auch bei bereits im Betrieb befindlichen Maschinen noch nachträglich sehr leicht ein­ gebaut werden kann. Für alle die Fälle, bei denen der Antrieb der Maschine über Riemenscheiben und Riemen er­ folgt, ist es zweckmäßig, riemenzugseitig wenigstens jede dritte Bohrung für die Schmier- und Druckmittelzuführung in das hydrostatische Gleitlager schräg in Richtung an­ triebsmotorzeigend anzuordnen, um ein im hydrostatischen Gleitlager allseitig gleichmäßig verteiltes Schmiermittel­ polster aufrecht zu erhalten. Im übrigen kann es auch zweckmäßig sein, das hydrostatische Gleitlager gemäß der Erfindung mit einer Drehsicherung (33) zu versehen, so daß die inneren Lagerringe (3) und (4) des Gleitlagers zwar die von der Welle (1) ausgehenden Schwenkbewegungen auf­ nehmen und kompensieren, sich jedoch nicht mit der Welle in Umdrehungsrichtung bewegen können.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen, insbesondere von Zentrifugen, Drehtrom­ meln, Walzenpressen etc., wobei zur drehbeweglichen Lagerung der Wellen Wälzlager vorgesehen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2) in ein sphärisches, hydrostatisches Gleitlager (3, 4, 8, 9) eingebaut ist, und daß die Lager (2, 3, 4, 8, 9) an Druck- und Schmiermittelleitungen (14, 31) ange­ schlossen sind.
2. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Gleitlager (3, 4, 8, 9) aus zwei am Wälzläger (2) beidseitig angeordneten Lager­ ringen (3, 4) mit sphärischen Außenflächen (5, 6) besteht, die in entsprechend sphärisch ausgebildete­ ten, mit dem Lagergehäuse (7) fest verbundenen Lager­ ringschalen (8, 9) schwenkbeweglich gehalten sind.
3. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wälzlager (2) mit dem hydrostati­ schen Gleitlager (3, 4, 8, 9) über Schmiermittelkanä­ le (10, 11) verbunden ist, in denen Drosselorgane (19, 20) angeordnet sind.
4. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in den Schmiermittelkanälen (10, 11) angeordneten Drosselorgane (19, 20) für die Schmiermittelzuführung in das Wälzlager (2) seitlich vom Wälzlager (2) angeordnet sind, wobei das Drossel­ organ (19) parallel zur Wellenachse verlaufend ange­ ordnet ist.
5. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2) als Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
6. Vorrichtung zur Lagerung von Wellen langgestreckter Maschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2) als Kugellager ausgebildet ist.
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