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Traglager für hohen Temperaturen ausgesetzte Maschinen Die Erfindung
bezieht sich auf Traglager für hohen Temperaturen ausgesetzte Maschinen mit im Lagergehäuse
um die Lagerschalen angeordneten Ringkammern für den Durchlauf von Öl, das sowohl
zur Kühlung als auch zur Schmierung dient.
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Die Erfindung bezweckt, die Lagerkühlung und Lagerschmierung so zu
gestalten, daß das Kühlöl unabhängig und völlig getrennt vom Schmieröl im Lager
geführt wird und dadurch keinem Verschleiß durch Lagerreibung und Schleuderwirkung
unterliegt. Außerdem soll die beim Kühlvorgang vom Kühlöl aufgenommene Wärme zur
Erhöhung der Viskosität des Öles dienen, das dann anschließend als Schmieröl benutzt
wird. Die bei Kraft- und Arbeitsmaschinen zum Teil erstrebten oder auftretenden
hohen Temperaturen bedingen eine wesentliche Lagerwärmung. Um diese Wärme abzuführen,
ist eine größere Kühlmittelmenge nötig, die normal gestalteten Lagern infolge der
dort meist angewendeten Kühlnuten oder Kühlschlangen kaum in ausreichendem Maße
und derart zuführbar ist, daß die ganze Kühlmittelmenge mit hohem Kühleffekt ausgenützt
werden kann. Außerdem liegt bei diesen Lagern meist der Nachteil vor, daß für Kühlung
und Schmierung des Lagers verschiedene Medien verwendet werden, wodurch mehrere
voneinander getrennte Strömungskreisläufe erforderlich sind.
So
ist beispielsweise ein Gleitlager mit Kühlrohr im Lagerausguß bekannt, bei dem das
Kühlmittel (Wasser od. dgl.) getrennt vom Schmiermittel durch eine Kühlrohrschlange
geschickt wird, die in die Lagerschale eingebettet und zusammen mit dem Lagerschalenfutter
durch Weißmetallausguß befestigt ist. Abgesehen von der komplizierten und teueren
Einbauweise gestattet diese Bauart infolge der zwischen den Kühlungsschlangenwindungen
frei bleibenden Räume nur eine partielle Kühlung der Lagerschale; es besteht dabei
außerdem die Gefahr der Verschlammung der Kühlröhren, und es ergeben sich auch Schwierigkeiten,
wenn die Kühlröhren gereinigt werden sollen. Da Kühlmittel und Schmiermittel getrennt
sind, hat die Kühlschlange mit Bezug auf das Schmiermittel ausschließlich einen
Kühleffekt zur Folge, der die Viskosität des Schmiermittels unter Umständen sogar
ungünstig beeinflußt.
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Bei einer anderen bekannten, mit Kühlschlangen ausgestatteten Lagerkonstruktion
sind Kühl- und Schmiermittelkreislauf gleichfalls vollständig voneinander getrennt,
und es wird nur die obere, belastete Lagerschalenhälfte von einer Kühlschlange durchzogen,
wobei wiederum große Flächen der Lagerschale von dem Kühlmittel nur schwach oder
überhaupt nicht beeinflußt werden.
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Derartige Kühlschlangen in einem Traglager sind auch schon in der
Weise in Vorschlag gebracht worden, daß mehrere Bandlagen übereinandergeschichtet,
zurechtgebogen und dann verschweißt werden, wobei durch schlitzartige Aussparungen
in der mittleren Bandage die Kühlschlange gebildet wird. Es handelt sich hierbei
nur um eine herstellungsmäßige' Verschiedenheit gegenüber den als selbständige Windungszüge
eingebauten Kühlschlangen, wobei die funktionellen Nachteile im wesentlichen die
gleichen sind wie sie bereits zuvor beschrieben wurden.
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Schließlich ist auch eine Vorrichtung zum Kühlen von Gleitlagern bekanntgeworden,
bei der zwei voneinander getrennte, in Schraubenwindungen verlaufende Kühlmittelkanäle
vorgesehen sind, wobei die Kühlmittelströme in den beiden Kanälen im Gegenstrom
zueinander geführt werden. Dieser Ausführungsvorschlag zeigt gleichfalls den Nachteil
zu geringer Kühlfläche im Lagerschalenkörper sowie die Neigung zur Verschlammung.
Dieselbe ist außerdem nur für ungeteilte Lager brauchbar.
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Ferner ist es zur Kühlung von Wellenlagerungen für Gasturbinen, deren
Welle von einem oder mehreren im Lagergehäuse angeordneten Hohlräumen ganz oder
teilweise umschlossen ist, bekannt, das zwischen den Gleitflächen oder durch zusätzliche,
in der Nähe der Gleitflächen angebrachte Öffnungen axial austretende Öl derart zu
beschleunigen, daß es in die die Welle ganz oder teilweise umschließenden Hohlräume
gefördert wird und an deren Wänden mit hoher Geschwindigkeit entlangfließt. Der
primäre Zweck dieser Einrichtung ist nicht eine unmittelbare und wirksame Kühlung
der Lagerschalen, sondern die von außen auf das Lagergehäuse wirkende Strahlungswärme
abzuhalten. Zur Kühlung dient hierbei Öl, das bereits als Schmiermittel an der Welle
verwendet wurde. Das Öl hat hier bereits vor seiner Verwendung als Kühlmittel eine
beträchtliche Eigenwärme aufgenommen.
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Weiterhin sind Lager mit Spülschmierung bekannt, bei denen zum Zwecke
der gleichzeitigen Benutzung des Schmierstoffes zum Kühlen des Lagers der Rücken
der Lagerschalen oder die Innenfläche des Lagerdeckels oder Lagerkörpers derart
mit Rippen besetzt ist, daß ein oder mehrere fortlaufende, die erwähnten Lagerteile
im Schlangen- oder Zickzackwege durchziehende Kanäle entstehen. Hierbei wird das
gesamte zugeführte Öl zuerst zur Lagerkühlung und dann anschließend zur Schmierung
benutzt. Bei diesen Lagern ist keine voneinander unabhängige Steuerung der Kühl-
und Schmierfunktion möglich.
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Erfindungsgemäß werden die den bekannten Einrichtungen anhaftenden
Mängel dadurch vermieden, daß den Ringkammern, welche in an sich bekannter Weise
durch Unterteilung der Lagerschale in zwei konzentrische, durch Distanzstücke voneinander
in Abstand gehaltene Lagerkörper oder durch konzentrischen Einbau einer einheitlichen
Lagerschale mittels Distanzstücken im Traglagergehäuse gebildet sind, ein abgezweigter,
für sich regelbarer Teil des dem Lager insgesamt zugeführten Öles derart zugeleitet,
das dasselbe die Ringkammern vorzugsweise im Gegenstrom zur Wellenumlaufrichtung
durchsetzt und dann, ohne die umlaufende Welle berührt zuhaben, nach außen abgeführt
wird, während der andere Teil unmittelbar zwischen Welle,und Lagerschale geführt
ist und dort unabhängig von dem ersteren in Umlaufrichtung mitgenommen und dann
seitlich nach außen abgeführt wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß von
dem dem Lager sowohl zur Kühlung als auch zur Schmierung zugeleiteten Ölstrom vor
dem Erreichen der Schmierzone die zum Kühlen bestimmte Ölmenge abgezweigt und unabhängig
und völlig getrennt vom Schmieröl in die mit entsprechend konzentrischen Aussparungen
versehene Lagerschale geführt, durch diese im Gegenstrom zur Wellenumlaufrichtung
hindurchbewegt und dann, ohne die umlaufende Welle berührt zu haben, nach außen
geführt wird, während die zur Schmierung bestimmte Ölmenge unmittelbar zwischen
Welle und Lagerschale geführt und dort unabhängig von der ersteren in Umlaufrichtung
mitgenommen und dann seinerseits nach außen abgeleitet wird.
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Die Vorteile dieser Konstruktion sind, daß an Stelle der bisher üblichen
partiellen Lagerschalenkühlung mittels Kühlnuten oder Kühlschlangen ein flächenmäßig
großer zusammenhängender Kühlraum um das Lager geschaffen wird, der eine wirksame
Kühlung über die ganze Lagerschalenoberfläche gewährleistet. Durch die Aufspaltung
des Ölstromes vor dem Erreichen der Schmierzone in zwei für sich unabhängig voneinander
regelbare Ölströme können sowohl bei der Schmierwirkung 'als auch bei der Kühlwirkung
die möglichen Bestwerte erreicht werden.
Ein weiteres Merkmal der
Erfindung besteht darin, daß den Ringräumen das Öl über konzentrisch am Ringraum
zwischen Lagerschale und Gehäuse vorgesehene Ringkanäle zugeführt wird. Hierbei
kann an der Stelle, wo der eine Teil des Öles den Ringkanälen zugeführt wird, vorzugsweise
auch die Kanalbildung vorgesehen sein, durch die der andere Teil des Öles unmittelbar
zwischen Lagerschale und Welle geführt ist.
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Erfindungsgemäß kann sowohl das den Ringräumen zugeführte Öl als auch
das unmittelbar zwischen Welle und Lagerschale geführte Öl diese Räume jeweils nur
über annähernd einen Halbkreisumfang des Lagers durchsetzen und dann abgeführt werden.
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Nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird das Öl
derart in das Lager eingeführt, daß es den Ringraum in annähernd halbkreisförmigen
Strömen durchsetzt, von denen einer zum Drehsinn der Welle gegenläufig und der andere
gleichläufig ist.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile erstrecken sich nicht nur
darauf, daß durch die Anordnung kontinuierlicher Ringkühlräume eine intensive Kühlung
der Lagerlauffläche erreicht wird, wobei außerdem für Kühlung und Schmierung das
gleiche Medium verwendet wird, sondern es ergeben sich hierdurch auch in baulicher
und fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile, da nur leicht herstellbare Teile verwendet
werden, die in einfacher Weise und in kürzester Montagezeit zusammengestellt und
erforderlichenfalls zwecks Reinigung oder Reparatur wieder auseinandergenommen werden
können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Lager mit dem
gleichen Mittel von außen her gekühlt wird, mit dem auch der Wellenzapfen geschmiert
wird. Hierdurch erfährt der Anteil des Strömungsmittels, der dem Wellenzapfen zugeleitet
wird, bereits teilweise eine vorhergehende Erwärmung, wodurch die Viskosität des
Schmiermittels beim Übertritt an der Schmierstelle erhöht wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung entnehmbar. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. I den Querschnitt eines Traglagers gemäß
Ausführungsbeispiel I, Fig. 2 die von oben gesehene Lagerschale nach Abnahme des
Lagerdeckels mit oberer Lagerschalenhälfte, Fig. 3 einen Teil der Fig. 2 in besonderer
Ausführungsform, Fig. 4 und 5 Einzelheiten zur Fig. I, Fig. 6 den Querschnitt eines
Traglagers gemäß Ausführungsbeispiel 2, Fig. 7 eine Einzelheit der Fig. 6, Fig.
8 den Querschnitt des Traglagers einer weiteren Ausführungsform, Fig. 9 einen Teillängsschnitt
des Traglagers nach der Linie A-B der Fig. 8 und Fig. Io einen Teillängsschnitt
des Traglagers nach der Linie C-D der Fig. 8. Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß
den Fig. I bis 5 sind zwei Lagerschalen I und 2 ineinandergefügt und durch voneinander
ausgehende warzenähnliche Fortsätze 3 (Fig. 3) in solchem Abstand zueinander gehalten,
daß sich zwischen beiden Schalen ein Ringkühlraum 4 ergibt. Die in den Lagerstuhl
5 eingebettete Lagerschale deckt eine in diesen eingearbeitete halbringförmige Nut
6 kanalförmig ab, die durch einen Zuflußkanal 7 mit dem Ölzulauf, z. B. einer Öldruckpumpe,
verbunden ist. Die zusammengesteckten Lagerschalen oder Lagerschalenhälften I, 2
werden durch zylindrische Paßstifte 8 (Fig. I, 2, 3) zusammengehalten. Die Paßstifte
sind mit Gewinde versehen und so lang gestaltet, daß sie bis an die Ölabstreifringe
9 heranreichen und dadurch während des Betriebes am Herauskriechen gehindert werden.
Die Warzen 3 sind vorzugsweise auf halber Lagerlänge zwischen den Lagerschalen I,
2 vorgesehen und verhindern insbesondere ein Durchbiegen der Lagerschalenwandung.
Der Ringkühlraum 4 ist im Bereich beider Teilfugen der Lagerschalen I und 2 durch
in diese in Längsrichtung eingelassene paßfederähnliche Teile Io in eine obere und
untere Kühlkammer II, I2 geteilt. In die Lagerschalen I, 2 im oberen bzw. unteren
Teil eingearbeitete Kanäle verbinden den Kanal 6 mit den Kühlkammern II, I2 und
dem Raum zwischen der Lagerschale 2 und der Welle I3. Durch diese Gestaltung wird
das Öl in bezug auf den Wellenumlauf im Gegenstromprinzip durch die Kühlkammern
II, I2 geleitet. Das zwischen innere Lagerschale 2 und Welle I3 gedrückte Öl fließt
hingegen in deren Drehsinn in der Lagerschale. Die Ölwege gleicher Anordnung sind
jeweils gleich lang. Das in Richtung 14 fließende Öl schmiert die untere Lagerschale
bei gleichzeitiger Kühlung bevorzugt und kühlt das obere Lagerschalenteil durch
den von den Lagerschalen I und 2 gebildeten Ringraum her. Hingegen wird das in Richtung
I5 einfließende Öl zur Kühlung der unteren Lagerschalenteile von innen her (Ringraum)
und vorzugsweise auch zur Kühlung der Welle I3 ausgenutzt. Beide Teilfugen der Lagerschalen
I, 2 sind mit Ölverteiltaschen I6 (Fig. I bis 3) versehen. An Stelle der in der
Zeichnung dargestellten Ölverteiltaschen können aber andere an sich bekannte Ölverteileinrichtungen
im Zusammenhang mit dem Erfindungsgegenstand zur Anwendung kommen. Das mit der Welle
13 umlaufende Öl wird durch Abstreifnuten 17 erfaßt und durch sich an diese anschließende
Kanäle 18 ebenso wie das die Kühlkammern durchlaufende und durch Kanäle i9 ausfließende
Öl in den Lagerbock zurückgeleitet. Dieses Öl kann jedoch auch in dem Kanal 6 parallel.
angeordnete Ringräume 2o geführt und von da aus zum nicht gezeigten Kühlbehälter
abgesaugt oder gedrückt werden. In die Kühlöl- und/oder Schmierölaustrittskanäle
i9, die der Lagergröße entsprechend (Fig. 1, q.) auch in größerer Zahl vorgesehen
sein können, hineinragend, sind Bolzen 21 einstellbar und quer zu den Längsachsen
eingesetzt, mit deren Hilfe die Kühlölmenge geregelt werden kann. Das in Fig. i
gezeigte Lager ist mit, je zwei Ölverteiltaschen
I6 und Ölabstreifnuten
I7 ausgestattet. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung können große Kühlflächen
mit voneinander unabhängiger Schmier- und Kühlölregelung erreicht werden.
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Die Lagerschalen sind mit einer oder mehreren Drehsicherungen 22 versehen,
die sie mit dem Lagerbock, z. B. dessen Deckel, verbinden. Diese Drehsicherungen
können mit Bohrungen zur Aufnahme von Meßinstrumenten, z. B. für Temperaturen, versehen
werden. Der Einbau der vorbeschriebenen Lager ist bei zylindrischen und kugeligen
Lagerstühlen und auch bei kombinierten Trag-und Drucklagern möglich.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 ist die Lagerschale
23 in der an sich bekannten Art zweiteilig gestaltet und mit den Bunden 25 im Gesamtlagerstuhl
26 eingepaßt. Auch hier ist die Lagerschale auf ihrem Umfange, z. B. in der Längsmitte,
mit warzenähnlichen Fortsätzen 24 versehen, die sich gegen die inneren Wölbungen
von Lagerstuhl 26 bzw. Lagerdeckel 27 abstützen, ein Durchbiegen der Lagerschalenteile
verhindern und zwischen diesen und ihren Trägern 26, 27 die Bildung eines Ringraumes
28 herbeiführen. Dieser wird durch ein paßfederähnliches Teil 29, das in einer Teilfuge
vorgesehen ist, in seiner Längsrichtung unterbrochen. Auf diese Weise werden wieder
zwei unabhängig voneinander fließende, kurz nach dem Eintritt 3o des Öles sich bildende
Druckölströme 31, 32 erreicht, deren Öl ganz oder zum Teil nach Durchfluß der zugeordneten
Kühlkammern 28 im Sinne oder Gegensinne der Wellendrehung durch Kanäle I9a wieder
aus dem Lager zu den Sammelbehältern hinaus fließt. Der z. B. durch den Lagerdeckel
2-7 fließende Ölstrom wird noch vor seinem Ausgang aus den Zuleitkanälen
des Lagerstuhles 26 nochmals geteilt. Der eine bildet sodann den Kühlölstrom 3I,
während der andere Teilölstrom durch einen Kanal 33 und eine Ölverteiltasche 34
zwischen Welle I3a und Lagerschale 23 gelangt, wo das mitgeführte Öl, vorzugsweise
als Kühlöl wirkend, bis zur Abstreifnut 35 gleichsinnig mit der Welle umläuft, um
von dort aus durch einen Kanal 36 (Fig. 6, 7) aus dem Lagerstuhl heraus- und z.
B. in den Ölsammelbehälter hineinzugelangen. Der Kühlölstrom 3I teilt sich an seiner
Austrittsstelle aus seiner ihn leitenden Kühlkammer 28 nochmals. Der eine Teil geht
durch den zuständigen Kanal I9a zum Ölsammler, während der andere bereits stärker
erwärmtes und daher leichtflüssigeres Öl mit sich bringende Teile durch einen Kanal
37 mit sich anschließender Ölverteiltasche 38 zwischen den unteren Teil der Lagerschale
23 und der Welle 13, tritt und dort, in der Hauptsache als Schmieröl wirkend, bis
zur nächsten Ölabstreifnut 39 umläuft. Das Drucköl tritt durch einen dem Kanal 36
entsprechenden diesem etwa diametral gegenüberliegenden Kanal A, aus dem
Lagerstuhl 26 zum Sammeln heraus.
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Die Zahl der Fortsätze und deren wiederholte den Lagerschalenumfang
in Abständen umfassende in Reihen zusammengefaßte Anordnung sowie die Zahl der Austrittskanäle
kann je nach Größe des Lagers geändert werden. Alle übrigen Gestaltungs-und Wirkungsmerkmale
des ersten Ausführungsbeispieles gelten auch hier, soweit die gleichen Bezugszeichen
angewendet wurden oder übereinstimmende bauliche Hinweise sinngemäß den Fig. 6 und
7 unmittelbar entnehmbar sind.
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Auch durch den Gegenstand des zweiten Ausführungsbeispieles wird eine
außerordentlich vorteilhafte Schmierung und Kühlung des Lagers und insbesondere
des Weißmetallausgusses desselben erreicht. Der besondere Vorteil des zuletzt erläuterten
Lagers ist der, daß auch mit kälterem Öl gefahren werden kann, da das Schmieröl
erst auf seinem Wege als Kühlmittel vorgewärmt wird. Dadurch wird eine bei manchen
Maschinen, z. B. Getriebeturbinen, auftretende Forderung einer hohen Zähigkeit des
Öles verbunden mit hoher Schmierfähigkeit desselben erzielt.
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An Stelle des vorbeschriebenen Öles könnten natürlich auch andere
Mittel mit schmierenden Eigenschaften zur Anwendung als Kühlmittel kommen. Es wird
hierzu jedoch bemerkt, daß jeder Versuch, Lager mit einem anderen Mittel, als es
das Schmiermittel ist, wie es bei den vorbeschriebenen Bauweisen mit ein und demselben
Kühl- und Schmiermittel zur wirkungsvollen Kühlung benutzt wird, nicht nur eine
sorgfältige Trennung von Schmier- und Kühlmittel gewährleistende Bauart erfordert
(wenn nicht bei der eventuell möglichen Vermischung der beiden Mittel das Schmiermittel
als solches unbrauchbar werden soll), sondern auch eine separate Kühlmittel-Versorgungswirtschaft.
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Das Traglager der dritten Ausführungsform nach den Fig. 8, 9 und Io
stimmt im wesentlichen mit dem durch Fig. 6 dargestellten Traglager überein. Die
es durchfließenden Schmier- und Kühlmittelströme 41 bis 46 haben jedoch im Gegensatz
zu diesem einen abgeänderten Zu- und Ablauf. Der von der nicht dargestellten Ölpumpe
kommende Kühl- und Schmiermittelstrom 4I teilt sich unterhalb der Lagerschale in
zwei Teilströme 42 und 43 auf, wovon der Ölstrom 43 nach Durchgang einer auswechselbaren
Regeldüse 47 zur vorzugsweisen Kühlung des Berührungsbereiches des jeweils oberen
Wellenteiles mit der oberen Lagerschale das Lager durchfließt, um anschließend über
eine Abstreifernut48 und einen sich an diese anschließenden Kanal 49 in der weiter
oben beschriebenen Weise wieder zum Sammelbehälter zu gelangen. Der Ölteilstrom
42 verzweigt sich beim Übergang in den Ringraum 28" diesen jeweils zur Hälfte durchfließend
in zwei Arme 44, 45 (Fig.8, io), wovon der Arm 4.4. in halber Höhe des Lagers abermals
eine Abzweigung 5o erfährt. Das der Abzweigung 5o folgende Öl tritt schmierend zwischen
die Welle und den unteren Teil der Lagerschale, um dann durch eine Ölabstreifernut
48a und einen Kanal 49" ebenfalls zum Ölsammelbehälter zurückzugelangen. Die einzeln
je einen beider Teile des Ringraumes 28" durchfließenden Ölströme 44, 45 verlassen
im oberen Teil des Ringraumes als Einzelströme oder als Gesamtstrom 46 das Laer
und fließen an-Z,
schließend ebenfalls zum Sammelbehälter. Durch
einen in seiner Achsrichtung einstellbaren im Lagerdeckel 5I1 befestigten Reglerkegel
52 (Fig. 8, 9) kann die Durchlaufmenge des Ölstromes 42 beeinflußt werden. Im hohlen
Innern des Schaftes des Reglerkegels 52 kann ein Thermometer geführt werden.