DE1274450B - Waelzlagerpaar, insbesondere fuer verdrehbare Rohrabschnitte von Strahlrohren bei Flugzeugen - Google Patents

Description

• Wälzlagerpaar, insbesondere für verdrehbare Rohrabschnitte von Strahlrohren bei Flugzeugen Die Erfindung betrifft ein Wälzlagerpaar, insbesondere zur Lagerung von gegeneinander verdrehbaren Rohrabschnitten von Strahlrohren für Flugzeuge, mit geneigten Laufflächen und einem zwischen den Lagerringen angeordneten Ringkörper, wobei durch die Wärmedehnung des Ringkörpers die Lagerringe gegeneinander axial verschiebbar sind.
• Derartige Einrichtungen haben die Aufgabe, das mit der wechselnden Betriebstemperatur veränderliche Lagerspiel auszugleichen, um beispielsweise eine zu feste Vorspannung des Lagers im kalten Zustand oder einen zu losen Sitz im warmen Zustand zu vermeiden.
• Es ist bereits eine Wälzlagerung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der als regulierendes Element dienendes Element dienende Ringkörper durch die das Lagerspiel verursachende Betriebstemperatur selbst beeinflußt wird. Durch kegelig ausgebildete Stirnflächen überträgt dieser Ringkörper seine radiale Größenänderung als axiale Verschiebung auf einen der Lagerringe. Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich jedoch nur eine lineare Abhängigkeit der axialen Verschiebung von der Betriebstemperatur herstellen, welche in vielen Fällen dem tatsächlich auftretenden Lagerspielverlauf nicht entspricht. Als weiterer Nachteil wird angesehen, daß die Einrichtung zur Regulierung des Lagerspiels nicht willkürlich ausschaltbar ist, so daß z. B. eine Lagerentlastung durch gewolltes Belassen eines Lagerspiels nicht möglich ist.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht mehr die Lagertemperatur, sondern das Lagerspiel selbst die Stellgröße für die Regulierung darstellt und bei der außerdem eine willkürliche Ausschaltung der Regulierungseinrichtung möglich ist. Die Erhöhung der Lagertemperatur bewirkt eine radiale und axiale Ausdehnung der als Lagerringe dienenden Lagerteile. Je nach Bauausführung und der Art der thermischen Belastung wirkt beispielsweise die radiale Ausdehnung des inneren Lagerringes spielvermindernd, seine axiale Ausdehnung jedoch spielvergrößernd, wobei die spielverringernde Wirkung die spielvergrößernde Wirkung überwiegt, so daß eine resultierende Verringerung des Lagerspiels bei Erwärmung auftritt. Wird jedoch z. B. der äußere Lagerring wesentlich stärker erwärmt als der innere, so kann eine umgekehrte Wirkung eintreten. Die gegenseitige Bewegung der Lagerteile bzw. eine der Bewegungskomponenten stellt in jedem Fall ein direktes Maß für das Lagerspiel dar und ist deshalb in besonderer Weise dazu geeignet, als Stellgröße für die Regulierungseinrichtung zu dienen. Die vorstehend genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch in den Ringkörper eingelagerte, an ein Versorgungsnetz angeschlossene Heizspiralen sowie einen in den Heizstromkreis geschalteten, von der axialen Verschiebung der Lagerteile direkt gesteuerten Regelwiderstand, welcher bei Auftreten von Lagerspiel einen dem Lagerspiel entsprechenden Heizstrom zu den Heizspiralen leitet und bei spielfreiem Sitz der Lager den Kontakt der Heizspiralen mit dem Bordnetz unterbricht.
• Mittels der Heizspiralen läßt sich der Ringkörper unabhängig von der Betriebstemperatur aufheizen. Als Steuergröße für das Maß der Heizleistung dient die gegenseitige axiale Verschiebung der Lagerringe, d. h. also eine Komponente des Lagerspiels selbst. Dadurch ergibt sich das Schaltbild eines echten, geschlossenen Regelkreises, bei dem die zu regelnde Größe selbst, hier das Lagerspiel, den Regler einstellt.
• Außerdem ist erfindungsgemäß ein weiterer, automatisch oder willkürlich betätigter Unterbrecherschalter im Heizstromkreis vorgesehen. Dieser wird entweder bei einer vollständig selbsttätigen Ausführung der Regelungseinrichtung durch den Regelwiderstand in dem Augenblick eingeschaltet, in dem ein Lagerspiel auftritt, oder er wird willkürlich bzw. in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsdaten der entsprechenden Maschinen, bei denen das Lager eingebaut ist, betätigt. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise bei Strahltriebwerken mit Schubablenkung bereits vor dem Einschalten des Nachbrenners die für die damit entstehende thermische Belastung erforderliche Lagerspieleinstellung vornehmen.
• Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der heizbare Ringkörper selbst den äußeren Lagerring für beide Lager darstellt, d. h., daß die Wälzkörper auf dem Ringkörper rollen. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Wälzkörper über kugelkappenförmige Berührflächen an dem mit Stahlanlaufscheiben bewehrten Ringkörper anliegen. Bei einer Ausdehnung des Ringkörpers werden die Wälzkörper verschoben, bis sie wieder an ihren Lagerringen anliegen.
• Zur selbsttätigen Regelung ist erfindungsgemäß ein Regelwiderstand vorgesehen, welcher aus einem mit dem äußeren Lagerteil über eine isolierende Unterlage verbundenen Kontaktbügel besteht, der auf einer auf dem inneren Lagerteil angeordneten Widerstandswicklung od. dgl. gleitet.
• In seiner dem spielfreien Sitz des Lagers entsprechenden Nullstellung ist der Kontakt der Heizspiralen mit dem Versorgungsnetz unterbrochen, bei einer Abweichung von dieser Nullstellung, die einem Lagerspiel entspricht, wird über diesen Regelwiderstand die zum Ausgleich des Lagerspiels erforderliche Heizleistung zugeführt.
• Der Unterbrecherschalter wird bei vollständig selbsttätiger Regelung durch die Stellung des Regelwiderstandes geschaltet, d. h. in der Nullstellung ist der Unterbrecherschalter offen, in den anderen Fällen ist er geschlossen, so daß Heizstrom fließen kann. Er kann jedoch auch willkürlich, beispielsweise vom Piloten, geöffnet werden, so daß die Reguliereinrichtung ausgeschaltet ist.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist insbesondere für die Lagerung von drehbaren Strahlablenkerteilen von Strahltriebwerken, bei denen die Betätigung der Strahlablenker durch vom Triebwerk erzeugte Strömungsmittelenergie, beispielsweise hydraulische Energie, erfolgt, vorgesehen, daß der Unterbrecherschalter unabhängig vom bestehenden Lagerspiel durch einen Strömungsmitteldruckschalter betätigt wird, welcher bei einem Druck anspricht, der unterhalb des zur Betätigung des Strahlablenkers erforderlichen Druckes liegt.
• Dadurch ist es möglich, schon vor dem Auftreten der Belastung das Lager spielfrei zu machen, wodurch eine erhebliche Schonung des Lagers bewirkt wird.
• Weitere Einzelheiten über Vorteile und spezielle Maßnahmen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Es zeigt F i g. 1 einen teilweisen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Ausführungsbeispiel, F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Strahlablenkers mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, wobei die um 90° abgelenkte Strahlrichtung gestrichelt angeordnet ist, F i g. 3 eine schematische Darstellung der Meß-und Regeleinrichtung für eine Anordnung gemäß F i g. 1 und 2, F i g. 4 einen teilweisen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 5 ein Schaltschema am Beispiel einer Gleichstromschaltung zur Aufheizung der Ausdehnungskörper mit selbsttätig regelbarem Widerstand für die Anordnung gemäß F i g. 4.
• Der Strahlablenker 20 eines Strahltriebwerks 10 weist die Rohrkörper 21, 22, 23, 24 auf. Diese sind so zueinander angeordnet, daß jeweils das bezüglich der Strahlrichtung stromabwärts liegende Rohrstückende 31, 32, 33 und das stromaufwärts liegende Anfangsstück 42, 43, 44 des nachfolgenden Rohres 22, 23, 24 überdeckt. Die Anfangs- und bzw. oder die Endstücke der Rohrkörper sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen so ausgebildet, daß sie als Lagerlaufringe dienen können. An den Rohrstückenden 31, 32, 33 ist z. B. in einer Nut 34 ein Ausdehnungskörper 35 angeordnet, der an Zwischenstücken 37 Stahlanlaufscheiben 38 trägt. Letztere sind in Ausführung und Anordnung so gestaltet, daß sie die Funktionen eines äußeren Lagerlaufringes übernehmen können. Zu diesem Zweck sind die Zwischenstücke 37 und die Stahlanlaufscheiben 38 axial verschiebbar, aber gegen Verdrehen in Umfangsrichtung durch konstruktive Mittel gesichert. Der innere Lagerlaufring ist durch das Anfangsstück 42, 43, 44 selbst gebildet. Mittels elektrischer Leitungen 50 stehen der Ausdehnungskörper 35 und dessen Heizdrähte 36 mit einem Kontaktbügel 51 in Verbindung. Dieser Kontaktbügel 51, der auf einer Isolierplatte 52 ruht, bildet das bewegliche Glied beispielsweise eines regelbaren Widerstandes 60 oder eines Schleifkontaktes 62, vor dem ein Ruhekontakt 61 angeordnet ist. Widerstand 60 und Ruhekontakt 61 sind auf den Rohrkörpern 22, 23, 24 angebracht, deren Anfangsstücke 42, 43, 44 mit Rollenlagerflächen 45 für die Rollen 46 versehen sind. Der Widerstand 60 bzw. der Schleifkontakt 62 und die Heizdrähte 36 der Ausdehnungskörper 35 sind durch die Leitungen 50, 53, 54 mit dem Bordnetz 55 verbunden, an das gleichzeitig ein Relais 56 angeschlossen ist, welches auf die Schalter 57 anspricht. Diese Schalter 57 des Stromkreises 50, 54, 55 für die Aufheizung der Ausdehnungskörper 37 werden mittels der Kontakte 61, die durch die Leitung 58 mit dem Relais 56 in Verbindung stehen, automatisch geöffnet. Bei einem Lagerspiel gegen Null ruht der Kontaktbügel 51 auf dem Kontakt 61, wodurch das Relais 56 angesprochen ist und die Schalter 57 offenhält. Damit bleibt der Stromkreis für den betreffenden Ausdehnungskörper 35 unterbrochen, d. h., die in dem Ausdehnungskörper 35 befindlichen Heizdrähte 36 sind spannungslos. Wie insbesondere in F i g. 3 und 5 schematisch angedeutet wurde, ist der Schleifkontakt 62 derart, daß eine bestimmte Abweichung des Kontaktbügels 51 vom Ruhekontakt in jede der beiden möglichen Richtungen stets die gleiche Heizleistung bewirkt.
• In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind im Lagerbereich stets die inneren Lagerteile 42, 43, 44 der größeren thermischen Belastung durch die Heizgase ausgesetzt, so daß die Wärmedehnung dieser inneren Lagerteile in besonderem Maß an dem entstehenden Lagerspiel beteiligt ist und die Wärmedehnung der äußeren Lagerteile hier in grober Näherung vernachlässigt werden kann. Ebenso kann die Wärmedehnung der Rohrteile außerhalb des Lagerbereichs außer acht gelassen werden, daß sie an dem Lagerspiel keinen Anteil hat.
• Die Wärmedehnung des inneren Lagerteils besteht aus einer radialen Komponente, welche spielvermindernd wirkt, sowie einer axialen Komponente, durch welche die Lagerlaufbahnen 45 weiter auseinandergerückt werden, und die deshalb spielvergrößernd wirkt. Der spielvermindernde Anteil aller Dehnungen bei zunehmender Erwärmung überwiegt in den gezeigten Ausführungsbeispielen. Es läßt sich jedoch, ohne darauf genauer einzugehen, sagen, daß bei anderen Bauformen, beispielsweise bei gegeneinander geneigten Wälzkörperachsen, sowie bei anderen thermischen Belastungsrichtungen auch andere Zusammenhänge zwischen Lagertemperatur und Lagerspiel auftreten können, ja, daß sogar eine Umkehrung des geschilderten Falles eintreten kann, wobei mit zunehmender Erwärmung das Lagerspiel größer wird.
• In den Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, daß die Lager mit erheblichem Lagerspiel im kalten Zustand montiert werden. Das Lagerspiel ist so bemessen, daß es bei der größten auftretenden thermischen Belastung gerade verschwindet. Bei den Zwischenzuständen tritt die Regulierungseinrichtung in Funktion.
• Im Ruhezustand sind die Lager nur durch die unwesentlichen Kräfte und Momente aus dem Eigengewicht der Rohrteile belastet. Nach dem Anlassen des Triebwerks reicht normalerweise bereits der Leerlaufschub aus, um die Rohrteile in eine eindeutige, durch Anliegen einer Wälzkörperreihe definierte gegenseitige Lage zu bringen, so daß das gesamte Lagerspiel bei der jeweils zweiten Wälzkörperreihe auftritt. In dieser Stellung weicht die Lage des Kontaktbügels 51. von seiner durch den Ruhekontakt 61 gegebenen Nullstellung ab. Diese Abweichung kann bei niedriger Lagertemperatur durch die Regulierungseinrichtung ausgeglichen werden. Durch den von der Nullstellung abweichenden Kontaktbügel wird das Relais 56 aktiviert, welches die Schalter 57 schließt, so daß ein Heizstrom fließt. Durch den regelbaren Widerstand 60 bzw. den Schleifkontakt 62 erfolgt die Steuerung des Grades der Aufheizung und dadurch die Kompensierung des Lagerspiels. Die Heizung wird automatisch beendet, wenn der Kontaktbügel 51 wieder auf den Ruhekontakt 61 zu liegen kommt und das Relais 56 den jeweiligen Schalter 57 zur Unterbrechung des Heizstromkreises wieder öffnet.
• Bei steigender Lagertemperatur erfolgt in bereits beschriebener Weise eine Verringerung des Lagerspiels und damit der möglichen Abweichung des Kontaktbügels 51 vom Ruhekontakt 61. Damit ist ein einfacher, wartungsfreier und ohne eine Vielzahl von Bauteilen zu erreichender automatischer Lagerspielausgleich geschaffen.
• Bei einer weiteren in den F i g. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den elektrisch heizbaren Ausdehnungskörper 35, der ebenfalls mit Heizdrähten 36 und Stahlanlaufscheiben 38 versehen ist, derart anzuordnen, daß er in axialer Richtung verschiebbar bzw. schwimmend angeordnet ist. In diesem gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein hydraulischer Kreis 70 beispielsweise von einer vom Strahltriebwerk 10 angetriebenen Hydraulikpumpe 71 mit einem entsprechenden Medium versorgt. Bei einem bestimmten Druck spricht der Druckschalter 72 an und schließt den Schalter 80 des durch einen Generator 90 versorgten Stromkreises 100. Dadurch werden die Heizspulen 36 bereits vorgeheizt. Wächst der Druck des Mediums auf ein bestimmtes Maß weiter an, so öffnet sich das überdruckventil 74 und löst eine Sperre für die Betätigung des Antriebsmotors 73 für den Strahlablenker 20 aus. Die zeitliche übereinstimmung im Zusammenwirken des Kreises 70 und des Stromkreises 1.00 ist so getroffen, daß gleichzeitig mit dem öffnen des überdruckventils 74 die Heizspulen 36 bereits so aufgeheizt sind, daß sie den Lagerspielausgleich in vollem Umfang bewirken können.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Wälzlagerpaar, insbesondere zur Lagerung von gegeneinander verdrehbaren Rohrabschnitten von Strahlrohren für Flugzeuge, mit geneigten Laufflächen und einem zwischen den Lagerringen angeordneten Ringkörper, wobei durch die Wärmedehnung des Ringkörpers die Lagerringe gegeneinander axial verschiebbar sind, g e k e n nzeichnet durch in den Ringkörper (35, 37) eingelagerte, an ein Versorgungsnetz angeschlossene elektrische Heizspiralen (36) sowie einen in den Heizstromkreis geschalteten, von der spielverursachenden axialen Verschiebung der Lagerteile direkt gesteuerten Regelwiderstand (51, 60, 62). 2. Wälzlagerpaar nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, automatisch oder willkürlich betätigten Unterbrecherschalter (57, 80) im Heizstromkreis. 3. Wälzlagerpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (37) selbst als äußerer Lagerring für beide Lager ausgebildet ist. 4. Wälzlagerpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper über kugelkappenförmige Berührflächen an dem mit Stahlanlaufscheiben bewehrten Ringkörper anliegen. 5. Wälzlagerpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelwiderstand durch eine auf dem inneren Lagerteil angeordnete Widerstandswicklung (60, 62) od. dgl. sowie einen darauf gleitenden, mit dem äußeren Lagerteil über eine elektrisch isolierende Unterlage (52) verbundenen Kontaktbügel (51) gebildet ist, der in seiner dem spielfreien Sitz des Lagers entsprechenden Nullstellung den Kontakt der Heizspiralen (36) mit dem Versorgungsnetz unterbricht und bei Vorhandensein eines Lagerspiels die zum Ausgleich erforderliche Heizleistung zu den Heizspiralen leitet. 6. Wälzlagerpaar nach den Ansprüchen 1 und 5 für Strahltriebwerke, bei denen die Betätigung der Strahlablenker durch vom Triebwerk erzeugte Strömungsmittelenergie erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecherschalter (80) durch einen Strömungsmitteldruckschalter (72) betätigt wird, welcher bei einem Druck anspricht, der unterhalb des zur Betätigung der Strahlablenker erforderlichen Druckes liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1066 388.