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Gleitlager für elektromotorisch angetriebene Wellen von Maschinen
zur Förderung von Flüssigkeiten oder feuchten Gasen Die Erfindung bezieht sich auf
Gleitlager für elektromotorisch angetriebene Wellen von Maschinen zur Förderung
von Flüssigkeiten oder feuchten Gasen, -die als radial und axial wirkendes
Lager in einem Stück hergestellt sind und gleichzeitig als Wellendichtung gegen
die geförderten Mittel dienen.
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An sich sind schmierungsfreie öllose Lager bekannt. Sie werden in
der Regel aus Capillarmetallen hergestellt, die eine gewisse Ölmenge enthalten,
die einen Teil des Porenvolumens ausfüllt. Solche aus porösen Metallen bestehende,
sogenannte öllose Lager haben nur eine ganz geringfügige Aufnahmefähigkeit von Schmiermitteln;
diese Aufnahme ist um so geringer je kleiner das Porenvolumen bzw. je größer die
spezifische Belastungsfähigkeit des Lagers ist. Die Tragfähigkeit eines solchen
Lagers steht also im umgekehrt proportionalen Verhältnis zu seiner Schmierfähigkeit.
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Darüber hinaus verlieren diese Lager aus porösen Metallen unter verschiedenenEinwirkungen
gar bald das ursprünglich von ihnen aufgenommene Schmiermittelvolumen.Die Lager
laufen dann trokken oder es muß ihnen, wie bei normalen Lagern, kontinuierlich neuerSchmierstoff
zugeführtwerden.
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Auch ist es bekannt, Lager aus graphithaltigen Metallen oder aus Kunstkohle
herzustellen, die selbstschmierend sind. Die Anwendung von Kunstkohlelagern, deren
Material wirklich im hohen Maße keiner Schmierung bedarf, ist so lange sowohl problematisch
wie begrenzt, so lange das gegen Schlag und Kantenbruch höchst empfindliche, keramikähnliche
Material
nicht von,einPr schützenden Hülse umspannt wird, die dem Material die Festigkeit
verleiht, um das Lager ohne größeres Risiko in die Lagerstelle des Maschinengehäuses.-unter
Preßsitz einzubringen. Man hat'deshalb vorgeschlagen, solche Kunstkohlelager mit
Hülsen aus Stahl zu umgeben, um diese dann in die j a meist aus rostenden Metallen
bestehenden Lagerstellen einzutreiben. Hierfür ist eine sehr hohe Genauigkeit der
Passungen zwischen aufnehmender Lagerstelle und Stahlhülse des Kohlelagers notwendig.
Unter Zutritt von Feuchtigkeit tritt gar bald. unvermeidliche Korrosion zwicken
Lagerbohrungen und Stahlhülse des Kunstkohlelagers auf. Das Lager ist später nur
noch durch Herausschlagen und damit verbundener Zerstörung des gegen Schlag empfindlichen-
Künstkohlematerials möglich. ' Die bisher bekannten öllosen Lager wurden getrennt
und in verhältnismäßig großem Abstand von dem rotierenden Hauptteil der Maschine
eingebaut, wodurch sich entweder die Lagerlänge vergrößerte oder die Radialschwingungen
von der ebenen Dichtungsfläche angewendeter Plandichtungen schwer eliminieren ließ.
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Auch Plandichtungen zur Abdichtung von rotierenden Wellen sind in
den verschiedensten Ausführungen bekannt. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt,
daß die Plandichtung den axial wirkenden Lagerdruck aufnimmt- und auf das Lagergehäuse
überträgt. Diese Plmdichtung besteht aus einem in einem mit der Welle mitrotierenden
Halter eingepreßten $ohlering und einem Gegenring aus Stahl, der stirnseitig in
eine im Lagergehäuse eingesetzte Lagerbüchse aus Bronze angeordnet ist. Hierbei
kömm-t@ .dem Kohlering lediglich eine axial wirkende, jedoch keine radial wirkende
Lagereigenschaft zu, und die Plandichtung nimmt nur den von dem- Laufrad der Pumpe
@erzeugten Axialschub auf. Eine solche Plandichtung ist unzureichend, weil sie keine
zuverlässige Abdichtung bei Stillstand der- Pumpe gewährleistet und außerdem keine
starre Verbindung mit der Motorwelle zuläßt, weil der vom. Laufrad her ausgeübte
Axialschub dem Rotorgewicht des Motors und seiner Welle entgegenarbeiten müßte.
Deshalb setzt diese vorbekannte Gleitlageranordnung ein zweites Axialdrucklager,
welches die Gewichtsbelastung aufnimmt, voraus und erfordert eine flexible Verbindung
zwischen der Motorwelle und der Laufradwelle, damit 'letztere .einen Axialschub
in Richtung auf die ..Plandichtung überhaupt ausüben kann. Trotzdem ist die -Plandichtung
beim Stillstand der Pumpe unzuverlässig, s.o: daß die im System befindliche Flüssigkeit
durch Undichtigkeiten längs der Laufradwelle aufsteigen kann. Der Kohlering erfordert
einen 'besonderen, Halter, so daß die Bauhöhe des Lagers unerwünscht vergrößert
wird.
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Die bisher bekannten -Wellendichtungen waren teils in ihrer Ausführung
unvollkommen, teils wegen des relativ -weiten Abstandes "zwischen Radiallager Lind
rotierendem -Hauptteil derart empfindlich gegen die - unvermeidlichen Rädialschwingungen,
wobei bei jeder Umdrehung ein etwa keilförmiger Spalt zwischen den Planflächen auftrat;
daß es unmöglich war, ohne eine gesonderte Sicherheitsstopfbücl)se-oder Leckageanordnung
den elektromotorischen Teil der aus Rotationsmaschine und Elektromotor bzw. Generator
bestehenden Aggregaten dicht an das , Radiallager heranzuführen.
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Die Erfindung bezweckt es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Gleitlager
mit .einer möglichst vollkommenen Abdichtung und gleichzeitig guten Laufeigenschaften
zu-schaffen und besteht darin, daß die Lagerbüchse in an sich bekannter Weise aus
selbstschmierender Kohle hergestellt ist und auf beiden Seiten ihres Tragkörpers
herausragt, wobei die dem Laufrad zugewandte Stirnfläche der Lagerbüchse in an sich
bekannter Weise in Verbindung mit einem mit ,der Welle mitrotierenden und gegen
die Stirnfläche der Lagerbüchse gedrückten Dichtungsring eine Schleifringdichtung
bildet und die dem Laufrad abgewandte Stirnfläche einen Bund trägt, der den von
der Welle in an sich ebenfalls bekannter Weise vermittels einer Plandichtung auf
die Büchse ausgeübten Axialschub auf das Lagergehäuse überträgt. Mit dieser Kombination
sind die dargelegten Lager- und Dichtungsprobleme an den in Frage stehenden Gleitlagern
zu einer Lösung gebracht worden. Das erfindungsgemäße Lager ermöglicht'eine-,axial
außerordentlich gedrängte Bauart und gestattet, das beiderseits als Plandichtung
ausgebildete Radiallager so nahe wie möglich an den rotierenden Hauptteil der Maschineheranzurücken
und auf diese Weise die unvermeidlichen Radialschwingungen möglichst in ihrer Wirkung
auf die -Plandichtung unschädlich zu machen. Es gestattet, den Axialschub von dem
Radiallager aufnehmen zu lassen und so ein gesondertes Lager für diesen Zweck zu
ersparen.
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Es bildet eine-gute Dichtung gegen den Durchtritt der Feuchtigkeit
der geförderten Mittel und bedarf keiner Wartung, denn es ist selbstschmierend und
infolgedessen öllos und schmierungsfrei.
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Es ist leicht ausbaufähig und zugänglich und gestattet, den Sitz im
Maschinengehäuse selbst vollkommen dichtsitzend zu machen und die Lagerstelle im
Maschinengehäuse ohne Anwendung korrosionsbeständiger teurer Metalle sicher gegen
Rostgefahr zu erhalten.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin,: daß
zwischen dem den Axialschub der Welle in- -an sich. bekannter Weise auf die Stirnfläche
der Lagerbüchse übertragenden Wellenbund und der Stirnfläche der Lagerbüchse eine
Dichtungsscheibe angeordnet ist, die an ihrem Umfang einen kegelmantelartigen Trichter
trägt, der mit seinem größeren Durchmesser der Lagerbüchse zugewendet ist. Hierdurch
wird eine weitere Sicherheit gegen Feuchtigkeitsspuren zum Schutz der Motorwicklungen
geschaffen. DerTrichter hält Feuchtigkeit, die durch etwaige Undichtigkeiten infolge
ungenügender Passungstoleränz zwischen der Lagerbüchse und der sie- aufnehmenden
Gehäüs-e«:andung aufsteigen -kann, zurück,
Ein weiterer Zweck der
Erfindung ist es, die eingangs geschilderten Schwierigkeiten beim Einbau der Lagerbüchse
in die Lagerstelle des Maschinengehäuses zu vermeiden und eine vollkommene Abdichtung
ohneAnwendung unnötig feiner Passungstoleranzen zu erzielen. Erfindungsgemäß geschieht
dies dadurch, daß zwischen der Lagerbüchse und dem Lagergehäuse eine dichtende Hülle
aus nichtmetallischem Werkstoff angeordnet ist, der zweckmäßig aus quellbarem Werkstoff,
beispielsweise aus einem Kunstharz, besteht.
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Der Gegenstand der Erfindung ist an mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i das erfindungsgemäßeLager an einer senkrecht
stehenden Laufradwelle, Fig.2-eine andere Ausführungsform der Lagerung nach Fig.
i mit einem kegelmantelartigen Trichter und Fig. 3 eine andere Ausführungsform des
Lagers nach Fig. i, bei welcher die Lagerbüchse mit einer dichtenden Hülle aus nichtmetallischem
Werkstoff umgeben ist.
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In Fig. i bezeichnet i die Welle einer Rotationsmaschine, 2 den rotierenden
Hauptteil, zum Beispiel das Laufrad. Mit 3ist der Maschinenteil bezeichnet, der
das Lager aufnimmt. Die aus selbstschmierender Kohle hergestellte Lagerbüchse 12
ist in die Lagerstelle eingepreßt. Sie weist einen bundförmigen Ansatz 13 auf, welcher
den auf die Welle i wirkenden Axialschub, der durch das Gewicht der rotierenden
Teile ausgeübt wird, aufnimmt, wenn die Welle i einen entsprechenden Wellenansatz
18 besitzt. Die gegen die Stirnfläche der Lagerbüchse anliegende Stirnfläche des
Wellenbundes 18 muß plan geschliffen und möglichst gehärtet sein. Der Bund 13 der
Lagerbüchse bildet zusammen mit .dem Wellenbund 18 die obere Plandichtung.
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Der hülsenförmig ausgebildete Dichtungsring 14 sitzt mitrotierend
und axial verschieblich auf der Welle i. Der Dichtungsring 14 wird von der Gummidichtungsmanschette
15, die ebenfalls auf der Welle i sitzt, beaufschlagt, da die Gummimanschette unter
der Wirkung der Druckfeder 16 steht, die mit dem Axialzapfen 17 in .ein Loch der
Ringnut im rotierenden Hauptteil 2 eingreift. Die Gummimanschette 15 liegt mit ihren
Dichtungslippen am Wellenumfang dichtend an, auch wenn sie eine Relativverschiebung
in axialer Richtung erfährt. Auf diese Weise wird am unteren Ende der Lagerbüchse
12 .eine Schleifringdichtung gebildet, die ebenfalls als Plandichtung wirksam ist.
Die Lagerbüchse 12 dichtet also die Welle sowohl in radialer als auch in axialer
Richtung ab.
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DieAusführungsform des Gleitlagers nach Fig. 2 zeigt eine zwischen
dem Wellenansatz der Welle i und dem Lagerbund 13 eingelegte Dichtungsscheibe ig,
die an ihrem Umfang als kegelmantelartiger Trichter ausgebildet ist. Durch die Anordnung
der gegebenenfalls trichterförmig ausgebildeten Scheibe i9 wird das Härten undSchleifen
der Welle i selbst vermieden. In Abänderung des hülsenförmig ausgebildeten Dichtungsringes
14 zeigt die Wellendichtung nach Fig. 2 einen vorzugsweise rostfreien und gehärteten
Dichtungsring 2o, der vom Ringkranz der Dichtungsmanschette 21 dichtend aufgenommen
umspannt wird. Die Federspannung der axial wirkenden Druckfeder 22 wird von dem
Bundring 23 aufgenommen, der sich auf der auf der Welle i sitzenden Ringfeder 24
abstützt. Zur besseren Übertragung des Drehmomentes kann die Wandung der kegelförmigen
Bohrung des Bundringes 23 geriffelt sein.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die aus selbstschmierender
Kohle hergestellte Lagerbüchse 12 umgeben von einer dichtenden Hülle 25 aus nichtmetallischem
Werkstoff. Sowohl zur Vermeidung unnötig feiner Toleranzen als auch zur Erzielung
eines Dichtschlusses zwischen dem das Lager aufnehmenden Maschinenteil 3 und dem
Lager selbst ist erfindungsgemäß die Bohrung .der Lagerstelle durch Drehen nur grob
bearbeitet. In die feinen Gewindegänge 26 wird das vom nichtmetallischen Stoff 25
umhüllte Lager 12 eingedrückt, ohne daß der empfindliche Baustoff des Kunstkohlelagers
dabei beschädigt wird. Als Baustoff wird für die das Lager 12 umgebende Hülle 25
vorzugsweise ein Material, beispielsweise ein Kunstharz, gewählt, welches entweder
selbst unter Vorspannung versetzt werden kann oder unter Einwirkung der an dieLagerhülle
unvermeidlichherantretenden Feuchtigkeit quillt.
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Durch das Quellen des Baustoffes wird eineDichtigkeit zwischen den
zylindrischen Begrenzungsflächen des Maschinenteiles 3 und dem Lager 12 erzielt.
Dies war bisher ohne Anwendung einer solchen Hülle wie bei Fig. i und 2 oder unter
Anwendung von Metallen als Hülse kaum möglich, ohne das Risiko einer Undichtheit
zu haben, oder unter Einhaltung feiner Toleranzen den empfindlichen Baustoff des
Kunstkohlelagers zu zerstören. Hinzu kommt, daß durch das Quellen des Materials
die rauhbearbeitete Zylinderfläche des Maschinenteiles 3 vor Korrosion geschützt
wird.
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Die Anwendung elastischen oder vorzugsweise quellenden Materials für
die Lagerhülse, die das Kunstkohlelager aus empfindlichem Material umgibt, hat auch
schließlich noch den Vorteil, daß schädliche Stöße beim Transport der Maschinenaggregate
von dem empfindlichen Lagermaterial ferngehalten werden.
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Bei der Anwendung in Pumpen ist es unbedingt erforderlich, bei einem
schmierungslosen Lager Vorsorge zu treffen, daß keine zwitschernden oder pfeifenden
Geräusche auftreten. Bei völlig schmierungslosem Trockenlauf ist solches im Hinblick
auf die sehr verschiedenartig auftretenden, spezifischen Flächenbelastungen des
Lagers oft nicht möglich, speziell dann, wenn es sich um Zirkulationspumpen handelt,
die in Warmwasserheizungen eingebaut sind. Solche Pumpen können mit vertikal liegender,
schräg liegender oder horizontal liegender Welle eingebaut werden. Dadurch verlieren
die spezifischen Flächenbelastungen in dem öllosen Lager sehr. Um. die manchmal,
wenn auch geringfügig, auftretenden, zwitschernden Geräusche von der Fortpflanzung
auf den Pumpenkörper selbst
zu eliminieren, bewährt sich aus diesem
Grunde die Anwendung einer nichtmetallischen Lagerhülse aus vorzugsweise quellendem
Material zur Geräuschdämpfung als sehr nützlich.