DE2109403C3 - Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgeblachten Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Axiallager - Google Patents
Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgeblachten Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete AxiallagerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgebrachten
ίο Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete
Axiallager, von denen wenigstens eines eine sphärische Lagerfläche aufweist.
Auf bestimmten technischen Gebieten zeigt die Entwicklung die Tendenz zu immer größeren und
schwereren rotierenden E'nheiten. Als Beispiel seien hier nur solche Lufterhitzer für Dampfkesselanlagen
erwähnt, die einen um eine senkrechte Achse rotierenden Läufer aufweisen. Das Gewicht dieses Läufers
ist bereits heute beträchtlich; 500 Tonnen sind keineswegs ungewöhnlich. Um die Kapazität der
Lufternitzer zu vergrößern, wird angetrebt, die Läufer weiter zu vergrößern. Dabei kann man auf das
doppelte Gewicht der bis heute größten Einheiten kommen.
a5 Bei dieser Entwicklung bereiten die Lager des
Läufen Schwierigkeiten. Bis zu der bisher erreichten Größe der Anlagen war es möglich, sphärisch ausgebildete
Axialrollenlager zu verwenden. Zwar gibt es keine grundsätzlichen Hinderungsgründe, die der
Fertigung von Rollenlagern für noch größere Belastungen entgegenstehen würden, die Lagermaße werden
dann jedoch ganz beträchtlich und die Herstellungskosten nicht mehr vertretbar.
Eine Möglichkeit, die Lagergröße klein zu halten, besteht darin, die Last auf zwei oder mehrere kleine
Lage' aufzuteilen. So ist es z. B. bekannt, die von einer Welle aufgebrachte Last über einen hydrau'ischen
Servomechanismus mit Ringkolben auf zwei Wälzlager zu verteilen. Eine solche Einrichtung e.-
fordert neben einer Einrichtung zur Druckmittelzufuhr zum Servomechanismus für jedes Lager einen
Ringkolben oder bei einem beiden Lagern gemeinsamen Ringkolben besondere Maßnahmen zur Abstützung
der Lager gegen den Kolben. Sie ist deshalb ziemlich aufwendig im Aufbau.
Der Erfindung liegt die bekannte Aufgabe zugrunde, fine von einer Welle aufgebrachte Axiallast
auf zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Lager zu verteilen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß abweichend vom Bekannten dadurch gelöst, daß die beiden
Axiallager als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern in der Lager- oder Stützfläche
ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers über einen mit dem hydrostatischen Druck
des anderen Lagers beaufschlagten Kraftzylinder mit Kolben erfolgt.
Eine so ausgebildete Einrichtung ist deshalb vorteilhaft, weil von den beiden Lagern nur eines über
fio einen Kolben abzustützen ist und das bei hydrostatischen
Lagern an sich erforderliche Druckmittel gleichzeitig die gleichmäßige Verteilung der Last auf
beide Lager bewirkt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen,
näher erläutert. Es zeigt
F i g. i einen senkrechten Schnitt durch eine Axiallagerung mit zwei sphärischen Einzellagern und einer
Einrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine entsprechende Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem sphärischen
und einem ebenen Axiallager,
Fig.3 und4 schematische Darstellungen der hydraulischen
Schaltung für die beiden Ausführungen nach F i *,. 1 bzw. 2.
Die in F i g. 1 dargestellte Lagerung ist dazu bestimmt,
eine senkrechte Welle 10 eines schweren, nicht gezeigten Rotors zu tragen. Die axiale Abstützung
der Welle 10 erfolgt an einem Gehäuse 11 über zwei feste Stützscheiben 12 und 13. Drehfest mit der
Welle verbunden sind zwei Lagerscheiben 14 und 15, -wischen denen die Lastaufnahme über ein Zwischenteil
16, in welchem ein Ringzylmder 17 ausgebildet ist, erfolgt. Die Lagerscheibe 14 ist zur Welle
axial verschiebbar.
Die obere Lagerscheibe 15 hegt mit ihrer Oberseite an einer auf die Welle 10 aufgeschobenen Befestigungsscheibe
18 an, die mit einem Sicherungsteil 19 zusammenwirkt, welches beliebig gestaltet sein
kann und die Montage und Demontage der Bestandteile des Lagers gestattet.
Beide Lagerscheiben 14 und 15 haben sphärische Lagerflächen mit unterschiedlichem Krümmungsradius
20 bzw. 21. allerdings mit einem gemeinsamen,
auf der Miltelachse der Welle 10 liegenden Krümmungsmittelpi'nkt
22.
Die Stützscheiben 12 und 13 haben den Lagerflächen der Lagerscheiben 14 und 15 entsprechende
Stützflächen Da es sich um hydrostatische Lager handelt, sind jeweils zwischen zusammenwirkenden
Lager- und Stützflächen Druckkammern ausgebildet. Die in die untere Stützscheibe 12 eingearbeiteten
Druckkammern sind mit 23 und die in die obere Stützscheibe 13 eingearbeiteten mit 24 bezeichnet.
Die der Lagerfläche gegenüberliegende Seite der Lagerscheibe 14 ist als Ringkolben 25 ausgebildet,
der mit dem Zylinder 17 in dem Zwischenteil 16 zusammenwirkt. Eine Drehbewegung des letzteren relativ
zu der unteren und oberen Lagerscheibe verhindern Stifte 26 bzw. 27.
Dem unteren hydrostatischen Lager wird Druckmittel über einen Kanal 28 zugeführt. Die Druckmittelzufuhr
zu dem oberen hydrostatischen Lager erfolgt über mehrere Kanäle 29, die in F i g. 3 mit
29 α, ft und c bezeichnet sind. In der oberen Lagerscheibe 15 ist ein Kanal 30 ausgebildet, der Anschluß
hat an einen Kanal 31 im Zwischenteil 16. Über diese beiden Kanäle besteht eine Verbindung
zwischen den oberen Drucktaschen 24 und dem Zylinder 17.
Die hydraulische Schaltung der Ausführungsform nach F i g. 1 ist in F i g. 3 dargestellt, woraus auch die
Anordnung der Drucktaschen im oberen und unteren hydrostatischen Lager ersichtlich ist.
Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist in der unteren Stützfläche eine einzige ringförmige Druckkammer
23 ausgebildet. In der oberen Stützfläche sind dagegen drei bogenförmige Drucktaschen 24 α, ft, c vorgesehen,
die sich bis auf die Druckkammern trennende Zwischenstege, die mit ihrer Oberfläche einen Teil
der Stützfläche bilden, zum Ring ergänzen. Jede du
Druckkammern 23 und 24 c, ft, c wird mit Druckmittel
über die Kanäle 28 bzw. 29<7, ft, r von einer eigenpn
ieweik von einem Motor M angetriebenen
Pumpe 32 bzw. 33, 34, 35 versorgt. Es könnte auch eine gemeinsame Pumpe Verwendung finden, nur
müßte dann durch Steuerungsmittel, wie z. B. Drosseln oder Ventile, Vorkehrung getroffen sein, daß
Druckschwankungen in der einen Druckkammer sich nicht über hydraulischen Leitungen in den anderen
Druckkammern auswirken. WäLrend der Drehung der Wellen 10 kommt der Zylinder 17 über die Kanäle
30 und 31 fortlaufend nacheinander mit den
ίο Druckkammern 24 a, ft, c in Verbindung.
Die Arbeitsweise eines hydrostatischen Lagers ist bekannt und braucht hitr aicht beschrieben zu werden.
Es genügt eine kurze Betrachtung der Tragfähigkeit. Diese ist bei einem einzelnen Lager gleich
dem Produkt aus dem Flüssigkeitsdruck in den Drucktaschen und der auf eine quer zur Kraftrichtung
liegende Ebene projiz'erten wirksamen Lagerfläche. Als wirksame Lagerfläche soll hier diejenige
Ringfläche verstanden werden, die begrenzt wird durch die kreisförmigen Mittellinien der radial
außer- und innerhalb der Druckkammern liegenden Lagerflächenteile.
Der innere und äußere Durchmesser des Ringkolbens
25 wird dann so bestimmt, daß die Kolbenfläche
der auf eine horizontale Ebene projizieren wirksamen Lagerfläche des oberen hydrostatischen
Lagers 13, IS entspricht. Be dieser Bemessung übernehmen
die beiden Lagerscheiben 14 und 15 gleiche Anteile der Gesamtiast. Die Lastverteilung stellt sich
während des Betriebs selbsttätig ein. da der auf den
Kolben 25 wirkende Flüssigkeitsdruck gleich dem Druck in den Druckkammern 24 a, ft, c des oberen
hydrostatischen Lagers ist.
Die gleichmäßige Lastverteilung auf die beiden Lager bedeutet, daß sich die Spaltweite zwischen zusammenwirkenden
Lager- und Stützflächen, die bestimmend ist für den Ausfluß der Druckflüssigkeit
aus den Drucktaschen, gerade so einstellt, daß jeweils das Produkt aus dem Druck in den Druckkammern
und der wirksamen Lagerfläche bei beiden hydrostatischen Lagern gleich ist.
Der*Druck in den drei Kammern 24a. b undr ist
gleich, wenn auf die Lagerscheibe 15 eine rein axiale Last wirkt. Bei einer anderen Lastrichtung ergeben
sich unterschiedliche Kammerdrücke. Da die verbindenden Kanäle 30. 31 mit der Welle 10 umlaufen,
werden sie fortlaufend nacheinander mit den Drükken in den drei Druckkammern beauflagt. Wegen des
Strömungswiderslandes in den Kanälen 30, 31 teilt sich dem Zylinder 17 "ein mittlerer Druck mit. Der
Druchfluß durch die Kanäle 30 und 31 bestimmt sich während des Betriebs nach der Leckage durch die
Zylinderdichtungen. Diese Leckströmung spielt jedoch bei der erfindungsgemaßen Axiallagerung keine
Rolle, da die Leckage am Zylinder gegenüber dem Druckflüssigkeitsstrom durch die die Druckkammern
begrenzenden Spalte gering ist.
Wenn kein Flüssigkeitsdruck vorliegt, ruht die gesamte Last auf der oberen Stüte->cheibe 13. Sobald
die Pumpen anfangen zu .irbeiten, werden die Druckkariiüicrn
24a,b.c mit Diuck beaufschlagt, und über
die Kanäle 30 und 31 wird audi dem Zylinder 17
Druckflüssigkeit zugeführt worai fhin sich dann das
unU;e hydrostatische Lauer 12, 14 an der Lastaufnähme
beteiligt
Die in Fig. 2 dargestellte Austuhrungsform unterscheidet
sich \>
>n der nach Fij.i darin, daß das obce hydrostatische läget eine ebene Tragfläche
aufweist. Die senkrechte Welle ist bei dieser Ausführung mit 50, die untere Tragscheibe mit 54 und die
obere Tragscheibe mit 55 bezeichnet. Letztere übernimmt auch die Funktion der Befestigungsscheibe 18
nach Fig. 1 und ist mit der Welle 50 über Sicherungsmittel 59 verbunden. Die an einem unteren
stützenden Teil 52 ausgebildete Stützfläche hat eine der Lagerscheiben 54 entsprechende sphärische Gestalt.
Bei dem letzteren Ausführungsbeispiel ist die obere Stützfläche, die mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkt,
an einer axial beweglichen Stützscheibe 53 ausgebildet, welche auf ihrer gegenüberliegenden
Seite die Form eines Ringkolbens 65 hat. Dieser wirkt mit einem in einem festen Gehäuseteil
ausgebildeten Zylinder 57 zusammen.
Das zu der Ausführung nach F i g. 2 gehörende hydraulische System ist in Fig.4 dargestellt. Danach
ist in der mit der Lagerscheibe 55 zusammenwirkenden Stützfläche der Stützscheibe 53 eine ringförmige
Druckkammer 64 vorgesehen. Das untere hydrostatische Lager 52, 54 hat drei Druckkammern 63 a, b, c
die über Kanäle 69 a, b, c durch einzelne jeweils voi einem Motor M angetriebene Pumpen 73, 74, 75 mi
Druckflüssigkeit versorgt werden. Der Kanal 69 < und die Druckkammer 63 c sind außerdem übei
einen Kanal 70 im Gehäuse mit dem Zylinder 51 verbunden. Von diesem führt ein weiterer Kanal 71
zu der ringförmigen Druckkammer 64 des oberen hydrostatischen
Lagers. Eine Drosselstelle 72 im Kana
ίο 71 erzeugt einen geringfügigen Druckunlerschiec
zwischen dem Zylinder 57 und der Druckkammei 64, wodurch erreicht wird, daß sich der Ringkolber
65 hebt, sobald die Pumpe zu arbeiten beginnt.
Eine Lagerung gemäß F i g. 2 eignet sich für solch« Anwendungsfälle, bei denen zu erwarten ist, daß di(
Richtung der Last nur verhältnismäßig wenig von dei genau senkrechten Richtung abweicht. Eine pendelnde
Einstellbewegung ist nur in dem Maße möglich, wie sich der Ringkolben 65 im Zylinder 57 seit·
Hch bewegen kann, welche Bewegung wiederum von: Spalt zwischen Kolben und Zylinder abhängt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
- Patentansprüche:*· 1. Einrichtung zum Verteilen einer von einer Welle aufgebrachten Last auf zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Axiallager, von denen wenigstens eines eine sphärische-Lagerfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Axiallager (12, 14 und 13,15 bzw. 52, .54 und 53, 55) als hydrostatische Lager mit einer oder mehreren Druckkammern (23, 24 a, b, c bzw. 63 a, b, c, 64) in der Lager- oder Stützfläche ausgebildet sind und die Belastung des einen Lagers (i2, 14 bzw. 53, 55) über einen mit dem hydrostatischen Druck des anderen Lagers (13,15 bzw. 52, 54) beaufschlagten Kraftzylinder mit Kolben (17, 25 bzw. 57, 65) erfolgt.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftzylinder (17, 25 bzw. 57, 65) ein die Welle (10 bzw. 50) umgebender Ringzylinder ist, in den ein zur Welle axial beweglicher Lagerteil (Lagerscheibe 14 bzw. Stützscheibe 53) mit seiner der Lager- bzw. Stützfläche abgekehrten Seite als Ringkolben (25 bzw. 65) eingreift.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Lagerflächen der beiden hydrostatischen Lager (12, 14 und 13, 15) kugelkalotteniörmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt (22) auf der Mittelachse der Welle (10) ausgebildet sind.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum des dem einen hydrostatischen Lager zugeordneten Kraftzylinders (17, 25) mit einer oder mehreren Druckkammern (24 α, b, c) des anderer» hydrostatischen Lagers (13,15) in Verbindung steht.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (53, 55) mit dem axial zur Welle beweglichen Lagerteil (Stützscheibe 53) eine ebene Lagerfläche hat und der Kraftzylinder (57, 65) mit einer oder mehreren Druckkammern (63 a, b, c) des mit der sphärischen Lagerfläche versehenen hydrostatischen Lagers (52, 54) in Verbindung steht.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (12, 14 bzw. 53, 55) rrit dem axial zur Welle beweglichen Lagerteil eine ringförmige Druckkammer (23 bzw. 64), das andere (13, 15 bzw. 52. 54) dagegen wenigstens zwei voneinander getrennte und durch einzelne Kanäle (29 a, 6, c bzw. 69 a, b,c) mit Druckflüssigkeit versorgte Druckkammern (24 a, b, c bzw.- .63 a, b, c) aufweist.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kolbenfläche des Ringkolbens (25 bzw. 65) im wesentlichen gleich der auf eine senkrecht zur Lastrichtung liegende Ebene projizierten wirksamen Lagerfläche desjenigen hydrostatischen Lagers (13, 15 bzw. 52, 54) ist, mit dessen Druckkammern der Kraftzylinder in Ver-* bindung steht, wobei als wirksame Lagerflä'che die Ringfläche zu verstehen ist, die zwischen den kreisförmigen Mittellinien der radial außer- und innerhalb dieser liegenden Lagerflächenteile liegt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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SE266170 | 1970-03-02 | ||
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2109403B2 DE2109403B2 (de) | 1973-05-24 |
DE2109403C3 true DE2109403C3 (de) | 1977-05-18 |
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