DE880979C - Reibungsarme Lagerung fuer drehende Teile, insbesondere schnell laufende Wellen - Google Patents

Description

• Reibungsarme Lagerung für drehende Teile, insbesondere schnell laufende Wellen Es ist bekannt, für die Lagerung schnell laufender Maschinenteile ein fluides Medium (Luft, Flüssigkeit) zum Tragen der beweglichen Teile zu verwenden.
• Durch die schnelleDrehgeschwindigkeitzwischen Lagerachse und Lagerschale wird das flüssige lvIedium an die engste Stelle zwischen beiden gepreßt, so daß immer ein tragender Film zwischen Lagerachse und Lagerschale vorhanden ist. Diese Art der Lagerung hat jedoch .den Nachteil, da@ß sie nur von einer gewissen Drehgeschwindigkeit an wirksam ist. Bei kleinen Drehzahlen und im Stillstand ist das tragende Polster naturgemäß nicht vorhanden, und es tritt eine direkte Berührung von Achse und Schale ein. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Forderung eines bestimmten sehr kleinen Luftspaltes zwischen den beiden Teilen, weil anderenfalls nicht die erwähnte Tragwirkung eintritt. Ein enger Spalt hat aber leicht Erwärmung und Verschmutzung zur Folge und gibt dadurch oft zu Betriebsstörungen Anlaß. Es ist auch bekannt, für Teile, die nur ganz kleine Drehgeschwindigkeiten ausführen, eine Lagerung auf Luft oder Flüssigkeit zu verwenden. Hierbei wird der bewegliche Teil von einem oder mehreren Luft-bzw. Flüssigkeitsstrahlen getragen. Die Strahlen müssen unter gleichem Druck stehen, da sich sonst eine Verlagerung des getragenen Lagerzapfens einstellt. Hierfür - ist infolgedessen für jeden Strahlkanal eine besondere Pumpe erforderlich; und es müssen Mittel vorgesehen sein, um den Pumpendruck, gleichbleibend zu halten. Auch wo nur mit einer gemeinsamen Pumpegeafrbeitet wird, sind Einrichtungen vorgesehen, die den Drück gleichhaften und darüber hinaus auf die einzelnen Kanäle gleichmäßig verteilen. Solche Lagerungen sind aber nicht brauchbar für Teile, die gegen den stillstehenden Lagerteil in eine genau differenzierte Stellung bei gleichzeitiger Einwirkung von beispielsweise magnetischen Kräften gelagert sein müssen, also etwa für Läufer elektrischer Maschinen usw.
• Die Erfindung zeigt eine Lagerung auf einem flüssigen Medium, die sowohl im Stillstand als auch bei Lauf der Lagerachse die erwähnten Nachteile vermeidet und gleichzeitig imstande ist, große Kräfte aufzunehmen. Sie ist also nicht nur für Drehbewegungen, also für die Lagerung insbesondere schnell laufender Wellen, sondern auch für die Lagerung hin und her bewegter Teile, z. B. Kolben, Kreuzköpfe anwendbar.
• Sofern als flüssiges Medium Luft verwendet wird, wird der Vorteil fast völliger Geräuschlosigkeit und Erschütterungsfreiheit bei kleinstmöglichem Reibungsmoment erzielt.
• Das Kennzeichnende der erfindungsgemäßen Lagerung ist die Druckwirkung, die dann entsteht, wenn durch Belastung des Lagerzapfens die Austrittsöffnung eines oder mehrerer von in die Bohrung der Lagerschale mündenden, das flüssige Medium führenden Kanälen versperrt wird, während bei unversperrter Kanalmündung ein Druck praktisch nicht vorhanden ist. Bedingung hierfür ist, daß das Medium unter möglichst hohem Druck in die Kanäle gebracht wird, daß aber durch geeignete Formgebung der Kanäle der Druck praktisch vollständig vernichtet wird, so daß nur eine verschwindend geringe Menge des Druckmediums aus den Kanälen hervorquillt: Bei der Erfindung handelt es sich somit um dieselbe Erscheinung, die beim tropfenden Wasserhahn einer unter hohem Druck stehenden Wasserleitung auftritt, bei der die Tropfen bei unversperrter Hahnmündung drucklos herabrieseln, während bei gesperrter öffnung der volle Druck der Wasserleitung auf der Sperrung, z. B.,dem angedrückten Finger, aufliegt. Aus diesem Vergleich geht anschaulich der Unterschied zwischen den Strahllagerungen hervor: Beispiele für die erfindungsgemäße Lagergestaltung erbringen die Abbildungen, von denen Abb. i eine waagerechte Anordnung mit kugelförmigen Achsenden, Abb. 2 eine senkrechte Anordnung mit zylinderförmigen Achsenden, Abb. 3 eine als Kreuzkopf dienende Anordnung darstellen.
• Der Schnelläufer:i der Abb. i, etwa ein Turbinen- oder Kreiselrad, sitzt auf einer Welle 2, die in den Lagern 3 und q. gelagert ist. Die Wellenenden sind kugelförmig gestaltet, wie bei S und 6 zu sehen ist. Die kugeligen Wellenenden liegen in kugeligen Höhlungen. Der zwischen beiden liegende Lagerspalt eist schmaler, als bei normalen Gleitlagern üblich. In -die Höhlungen münden, von einem gemeinsamen ringförmigen Sammelkanal ausgehend, mehrere Reihen möglichst gegeneinander versetzter Kanalzuführungen; u. a. i i bis 'i4. Der Sammelkanal 7 ist an die Zuführung 8, z. B. für die Druckluft, angeschlossen. Im Zuge &r Kanäle befinden sich Drosselungsstellen 9, die in den Zeichnungen als Querschnittsverengungen dargestellt sind. Außerdem 'können noch andere drosselnd wirkende Vorrichtungen vorgesehen sein, z. $. scharfkantiges Abknicken des Kanalläufers. Die Verengungen sowie die übrigen Drosselungen sind so bemessen, .daß sowohl die potentielle als auch die (durch Wirbelbildung) kinetische Energie der .Luft bei offenen Kanalmündungen praktisch vollständig aufgebraucht wird. Werden jedoch die Kanalmündungen .durch die Pressung der Kugelenden 5 oder 6 mehr oder weniger geschlossen, so stellt sich zwischen beiden ein Druck ein, dessen 'Größe sich in Abhängigkeit vom Lagerspiel zwischen Kugelzapfen 5 und Lagerschalenhöhlung ändert, der bei voller Sperrung der Austrittsöfnungen auf den Druck im Zuführrohr 8 ansteigen würde und der die :.Welle von der Schale abhebt.
• Bei der erfindungsgemäßen Lagerung bietet sich die Möglichkeit, durch möglichst gleichmäßige Verteilung der Kanalöffnungen über die Lagerschalen eine gleichmäßige Halterung der Welle 2 nach allen Richtungen zu erhalten, wie sie in gleichem Maße bei .der Druckstrahllagerung ausgeschlossen ist, wo entgegengesetzt auftretende Druckstrahlen einander entgegenwirken und ein z. B. senkrecht von oben auftreffender Strahl im Sinne einer höheren Wellenbelastung oder eines größeren Wellengewichtes wirkt. Da keine Druckstrahlen aus den Öffnungen austreten, ist es nicht von Belang, unter welchem Winkel die Kanäle auf die Lagerbohrung auftreffen. In der Abb. ra sind .die Kanalrichtungen im wesentlichen zueinander parallel laufend dargestellt: Aus fertigungstechnischen Gründen wird man indessen einen senkrechten Schnitt von Kanalachse mit der Wandung der Lagerhöhungen erstreben.
• Die Kugel 5 ist fest auf der Welle 12 angebracht: Um Wärmeausdehnungen zu begegnen, die in axialer Richtung zu einer unsymmetrischen Lagerung und Klemmung führen würden, ist eines der Kugelenden, in diesem Falle .6, auf der :Welle 2 axial verschiebbar. Im übrigen ändert sich an der Bauart des rechts gezeichneten Lagers 4. nichts gegenüber dem links gezeichneten 3.
• Die Wirkungsweise läßt sich leicht daran erkennen, daß man annimmt, durch irgendwelche Störung werde das linke Lager 5 stark belastet, und zwar im Sinne .des eingezeichneten Pfeiles io. Es wenden dabei die Austrittsöffnungen der Kanäle i i und 12 mehr oder weniger gesperrt, während die der diametral gegenüberliegenden Kanäle 13 und rq. im gleichen Maße druckfreier gehalten werden. Der Luftfilm schräg unterhalb der Kugel 5 wird daher verengt und kräftig unter Druck gesetzt, der bei Schließung der Öffnungen r r und ri2 durch die Kugel 5 auf den Betrag des Druckes anwächst, den die zugeführte Luft im Rohre 8 aufweist. Infolge der Verbreiterung des Luftspaltes bei den Austrittsöffnungen 13 und rd. läßt der Druck im Verhältnis der Abstandsverbreiterung nach und kann unter Umständen gänzlich zu Null werden. Die verschiedenen Druckverhältnisse beiderseits des Wellenendes 5 suchen sich daher auszugleichen; der Ausgleich ist bei symmetrischer Lage des Wellenkörpers erreicht.
• Wie ersichtlich, wirken die Drucke der einzelnen Druckkanäle einander nicht entgegen, wie es bei Druckstrahlen der Fall wäre, daher ist die allseitige Lagerung, wie in Abb. r wiedergegeben, ohne weiteres möglich. Der Vorteil dieser Einrichtung macht sich überall ,dort bemerkbar, wo die Lagerung nicht nur als Gewichtslagerung, sondern auch zur Aufnahme von Laststößen infolge unsymmetrischer Lagerung, Wellendurchbiegung und ähnlichem zu dienen hat. Die Wirksamkeit der Lagerung ist derart, daß eine Entlastung irgendwelcher Art, z. B. durch mechanische Zugkräfte, wirkungslos bleibt. Die Wirksamkeit des Druckpolsters wird erhöht, wenn außer den Drosselverengungender Kanäle letztere so geführt sind, daß sie beispielsweise an scharfkantigen Knickstellen eine @Nirbelbildung der Druckluft bzw. Druckflüssigkeit hervorrufen, wodurch weitere Energie vernichtet wird.
• An Stelle der Kugelformen als `'Wellenenden können beliebige Ansatzstücke von Rotationskörperform treten. In Abb. 2 sind als Wellenenden zylindrische Ansatzstücke 15 und .16 vorgesehen. Diese Abbildung zeigt ferner, daß die erfindungsgemäße Anordnung nicht auf waagerechte Lagerung beschränkt ist, sondern ebensogut mit senkrechter Welle ausgeführt werden kann. Es sind drei Lagerstellen r.7, 18 und r9 vorgesehen, die den Lagern 3 und d. nach Abb. r -entsprechen, und vondenen 17 und 18 ausschließlich zurZentrierung und Lager rcg zur Stützung dienen. Da hierbei ein Axialschub der Welle infolge Wärmeausdehnung nicht zu Unsymmetrien oder Klemmungen der Lagerung führt, können die zylindrischen Lagerenden der Welle fest mit ihr verbunden bleiben.
• In Abb.3 ist die erfindungsgemäße Lagerung für eine. hin und her gehende Welle oo veranschaulicht. Als solche kann .die Welle den Kreuzkopf oder den Kolben einer Schub'kurbelmaschine darstellen. Die Tatsache, daß bei genügendem Druck der bei 21 zugeführten Luft derselbe Druck vervielfacht an den Kanalmündungen zur Verfügung stehen scann, läßt entsprechend starke Lagerdrucke in der hin und her gehenden Welle 2o zu, ohne daß es zu metallischer Berührung mit der Lagerschale kommt.
• Als Druckmittel kommen alle fluiden Mittel in Betracht, sofern sie eine geringe innere Reibung aufweisen, insbesondere aber Luft und Wasser. Da das fluide .Mittel nur als Druckmittel dient, ist eine etwaige Schmierfähigkeit nicht wichtig.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung treten hauptsächlich bei Schnelläufern hervor. Dies hindert nicht, daß die gleichen vorteilhaften Lagerwirkungen auch bei Langsamläufern genutzt werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Reibungsarme Lagerung für drehende Teile, insbesondere schnell laufende Wellen, -wobei der bewegliche Teil durch ein, flüssiges Medium getragen wird, welches durch Kanäle in dem feststehenden Teil zugeführt wird, da-,durch gekennzeichnet, daß im L agerspalt Kanalaustrittsöffnungen für das flüssige Medium vorgesehen sind, an denen beim Nähern :des beweglichen Lagerzapfens ein Druck entsteht, der eine direkte Berührung von Lagerzapfen und Lagerschale verhindert und der mit Vergrößerung des Abstandes durch besondere Mittel vernichtet wird. Lagerung nach Anspruch @r, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium unter hohem Betriebsdruck steht und daß als druckvernichtende Mittel Drosselstellen vor die Austrittsöffnungen in den Kanälen eingebaut sind von solcher Art, daß der Druck mit Vergrößerung des Lagerspieles absinkt. 3. Lagerung nach den Ansprüchen r und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle so geformt sind, daß sie sowohl die Druck- als auch die Strömungsenergie ,des flüssigen Mediums vernichten. .4. Lagerung nach den Ansprüchen .r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Medium Gas (Luft) oder Flüssigkeit von geringer Viskosität verwendet wird. 5. Lagerung nach den Ansprüchen r his a., gekennzeichnet durch den Aufbau mit senkrechter Welle mit einem Axialdruck und einem oder mehreren Führungslagern. 6. Lagerung nach den Ansprüchen r bis d, dadurch gekennzeichnet,daß derLagerteil eines Wellenendes zum Ausgleich der Wärmedehnung der Welle axial auf ihr verschiebbar ist. 7. Lagerung nach den Ansprüchen r bis d., gekennzeichnet durch die Verwendung für einen hin und her gehenden Lagerteil (Kreuzkopf, Kolben).