-
Rotorlager, um insbesondere die Schwingungen von Hochgeschwindigkeitsrotoren
zu verhindern Die Erfindung betrifft Verbesserungen an radialen Lagern, für vertikale
Wellen, von schweren, mit hohen Geschwindigkeiten in Drehung versetzten Körpern,
beispielsweise den Rotoren von Gyroskopschiffsstabilisatoren oder lotrechten Turbinenrotoren,
Generatoren o. dgl., und im besonderen Mittel, um eine gyrostropische Schwankung
und übermäßige Schwingung dieser Rotoren, zu beseitigen. Selbst wenn der Rotor eines
Stabilisators mit Sorgfalt ausbalanciert ist und das Lagerspiel so klein gemacht
ist, daß es gerade noch für eine richtige Schmierung und Kühlung ausreicht, hat
sich gezeigt, daß eine übermäßige Schwingung des Rotors mit Wahrscheinlichkeit bei
hohen Geschwindigkeiten entwickelt wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Schwingurig
oder gyrostropische Schwankung durch eine Abänderung der Lagerkonstruktion zu beseitigen.
-
Um eine richtige ununterbrochene Schmierung einer Welle, besonders
einer lotrechten Welle eines gyrostropischen Stabilisators, sicherzustellen, in
dem die Belastung schwer ist und fortgesetzt ihre Richtung ändert, hat es sich als
notwendig herausgestellt, ein erhebliches Spiel zwischen der Welle und dem Weißmetalllager
herzustellen, um genügend frisches 01
sowohl zur Schmierung als auch zur Kühlung
des Lagers zuzuführen. Dieses Spiel schwankt je nach dem Durchmesser des Lagers
von 0,38 bis o,61 mm auf jeder Seite der Welle. Wenn, der Rotor vollkommen
ausbalanciert wäre, würde er sich zweifellos ohne Schwingung= drehen. In der Praxis
ist es jedoch äußerst schwierig, eine absolut vollkommene Ausbalancierung zu erreichen,
und auch eine sehr geringe Größe einer Unbalance von beispielsweise 28 g
oder weniger an einem Rotor vom Gewicht vieler Tonnen kann eine Schwingung oder
Schwankung hervorrufen, die bei hoher Geschwindigkeit gefährliche Größenverhältnisse
erreichen kann.
-
Um diesen Mängeln abzuhelfen, werden gemäß der Erfindung die radialen,
Hauptlager durch- verhältnismäßig kleine Hilfslagerblöcke ergänzt, die praktisch
kein Spiel haben, wenn sie- mit einer Ölhaut laufen, und diese Hilfsblöcke werden
durch nachgiebige Mittel an ihrem Platze gehalten, so daß diese Blöcke unter normalen
Bedingungen die Welle eng umfassen und die Entwicklung einer Schwankung verhindern.
Wenn jedoch die Hauptlagerbelastung einen vorbestimmten Betrag überschreitet und
gegen irgendeinen Hilfsblock gerichtet ist, gibt er nach und gestattet es, daß die
Belastung durch das Hauptlager aufgenommen wird.
In, den, Zeichnungen
sind verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
-
Abb. = ist eine Seitenansicht eines Kreiselstabilisators mit lotrechter
Achse, die eines der Lager im Schnitt zeigt.
-
Abb. 2 ist ein Schnitt durch dasselbe Lager in größerem Maßstabe.
-
Abb.3 ist ein ähnlicher Schnitt in einem noch größeren Maßstabe, der
die genaue Konstruktion der Hilfsblöcke zeigt.
-
Abb.4 ist ein Schnitt im rechten Winkel zu den Abb. 2 und 3, er zeigt
eine etwas abweichende Form des Lagerblockes.
-
Abb. 5 zeigt in einer ähnlichen Ansicht eine weitere Form des Lagerblockes,
in der hydraulischer Druck zum Anheben des Blockes während des Anlaufs des Gyroskops
benutzt werden kann.
-
Abb.6 ist eine Vorderansicht eines Hilfslagerblockes, die das in dem
Hauptlager für denselben vorgesehene Spiel zeigt.
-
Die - Erfindung ist - zwar für Lager eines beliebigen Hochgeschwindigkeitsrotors
verwendbar, insbesondere jedoch. für lotrechte Wellenlager und die lotrechten Wellen,
von Gyroskoprotoren. Abb. i soll ein Schiffsstabilisierungsgyroskop von großen.
Abmessungen darstellen, dessen Kreiselgehäuse i schwingend in Zapfen 2 und 3 auf
dem Schiff montiert ist. Der eigentliche Rotor liegt normal in einer waagerechten
Ebene, d. h. einer zu dem Papier senkrechten Ebene. Die Welle 4 desselben ist in
der Normalstellung lotrecht, werm jedoch der Kreisel präzediert, dreht sich. die
Welle mit dem Gyroskop in der Ebene der Längsachse des Schiffes um einen Winkel
von etwa 6o' auf die Seite. Das Gyroskop wird durch den üblichen Präzessionsmotor
5 und die Bremse 6 gesteuert, die über einen großen Zahnradsektor 7 an dem Kreiselgehäuse
arbeiten. Die Rotorwelle ist an den oberen und unteren Enden an radialen Lagern
8 und 9 gelagert, von denen nur das obere Lager im Schnitt dargestellt ist. Der
Rotor ist in diesem Ausführungsbeispiel von oben an, einem -reibungslosen Schublager
=ö aufgehängt, die Hauptpräzessionsbelastung wird indessen durch die Führungs- oder
radialen Lager 8 und 9 aufgenommen.
-
Die Abb.2 und 3 zeigen einen Schnitt durch eines dieser Lager in größerem
Maßstabe als Abb. i. Die Lagerhülse =i ist in dem äußeren Ring 12 des Lagers in
der üblichen Weise universal unterstützt. Die Hülse ist auf einen hinreichenden,
Durchmesser zur Aufnahme des Weißmetallfutters 13 ausgebohrt und hat vorzugsweise
Nuten 14. Das Weißmetall wird in der in heißem Zustande befindlichen Hülse geformt
oder gegossen, wobei das Metall. in die Nuten 14 fließt, so daß das Metallfutter
an seinem Platze gehalten wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Weißmetall,
sobald es sich abkühlt, auch wenn die Flächen der Hülse richtig bemessen waren,
die Neigung hat, von der Hülse wegzuschrumpfen, und dies hat eine lockere Verbindung
zwischen beiden zur Folge, die ein Spiel entwickeln. und so zu der Entstehung einer
möglichen Schwingung der Welle Anlaß geben kann. Um dies zu verhindern., wird das
Futter nach seiner Abkühlung in bekannter Weise einem hydraulischen Drucke über
den N achgiebigkeitspunkt des Lagermetalls hinaus unterworfen und auf diese Weise
das Lagermetall in innige Druckberührung mit der Hülse gepreßt.
-
Gemäß der Erfindung sind nun Hilfslagerblöcke 22 vorgesehen, die vorzugsweise
quadratisch sind und in Abständen voneinander vorzugsweise als eine kreisförmige
Gruppe rund um das Lager angebracht sind. Wir ordnen vorzugsweise die Blöcke in
der Nähe der Mitte des Lagers in Bohrlöchern 23 in der Hülse =i und dem Weißmetallfutter
an. Die erwähnten< Löcher sind an dem äußeren, der Lagerfläche abgewandten Ende
von größerem Durchmesser und bilden eine ringförmige Schulter 24 an ihrem Boden.
jeder Block 22 ist mit einer zusammenwirkenden Ringschulter 25 versehen. Der Block
wird normal mit den Schultern durch eine starke Druckfeder 26 in Berührung gehalten,
diese liegt mit einem Ende gegen, den aufgeschraubten einstellbaren Ring 27 und
am anderen. Erde gegen die Lagerplatte oder Grundplatte 28 des Führungsstiftes 29,
dessen, Schaft von der Feder umschlossen und an seinem oberen Ende in dem mit Nuten
versehenen Loch 30 in der Büchse ?,7 geführt ist. Die vordere (Lager-) Fläche des
Blockes ist mit Weißmetall 31 bekleidet, das dünner als das Weißmetall auf dem Hauptlager
ausgeführt sein kann.
-
In ihrer normalen Lage liegt die Lagerfläche des Blockes viel dichter
an der Welle des Rotors als die Hauptlagerfläche. Es hat sich indessen durch zahlreiche
Versuche herausgestellt, daß das Lager, wenn der Versuch gemacht wird, den Spielraum
des Hauptlagers auf Ölhautabmessungen zu verringern, sich überhitzen und infolge
einer zur Kühlung sowie zur Schmierung ungenügenden Ölzufuhr ausbrennen wird. Wir
haben es daher als notwendig gefunden, den Spielraum des Hauptlagers in der Größenordnung
von 0,97 oder 0,485 mm auf jeder Seite für einen Durchmesser von 46o mm herzustellen.
Anderseits können wir mit Sicherheit die Hilfsblöcke bis auf Ölhautdicke (etwa
0,05 mm) an die Welle heranführen, so daß beim Laufen des Lagers kein Spielraum
zwischen den Blöcken und der Welle vorhanden ist und die Lagerflächen der Blöcke
nur durch die Ölhaut von der Welle getrennt werden, so daß die Welle praktisch
starr
gehalten wird. Wenn anderseits die Hauptlagerbelastung, sobald sie von der einen
Seite zur andern mit-der Präzession des Gyroskops sich verschiebt, einen Teil des
irgendeinen Lagerblock enthaltenden Lagers erreicht, gibt die Feder 26 so nach,
daß die Hauptbelastung durch das Hauptlager aufgenommen wird. Die vorliegende Erfindung
ist im besonderen auf solche Lager anwendbar, in denen das `@Teißmetall in vier
Bögen (Quadranten) aufgelegt. ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Lagerfläche
jedes Bogens ein wenig einseitig zu der Mittelachse des Lagers liegt. In einem derartigen
Lager ist der Hilfsblock gemäß der Erfindung vorzugsweise in der Mitte jedes Bogens
(Quadranten) gelegen.
-
Dem Block 22 wird vorzugsweise eine lose Passung in dem der Rotorwelle
zugekehrten Abschnitt 33 des Loches (4bb. 6) gegeben, dabei werden die Kanten des
Blockes abgerundet, so daß er ein wenig in beliebiger Richtung seitlich schwingen
oder sich drehen kann. Vorzugsweise ist er ferner an dem Rücken abgeschrägt, wo
er mit der Grundplatte 28 in Berührung ist, so daß der Block ein, wenig in der Drehungsrichtung
der Welle kippen kann, um das Entstehen einer Ölhaut darunter zu unterstützen. Außerdem
oder anstatt dieser Konstruktion kann die als Lagerfläche dienende Seite des Weißmetalls
auf dem Block 22' ein wenig abgeschrägt werden, wie es bei 6o in übertriebener Form
für den gleichen Zweck dargestellt ist, und das Hauptlagerfutter kann ebenso an
der Ecke 35 jenseits der abgeschrägten Kante des Blockes 22 abgeschrägt werden.
-
Um die Schmierung des Blockes zu sichern, tritt das Öl zu dem Lager
durch das Loch 36 in der Lagerhülse (Abb. 3) in die Kammer 37 ein, von wo es nicht
nur durch schräge Bohrungen 38 zu den mit Nuten 39' verbundenen Öllöchern quer zu
der Fläche des Lagers, sondern, auch durch das Loch 3o in der Büchse 27 und längs
des Schaftes 29 durch Nuten 3o' in das Innere der Bohrung 23 und von dort durch
den Spielraum zwischen dem Block 22 und der Hülse ii mit dem Weißmetall fließt.
-
Abb.4 zeigt eine etwas abgeänderte Anordnung für die Blöcke. In dieser
ist die Rückenplatte 4o der Feder 26 an der Außenseite der Lagerhülse 12' befestigt,
und der Lagerblock 22' ist auf das innere Ende eines durch den Block 4o hindurchgehenden
Bolzens 41 geschraubt. Öl tritt über dem Block durch das Rohr 42 ein. Es kann ein
hinreichendes Spiel zwischen dem Bolzen 41 und dem Loch 43 zugelassen werden, um
ein richtiges Selbstausrichten des Blockes mit der Welle zu ermöglichen. Eine Dichtung
44 verhindert das Entweichen des Öles.
-
Abb.5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Bei dieser kann hydraulischer
Druck verwendet werden, um die Blöcke während des Anlaufs des Rotors abzuziehen,
um hierdurch die Rotorwe11e von dieser zusätzlichen Belastung zu entlasten, bis
die Ölhäute richtig entwickelt sind. Wie dargestellt, liegt die Druckfeder 26' an
einem Ende gegen eine Rückenplatte 40', die mit der Lagerhülse verschraubt ist,
und an dem anderen Ende gegen die nach außen gerichtete Fläche eines in -eine Bohrung
46 in der Hülse eingepaßten Kolbens 45. Hydraulischer Druck kann auf die Rückseite
des Kolbens mittels eines biegsamen Rohres 46' eingelassen werden, das mit einer
durch den Schaft des Kolbens hindurchgehenden Bohrung 47 verbunden ist, welche mit
einer oder mehreren nach der Rückseite des Kolbens führenden Bohrungen 48 in Verbindung
steht. Der Kolben ist ferner mit einem Führungsansatz oder einer kurzen Kolbenstange
49 verbunden, die verschiebbar in, eine abgesetzte Bohrung 5o in der Hülse eingepaßt
und mit einer geeigneten Dichtung 5i versehen ist, um das Entweichen des Wassers,
Öles oder einer anderen zur Lieferung des hydraulischen Druckes benutzten Flüssigkeit
zu verhindern. An seinem unteren Ende liegt der erwähnte Ansatz gegen einen abgerundeten
Block 52 auf dem Lagerblock 22". Dieser ist auf diese Weise normal in seiner äußersten
Lage durch die Feder gehalten und kann ein wenig in beliebiger Richtung kippen,
um sich selbst auf den Ölhautzustand einzustellen. Beim Anlauf jedoch kann hydraulischer
Druck zugef'ü'hrt werden, um den Block von dem gegen die Rotorwelle gerichteten
Druck der Feder 26' zu entlasten, so daß er nach außen stoßen und einen geringen
oder gar keinen Druck auf die Welle beim Anlauf ausüben kann. Bei dieser Form sind
keine Grenzschultern erforderlich, da nach dem Andrehen der Welle die Ölhaut den
richtigen Spielraum aufrechterhalten wird und, bevor die Drehung in Gang kommt,
jeglicher Druck auf den Block aufgehoben wird.