DE870047C - Lager fuer hohe Umlaufgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

• Lager für hohe Umlaufgeschwindigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager für hohe Umlaufgeschwindigkeiten, beispielsweise an Turbinen, Verdichtern, Zentrifugen u. dgl. Es ist bekannt, daß die Belastbarkeit sowohl von Gleitals auch von Wälzlagern mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit des gelagerten Teils abnimmt. Die Ursache hierfür liegt bei Wälzlagern darin, daß einerseits die Umlaufgeschwindigkeit sowohl der Wälzkörper als auch ihrer Käfige, andererseits aber auch die Abrollgeschwindigkeit bzw. .die Drehzahl der einzelnen Wälzkörper selbst begrenzt ist, während bei Gleitlagern die Relativgeschwindigkeit der aufeinander gleitenden Teile, unabhängig von einer etwa vorhandenen gemeinsamen Umfangsgeschwindigkeit, die Belastbarkeit des Lagers dadurch begrenzt, daß die Abfuhr der im Lager erzeugten Reibungswärme, die mit dieser Gleitgeschwindigkeit und mit den Lagerdrücken anwächst, erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
• Nun ist zur Behebung dieser Schwierigkeiten bei Gleitlagern bereits vorgeschlagen worden, die Relativgeschwindigkeit zwsichen der Welle und dem Lagergehäuse durch an der Umlaufbewegung teilnehmende Zwischenglieder in Gestalt von schwimmenden Büchsen auf mehrere hintereinander wirkende Lagerstellen aufzuteilen. Hierbei ist jedoch keine Gewähr dafür gegeben, daß die Belastung infolge ungleicher Reibungsverhältnisse an den einzehren Lagerstellen nicht schließlich doch hauetsächlich von einer einzigen Lagerstelle getragen werden muß, da die zufällig mit größerer Reibung behafteten Lagerstellen einfach .an -der Umlaufbewegung nicht mehr teilnehmen.
• Außer bei Axiallagern als Wälz- oder Gleitlager sind auch Maßnahmen bei Drucklagern bekanntgeworden, bei denen zur Aufnahme :des Axialdruckes eine Anzahl von Druckscheiben sowohl mit einer Relativgeschwindigkeit gegen die Welle als auch gegen- den feststehenden Teil der Maschine umlaufen. Die umlaufenden Druckscheiben wutr-den z. B. mit der Welle derart gekuppelt, daß die Geschwindigkeit der einzelnen Druckscheiben kleiner als die:der sich drehenden Welle.wär. Besonders,nachteilig war bei dieser Ausführung; daß die Antriebselemente der einzelnen Zwischenglieder im eingebauten Zustand von außen nicht zugänglich waren.
• Erfindungsgemäß -werden die bei früheren Konstruktionen bekanntgewordenen. Nachteile dadurch behoben, .daß die die einzelnen Lagerstellen bildenden oder tragenden Zwischenglieder an ihrem Umfang mit Verzahnungen versehen sind;- . in , die .' am Lagergehäuse drehbar gelagerte Zahnräder, ein-, greifen, welche ihrerseits durch auf der Welle fest angeordnete Zahnkränze angetrieben-_werden. Mit Sicherheit wird hierdurch ein festes Übersetzungsverhältnis erreicht-, und auch leichte Zugänglichkeit ist gewährIeis.tet. -Bei Längslagern wird zweckmäßig der Durchmesser der Verzahnungen am äußeren Umfang der Scheiben und des Wellenflansches vom Flansch ausgehend von Zwischenglied zu Zwischenglied -größer gemacht. Bei Querlagern bzw. vereini:,-#Kn .Quer-. und Längslagern sollen die Zwischenglieder von,'ener Reihe lose auf die Welle bzw: aufein.andergeschobener Büchsen mit an ihrem einen Ende angeordneten Flanschen gebildet werden, wobei deren ersterer gegen- einen an der Welle angeordneten Flansch anliegt und der Durchmnesser der Verzahnung am Umfang der Flansche vom Wellenflansch ausgehend von Flansch zu Flansch stufenweise größer wird.
• Wälzlager werden vorteilhaft- derartig ausgebildet, daß zwei Einzellager unter -Einfügung einer Zwischenbüchse hintereinandergeschaltet sind und die Zwischenbüchse von der Welle aus, z. B. über einen mit der Welle :umlaufenden Zahnkranz, über am Gehäuse gelagerte Ritzel und über eine Innenverzahnung der Zwischenbüchse in entgegengesetzter Drehrichtung zu .dieser -angetrieben wird. Das kann etwa mit der halben Wellendrehzahl geschehen Durch Anwendung dieser Erfindung ist unbedingte: Gewähr dafür gegeben., daß auf jede einzelne Lagerstelle nur ,genau der für sie vorgesehene Anteil an'der gesamten. Reibungsairbeit des Lagers entfällt.
• Die Erfindung wird im folgenden in.. mehreren Aüsfühzungsbeispielen. an Hand- der . Zeichnung näher erläutert, wobei auch noch weitere, die Erfindung: vervollkommnende Einzelheiten erkennbar werden. -In der Zeichnung zeigt Abb. i ,den Längsschnitt durch ein. als Längslager -ausgebildetes Gleitlager, Abb. 2 den Längsschnitt durch ein als Quer- und Längslager ausgebildetes Gleitlager, Abb. 3 ein dem gleichen Zweck dienendes Kugellager, ebenfalls im Längsschnitt und Abb. ¢ ein Drehzahlschaubild für das Lager nach Abb. 3.
• In der Abb. i dient ,das Lager dazu, den in Pfeilrichtung wirr-ken.den .axialen Schub der sich in dem Gehäuse io mit großer Umlaufgeschwindigkeit drehenden. Welle i i aufzunehmen.. Zu diesem Zweck stützt sich die Welle i i mit ihrem Flansch 12 nicht unmittelbar auf die im Gehäuse angeordnete Stütz-Platte 13, sondern es ist zwischen dem Flansch 12 und der Stützplatte 13 eine Anzahl (fünf) lose über die Welle geschobener Scheiben 14 von unterschiedlichem Durchmesser angeordnet. Sowohl der Flansch 1.2 als auch jede der Scheiben 14 sind am Umfang mit einem Zahnkranz 15 bzw. 16 versehen. Sämtliche Zahnkränze kämmen gleichzeitig mit einem abgestuften Rädersatz 17, .der ini Gehäuse io drehbar gelagert ist und von dem auf dem Flansch 12 angeordneten- Zahnkranz 15 zwangsläufig mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird.
• Da .die Durchmessee .der einzelnen Zahnkränze i8 -des Rädersatzes 17 in der Richtung vom Wellenflansch 12 auf die Stützplatte 13 hin stufenweise abnehmen und .die Durchmesser der Zahnkränze 16 in der gleichen. Richtung gesehen im selben Verhältnis zunehmen, so muß sich vom Wellenflansch 12 ausgehend jede Zwischenscheibe 14. mit genau festliegender geringerrer Umlaufgeschwindigkeit drehen als die vorhergehende Scheibe, so .daß also die hohe Umlaufgeschwindigkeit des Wellenflansches i2- gegenüber dem festen Gehäuse io in eine ganze Anzahl weit geringerer Relativgeschwindigkeiten zwischen den einzelnen Scheiben 14 aufgeteilt wird. Auf jedes der so entstandenen Teillager wirkt zwar der volle-Achsschub unvermindert ein, doch wird in jedem Teillager wegen der geringeren Relativgeschwindigkeit nur ein Bruchteil der Reibungswärme erzeugt als an einem einzigen, der vollen Umlaufgeschwindigkeit des Flansches 12 ausgesetzten Stützlager und dadurch die Belastbarikeit des Gesamtlagers erhöht.
• Das in Abb.2 dargestellte Querlager ist grundsätzlich in gleicher Weise ausgebildet wie das oben beschriebene reine Längslager. Nur ist in diesem Fall dem geänderten Zweck des Lagers entsprechend zwischen der Welle i i und dem festen Gehäuse io eine Anzahl schwimmender Büchsen 2o aus Lagermetall lose eingefügt. Jede dieser Büchsen ist mit einem an seinem Umfang. verzahnten Flansch 21 versehen. Die Zahnkränze 16 dieser Flansche kämmen wieder mit den entsprechenden Zahnkränzen des Radsatzes 17, der von dein Wellenflansch 12 mit einer bestimmten, Drehzahl angetrieben wird. Die Wirkungsweise des Lagers ergibt sich aus dem oben Gesagten ohne weiteres.
• Das Lager der Abb. 2 ,kann im Bedarfsfall, außer als reines Querlager auch gleichzeitig als Längslager benutzt werden, indem die Flansche 21 dann die Funktion der Scheiben 14 in Abb. r übernehmen. Die Abstufung der Durchmesser der Scheiben 1q. bzw. der Flansche 21 kann entweder linear oder, wenn dies für eine gleichmäßige Aufteilung der Lagerarbeit erforderlich erscheint, auch nichtlinear erfolgen.
• In ähnlicher Weise, wie es oben für Gleitlager beschrieben wurde, kann man nun auch bei Wälzlagern zurVerringerung derRelativgeschwindigkeit mehrere solcher Lager hintereinanderschalten, wobei jeweils die Verbindungsglieder zwischen zwei Teillagern durch das erwähnte Getriebe auf einer bestimmten Drehzahl gehalten werden. Hierdurch können die Umfangsgeschwindigkeit der Wälzlager und ihre Abroll:geschwindigkeit auf der Laufbahn. beliebig verkleinert werden. Man. kann dabei durch Drehen des Außenringes des Wälzlagers in umgekehrter Richtung zum Innenring sogar erreichen; daß sich die Wälzkörper lediglich auf der Stelle um ihre eigene Achse drehen, der Kugel- bzw. Rollen.-käfig also stillsteht.
• Wenn man entsprechend dem in Abb. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Einzellager 25, 26 unter Einfügung einer umlaufenden Zwischenbüchse 27 hintereinanderschaltet und die Zwischenbüchse von der Welle i i aus über den mit der Welle umlaufenden Zahnkranz 28, über die am Gehäusedeckel 29 drehbar gelagerten Ritzel3o und die Innenverzahnung 3 1: der Zwischenbüchse mit etwa der halben Drehzahl der Welle i i in entgegengesetzter Drehrichtung zu .dieser antreibt, so ergeben sich die in dem. Schaubild der Abb. q. dargestellten Drehzahlverhältnisse. Dort sind in senkrechter Richtung die jeweiligemDrehzahlen der einzelnen Lagerteile in Abhängigkeit von der zugehörigen Drehzahl nu, der Welle i i aufgetragen. Es bedeuten im einzelnen ni die Drehzahl des Innenringes 32 des Einzellagers 25, .die jeweils gleich der Wellendrehzahl ist, nk die Drehzahl des Kugelkäfigs, wenn die Welle nur in. einem einzigen Lager gelagert wäre, nkl die Drehzahl des Kugelkäfigs des Lagers. 25, uk2 die Drehzahl des. Kugelkäfigs des Lagers 26 und nh die Drehzahl der Büchse 27. Man ersieht aus dem Schaubild., daß sowohl .der Kugel-käfig des Lagers 25 als auch derjenige des Lagers 26 jeweils nur die halbe Drehzahl des Kugelkäfigs bei Verwendung nur eines einfachen Kugellagers hat und dementsprechend auch die durch die Fliehkräfte hervorgerufenen Laufbahndrücke der einzelnen Kugeln .des Lagers geringer sind.
• In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Welle in einem feststehenden Gehäuse gelagert. Selbstverständlich kann die Erfindung mit den gleichen Vorteilen auch in den. Fällen angewendet werden, wo es sich darum handelt, eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle in einer zweiten ebenfalls mit hoher Drehzahl in entgegengesetzter Drehrichtung umlaufenden höhlen Welle zu lagern, wie es z. B. bei mehrstufigen Verdichtern bzw. Turbinen mit gegenläufigen Laufrädern häufig vorkommt. Desgleichen kann auf diese Weise ein umlaufendes Gehäuse auf einem feststehenden. Wellenzapfen gelagert werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Lager für hohe Umlaufgeschwindigkeiten, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen Wedle und Lagergehäuse durch an der Umlaufbewegung teilnehmende Zwischenglieder, wie schwimmende Büchsen od. dgl., auf mehrere hintereinander wirkende Lagerstellen aufgeteilt wird, und die Zwischenglieder durch ein Getriebe derart untereinander und mit der Welle verbunden sind, daß die Aufteilung der Relativgeschwindigkeit der Welle auf die einzelnen Lagerstellen zwangsläufig in einem bestimmten festen Verhältnis erfolgt, dadurch. gekennzeichnet, daß die die einzelnen Lagerstellen bildenden oder tragenden Zwischenglieder (14, :20, 27) an ihrem Umfang mit Verzahnungen (16, 31) versehen sind, in die am Lagergehäuse (io) drehbar ;gelagerte Zahnräder (17, 30) eingreifen, welche ihrerseits durch auf der Welle (i i) fest angeordnete Zahnkränze (15, 28) angetrieben werden.
2. 2. Längslager nach Anspruch i, bei dem die Zwischenglieder von einer Reihe lose auf die Welle aufgeschobener Scheiben gebildet werden; deren erstes Glied sich. gegen einen Flansch der Welle und deren letztes Glied sich geben. das Lagergehäuse stützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Verzahnungen (15, 16) am äußeren Umfang der Scheiben und des Wellenflansches vom Flansch ausgehend von Scheibe zu Scheibe stufenweise größer wird.
3. 3. Querlager bzw. vereinigtes Quer- und Längslager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder von einer Reihe lose auf .die Welle bzw. aufeinandergeschobener Büchsen (2o) mit an ihrem einen Ende angeordneten Flanschen (21) gebildet werden, deren, erster gegen einen an .der Welle angeordneten Flansch (12) anliegt, und daß der Durchmesser der Verzahnungen (15, 16) am Umfang der Flansche von dem Wellenflansch (12) ausgehend von. Flansch zu Flansch stufenweise größer wird. q.. Wälzlager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Einzellager (25, 26) unter Einfügung einer Zwischenbüchse (27) hintereinandergeschaltet sind und die Zwischenbüchse von der Welle (i i) aus, beispielsweise über einen mit der Welle umlaufenden Zahnkranz (28), über am Gehäuse gelagerte Ritzel (30) und über eine Innenverzahnung (31) der Zwischenbüchse, mit etwa der halben Drehzahl der Welle (ii) in entgegengesetzter Drehrichtung zu dieser angetrieben wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 496 353.