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Elastische Lagerung einer vorzugsweise waagerecht angeordneten Welle
Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Lagerung einer vorzugsweise waagerecht
angeordneten Welle mit einem gegenüber dem Lagergehäuse radial und insbesondere
weich abgefederten, das eigentliche Wellenlager in sich aufnehmenden Lagerkörper.
Derartige Lagerungen sind grundsätzlich bekannt und dienen zur Erreichung eines
ruhigen Laufes der Wellen mit überkritischer Drehzahl.
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Bei senkrechten Wellen bietet die Anwendung sehr weicher, rein radial
wirkender Federungen des Lagerkörpers, um relativ niedrige kritische Drehzahlen
des Systems Lagerkörper-Welle-Läufer zu erreichen, keine Schwierigkeiten, da das
Gewicht der Welle und des Läufers senkrecht nach unten wirken und somit der Lagerkörper
durch die Rückstellkraft immer wieder in die genaue Mittellage zurückgeführt wird.
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Bei waagerechten Wellen und relativ niedrigen kritischen Drehzahlen
besteht dagegen die Neigung, daß sich der Lagerkörper und damit die Welle mit dem
Läufer entsprechend der Weichheit der Federung unter dem angreifenden Gewicht um
einen merkbaren, meist unzulässig großen Betrag senkt. Die Rückführung des Lagerkörpers
und damit der Welle und des Läufers in die Mittellage kann dabei z. B. vor dem Lauf
durch Stellschrauben vorgenommen werden. Diese bekannte Rückstellung ist jedoch
deshalb nachteilig, da die Senkung des Lagers und der genannten weiteren Teile auch
während des Umlaufens der Welle Veränderungen ausgesetzt sein kann, so daß eine
einmal vorgenommene
Einstellung der Stellschraube sich bald als
ungenau herausstellen kann.
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Es ist bereits bekannt, bei Wellenlagern zur selbsttätigen Beibehaltung
der Wellenstellung unabhängig von der Abnutzung der Lagerschalen eine hydraulische
Rückstellvorrichtung vorzusehen.
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Bei der bekannten Lagerung wirkt die hydraulische Rückstellvorrichtung
jedoch unmittelbar auf die als Lagerkörper dienende Lagerschale und läßt es nicht
zu, daß die Welle um ein gewolltes Maß federnd ausschwingt. Es ist weiterhin ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschränken der Wellendeformation eines Läufers
von hoher Tourenzahl bei Überschreiten der kritischen Geschwindigkeit bekannt, bei
denen an biegsamen Wellen, die sich in feststehenden Lagern drehen, Hilfslager vorgesehen
sind, in deren Bereich den Ausbiegungen der Wellen durch ein hydraulisches System
ein von der Drehzahl abhängiger Widerstand entgegengesetzt wird. Die Hilfslager
sind hier ebenfalls unmittelbar gegen das hydraulische System abgestützt und lassen
ebenfalls ein federndes Ausschwingen der Welle um ein gewolltes Maß nicht zu.
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Die bekannten Anordnungen sind zur Lösung der Erfindungsaufgabe nicht
geeignet, die darin besteht, eine selbsttätige Rückstellung der federnd abgestützten
Welle in ihrer Mittelstellung dann zu erzielen, wenn die Ausfederung einen unzulässigen
Wert überschreitet.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
sich der Lagerkörper mittels Federn an einem im Lagergehäuse verschieblich angeordneten
Ring abstützt, der von einer hydraulischen, durch die Ausfederung des Lagerkörpers
gesteuerten Rückstelleinrichtung gehalten und bei Überschreiten der maximal zulässigen
Auslenkung der Welle aus ihrer Mittellage mit Hilfe dieser hydraulischen Rückstelleinrichtung
so bewegt wird, daß die Welle in ihre Mittellage zurückgeführt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine solche Rückstelleinrichtung
durch voneinander unabhängige Steuereinrichtungen in zwei senkrecht aufeinanderstehenden
Richtungen, z. B. senkrecht und waagerecht zum Lagerkörper, wirksam ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der als Widerlager
für die den Lagerkörper abstützenden Federn dienende, innerhalb der Lagerebene zumindest
in senkrechter Richtung beweglich angeordnete und den Lagerkörper umschließende
Ring in senkrechter Richtung, vorzugsweise unterhalb des Lagerkörpers über eine
Kolbenstange in einen Steuerkolben der hydraulischen Rückstelleinrichtung übergeht,
welche zur Einstellung der Höhe des Ringes relativ zu dem feststehenden äußeren
Lagergehäuse dient. Dieser Ring kann weiterhin vorteilhaft in einen rechten Winkel
zum genannten Steuerkolben in einen zweiten Steuerkolben einer gleichartigen Steuervorrichtung
übergehen, die das Lager bei Überschreiten einer bestimmten seitlichen Verlagerung
in die gewünschte Mittellage zurückführt, wobei der Ring mit jeder der beiden Kolbenstangen
derart quer beweglich verbunden ist, daß die über die eine Kolbenstange mögliche
Verschiebung des Ringes nicht auf die andere Kolbenstange übertragen werden kann.
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Einzelheiten und weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind
der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen, in der der Gegenstand der Erfindung
in einem Ausführungsbeispiel und einer geringfügigen Abwandlung desselben an Hand
von sechs Figuren veranschaulicht ist. Es zeigt Fig. I die elastische Lagerung in
einem Schnitt axial zur gelagerten Welle, Fig. 2 bis 5 die hydraulische Steuereinrichtung
der Lagerung gemäß Fig. I in vier verschiedenen Stellungen, Fig. 6 eine Seitenansicht
des den Lagerkörper umgebenden Ringes der hydraulischen Rückstelleinrichtung in
einer gegenüber Fig. I geringfügig abgewandelten Ausführung.
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Die dem Ausführungsbeispiel entsprechende elastische Lagerung umfaßt
zunächst die gelagerte Welle I, die an ihrem freien Ende in einen Läufer 2 übergeht,
ein kurz vor dem freien Ende befindliches Kugellager 3 und einen den äußeren Laufring
des Kugellagers fest umschließenden Lagerkörper Dieser Lagerkörper ist entlang seinem
äußeren zylindrischen Umfang 5 von einem oder mehreren vorzugsweise gleichmäßig
verteilten Federungskörpern 6 umgeben, die zur elastischen Lagerung des Lagerkörpers
4 mitsamt dem Kugellager 3 und der Welle I nebst Läufer 2 in einem den Lagerkörper
4 innerhalb der Lagerebene umgebenden Ring 7 einer hydraulischen Rückstelleinrichtung
dienen, die ihrerseits schließlich in einem feststehenden Lagergehäuse 8 angeordnet
ist.
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Wie aus Fig. I hervorgeht, ist der Ring 7 der hydraulischen Rückstelleinrichtung
innerhalb des Lagergehäuses 8 in senkrechter Richtung beweglich angeordnet und geht
senkrecht unter dem Lagerkörper ,4 über eine Kolbenstange 9 in einen Steuerkolben
io einer hydraulischen Steuereinrichtung über, die zur Steuerung der Höhe des Ringes
7 relativ zu dem feststehenden Lagergehäuse 8 dient.
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Die hydraulische Steuereinrichtung besteht außer dem Steuerkolben
io aus einem in dem Lagergehäuse 8 befindlichen und den Steuerkolben io aufnehmenden
Zylinderraum i i, aus welchem der Steuerkolben io nach beiden Seiten, d. h. nach
oben und nach unten mit einem gleichen Kolbenstangenquerschnitt herausführt. Dabei
befindet sich an dein freien unteren Ende 9' der Kolbenstange 9 eine im Lagergehäuse
8 feststehend angeordnete und in einem axialen Sackloch 12 der Kolbenstange 9 dicht
geführte Steuerbüchse 13, die ganz durchbohrt und unten offen ist.
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Etwa an der Stelle der Mittelstellung des Steuerkolbens io führt eine
Querbohrung 14. des Lagergehäuses 8 an eine äußere Rirignut15 des Steuerkolbens
io und steht von dort aus über eine radiale Bohrung 15' des Steuerkolbens io mit
dessen Sackloch 12 in Verbindung. An der Einmündungsstelle in das Sackloch 12 ist
die Bohrung 15' noch durch eine Längsnut 16 in beiden Längsrichtungen derart erweitert,
daß die Verbindung von der Bohrung i.
über die äußere Ringnut 15
und die Bohrung 15' zu einer axial zu dieser Bohrung angeordneten Bohrung 17 in
der inneren Steuerbüchse 13 auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn der Steuerkolben
Io nach oben oder unten maximale Ausschläge ausführen sollte.
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Oberhalb und unterhalb der Querbohrung 17 weist die feststehende Steuerbüchse
13 je eine weitere Querbohrung 18 bzw. I9 auf, die nach außen mit anschließenden
und unmittelbar oberhalb bzw. unterhalb des Steuerkolbens Io in den Zylinderraum
I I mündenden Querbohrungen 2o bzw. 21 der Kolbenstange 9 in Verbindung stehen.
Dabei sind auch die Querbohrungen 2o und 21 so groß ausgeführt, daß die Verbindung
zwischen den benachbarten Bohrungen 18 bzw. I9 und dem Zylinderraum I I ständig
gewahrt bleibt, auch wenn der Steuerkolben maximale Ausschläge ausführt.
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Innerhalb der Steuerbüchse 13 ist weiterhin ein axial verschiebbarer
Steuerschieber 22 angeordnet, der sich am unteren Ende einer die Kolbenstange g
und den Ring 7 in einer axialen Bohrung 23 nach dem Innenraum des Ringes 7 hin durchsetzenden
Schieberstange 24 befindet und über diese Schieberstange 24 fest mit dem Lagerkörper
4 des Lagers verbunden ist. Dieser Steuerschieber ist innerhalb der Steuerbüchse
13 lediglich durch zwei äußere Bunde 25 und 26 geführt, die in einem solchen Abstand
voneinander und in einer solchen Höhe um den Schieber herum angeordnet sind, daß
sie die Bohrungen 18, I9 der Steuerbüchse 13 gerade dann überdecken, wenn sich der
Lagerkörper 4 in seiner Mittelstellung befindet. Die Überdeckung ist dabei bei einer
genauen Mittelstellung des Lagerkörpers 4 nach beiden Seiten der Bohrungen 18, I9
hin gleich groß, so daß der Lagerkörper 4 und damit die Welle I mit dem Läufer 2
Schwingungen mit Ausschlägen in der Größenordnung der Exzentrizitäten von Welle
I und Läufer 2 ausführen können, ohne daß bei diesen geringen Ausschlägen die inneren
Öffnungen der Bohrungen I8 und I9 durch den Steuerschieber 22 freigegeben werden
würden.
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In dem Steuerschieber 22 befindet sich ähnlich wie in der Kolbenstange
9 ein von unten axial hineingebohrtes Sackloch 27, welches bis kurz über den oberen
Bund 25 in ihn hineinragt. Dieses Sackloch 27 steht oberhalb des Bundes 25 durch
eine Querbohrung 28 mit dem außerhalb und oberhalb des Steuerschiebers befindlichen
Teil des Sackloches 12 in Verbindung.
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Die hydraulische Rückstelleinrichtung ist weiterhin von der Bohrung
14 aus mit der Zuführungsleitung einer nicht besonders dargestellten Druckölpumpe
und von der unteren Öffnung 29 der Steuerbüchse 13 aus mit einer Rückleitung für
das durch die Rückstelleinrichtung durchgesetzte Öl in ebenfalls nicht besonders
dargestellter Weise verbunden.
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Der das eigentliche Lager in sich aufnehmende Lagerkörper 4 und der
Ring 7 sind beidseitig von je einem in dem Lagergehäuse 8 in Richtung der Welle
verschiebbar geführten Bremsring 30 umgeben, wobei die Bremsringe mittels äußerer
Federglieder 31 von beiden Außenseiten her an Kegelflächen 32, 33 gegen den Lagerkörper
4 gepreßt werden und damit die Lagerung in ihrer Mittelstellung feststellen können.
In dem Ring 7 ist weiterhin parallel zur Welle I liegend ein zwei Kolben 34, 35
enthaltender Zylinder 36 angeordnet, wobei die Kolbenstangen 37, 38 dieser Kolben
34, 35 beidseitig aus dem Zylinder 36 und damit aus dem Ring 7 herausragen. Der
Zylinder 36 ist in seinem Mittelteil über eine Öffnung 39 mit einer Zuführungsleitung
40 verbunden, durch welche Drucköl in den Zylinder 36 eingeführt werden kann. Die
Wirkungsweise dieser einfachen Feststelleinrichtung zur wahlweisen Feststellung
der Lagerung in ihrer Mittelstellung, z. B. beim Durchfahren einer kritischen Drehzahl,
geht aus Fig. I ohne weiteres hervor. Werden die Kolben 34, 35 durch in dein Zylinder
36 befindliches Drucköl nach den beiden Stirnseiten des Zylinders hin bewegt, so
stützen sich deren beide Kolbenstangen 37, 38 gegen je einen Bremsring 3o ab und
halten gemeinsam die Bremsringe in einem solchen Abstand von dem Lagerkörper 4,
daß dieser über die Federkörper 6 unbeeinträchtigt ausfedern kann.
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Das Lagergehäuse 8 ist schließlich beidseitig des Lagerkörpers 4 unmittelbar
bis an diesen herangeführt und bildet dort je einen Bund 41, wobei beide den Lagerkörper
einschließenden Bunde 41 diesem eine derartige Führung geben, daß er in Richtung
der Welle 2 festgelegt, jedoch in Richtung der Lagerebene frei verschiebbar ist.
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Die hydraulische Rückstelleinrichtung der vorbeschriebenen elastischen
Lagerung wirkt folgendermaßen: Senkt sich die Welle i und damit der Lagerkörper
4 und der Steuerschieber 22 aus der in Fig. i wiedergegebenen Mittelstellung, z.
B. in eine in Fig. 2 dargestellte tiefere Stellung, so kann das Drucköl bzw. entsprechende
andere Druckmittel in Richtung der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile durch die Querbohrung
14, die radiale Bohrung 15', die Querbohrung 17 und den innerhalb der Steuerbüchse
13 außerhalb des Steuerschiebers 22 zwischen dessen Bunden 25, 26 bestehenden Raum
über die Querbohrung i9 der Steuerbüchse 13 unter den Steuerkolben io treten, während
gleichzeitig das über dem Steuerkolben io befindliche 0I durch die obere Querbohrung
18, den oberhalb des Steuerschiebers 22 befindlichen Raum des Sackloches 12 und
die Querbohrung 28 des Steuerschiebers 22 in das Sackloch 27 der Steuerbüchse 22
und damit durch die untere Öffnung 29 der Steuerbüchse drucklos abfließen kann.
Damit wird der Steuerkolben io durch das unter ihm befindliche Drucköl nach oben
verschoben, wobei auch trotz der dazwischenliegenden Federung 6 der Lagerkörper
4 und damit schließlich auch der Steuerschieber 22 in die in Fig. 3 dargestellte
Stellung angehoben wird, bei der die Querbohrungen 18 und i9 der Steuerbüchse 13
durch die Bunde 25, 26 des wieder in seine Mittelstellung zurückgekehrten Steuerschiebers
22 wieder abgedeckt werden. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, unterscheidet sich die neue
Gleichgewichtsstellung
gegenüber der Stellung gemäß Fig. I lediglich
dadurch, daß der Steuerkolben Io nunmehr etwas angehoben und damit die Federung
6 unterhalb des Lagerkörpers 4 mehr vorgespannt ist.
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Wird gemäß Fig. 4 der Steuerschieber 22 z. B. durch entsprechende
Schwingungen der Welle I so weit nach oben verschoben, daß das Drucköl nunmehr an
dem oberen Bund 25 über die Querbohrung I8 der Steuerbüchse I3 auf die Oberseite
des Steuerkolbens Io treten kann, wobei zugleich das unter dem Steuerkolben Io befindliche
Öl durch die Querbohrung I9 der Steuerbüchse I3 und die untere Öffnung 29 derselben
abfließt (in Richtung der Pfeile in Fig. 4), so wird der Steuerkolben Io nunmehr
durch das Drucköl nach unten verschoben und der Lagerkörper 4 über die Federung
6 nach unten hin entlastet, bis schließlich der Steuerschieber 22 und damit die
Welle I gemäß Fig. 5 wiederum die Mittelstellung eingenommen haben. Im Gegensatz
zur Mittelstellung gemäß Fig. 3 befindet sich nun der Steuerkolben Io jedoch unterhalb
der in Fig. I dargestellten Stellung.
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Während die vorbeschriebenen Schwingungen des Lagerkörpers 4 und entsprechende
Gegensteuerungen mittels der hydraulischen Steuereinrichtung dann möglich sind,
wenn die Bremsringe 3o durch im Zylinder 36 befindliches Drucköl über die Kolben
34, 35 und deren Kolbenstangen 37, 38 beidseitig des Lagerkörpers in einem ausreichenden
Abstand gehalten werden, wird der Lagerkörper 4 und damit die Welle I dann in der
Mittelstellung starr festgehalten, wenn das im Zylinder 36 befindliche 01 z. B.
durch eine in der Zuleitung 38 eröffnete Ableitung abfließen kann.
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Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. I geringfügig abgewandelte hydraulische
Steuereinrichtung, bei der der Ring 7' in einem rechten Winkel zum in dieser Abbildung
nicht sichtbaren unteren Steuerkolben Io bzw. zu dessen sichtbarer Kolbenstange
9 a in einen zweiten Steuerkolben 9 b einer gleichartigen Steuervorrichtung übergeht,
die das Lager 3, 4 bei Überschreitung einer bestimmten seitlichen Verlagerung in
die gewünschte Mittellage zurückführt. Bei dieser doppeltwirkenden hydraulischen
Rückstelleinrichtung ist der Ring 7' mit jeder der beiden Kolbenstangen 9 a, 9 b
derart querbeweglich verbunden, daß die über die eine Kolbenstange (9 a bzw. 9 b)
mögliche Verschiebung des Ringes 7' nicht auf die andere Kolbenstange (9 b bzw.
9 a) übertragen werden kann.