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Radiallagerung für einen Rotor grossen Durchmessers
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Die Erfindung betrifft eine Radiallagerung für einen Rotor grossen
Durchmessers, welcher Rotor eine in seinem Umfangsbereich angeordnete mit der Rotorachse
konzentrische Ringfläche aufweist, mit welcher im Fundament gelagerte, den Rotor
gegenüber dem Fundament abstützende Lagerschuhe zusammenarbeiten.
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Aus der DT-OS 2 049 402 ist eine hydrostatische Lagerung für eine
Zerkleinerungstrommel bekannt, die mittels in ihren Stirnwänden angeordneter hohler
Zapfen auf vier in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden, im unteren Viertel der
hohlen Zapfen angeordneten Lagerschuhen gegenüber dem Fundament abgestützt ist.
Die Lagerschuhe weisen Stellmotoren zu ihrer radialen Verschiebung auf. Sowohl für
das auf der einen Seite des Lagers liegende Lagerschuhpaar als auch für das auf
der anderen Seite des Lagers liegende Lagerschuhpaar sind die Stellmotoren zur Erzielung
eines Stützkraftausgleichs mittels einer Druckleitung miteinander verbunden.
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Dabei ist beabsichtigt, alle vier Lagerschuhe möglich-s-t gleichmässig
zu belasten. Diese Radiallagerung eignet sich aber nur für Rotoren, die eine kleine
Drehzahl aufweisen und bei denen praktisch nur Schwerkräfte auf die Radiallagerung
einwirken.
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Aus der DT-PS 1 628 103 ist eine Radiallagerung für einen schneller
laufenden Rotor, d.h. eine hydraulische Rohrturbine bekannt, bei welcher der Rotor
in seinem Umfangsbereich eine Ringfläche aufweist, die mit den Rotor abstützenden
Rollen zusammenarbeitet. Im unteren Viertel der Lagerung befinden sich in einem
Kettenzug angeordnete Rollen, die das Gewicht des Rotors tragen. Zu beiden Seiten
des Rotors ist jeweils eine oberhalb der-durch die Rotorachse gehenden Horizontalebene
angeordnete, fest mit dem Fundament verbundene Führungsrolle vorgesehen. Diese Lagerung
eignet sich nur für kleinere Rotoren, da sie den Rotor starr abstützt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radiallagerung zu schaffen,
bei welcher der Rotor in allen Richtungen einwandfrei radial geführt ist und trotzdem
unter wechselnder Fliehkraft oder thermischer Beanspruchung im Durchmesser wachsen
oder schrumpfen kann, wobei die Achse des Rotors gegenüber denr Funament--unverschieblich
gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Radiallagerung der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Rotor mindestens in den Haupt-Stützrichtungen
gegenüber dem Fundament radial abgestützt ist, und dass höchstens die in zwei Hauptstützrichtungen
wirkenden Lagerschuhe gegenüber dem Fundament formschlüssig gelagert sind, während
die übrigen Lagerschuhe gegenüber dem Fundament radial verschieblich kraftschlüssig
gelagert sind.
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Unter Haupt-Stützrichtungen werden dabei die zum einwandfreien Festhalten
des Rotors unbedingt erforderlichen Stützrichtungen bezeichnet. Im einfachsten Fall
sind drei Haupt-Stützrichtungen erforderlich, um einen Körper am Ort zu halten.
Dann beträgt der Winkel zwischen zwei Stützrichtungen vorteilhafterweise 120 Grad;
praktisch kann der Winkel zwischen zwei Haupt-Stützrichtungen aber zwischen 80 bis
140 Grad gewählt werden.
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In der Technik werden aber oft vier Haupt-Stützrichtungen vorgesehen,
die gegeneinander um je 90 Grad versetzt sind, wobei der Rotor von unten, von oben
und von beiden Seiten abgestützt wird.
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Zur Zentrierung des Rotors gegenüber dem Fundament werden vorteilhafterweise
ein oder mehrere Lagerschuhe jeweils als Zentrierlagerschuh ausgebildet, bei dem
bei einer entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung des Lagerschuhs die
Stützkraft des Lagerschuhs zunimmt, und umgekehrt.
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Zur sicheren Aufnahme von Radialstössen werden mit Vorteil ein oder
mehrere Lagerschuhe jeweils als Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh ausgebildet, bei dem
die Stützkraft des Lagerschuhs bei langsamen Verschiebungen des Lagerschuhs gleich
gross bleibt, bei plötzlicher entgegen der Stützrichtung erfolgender Verschiebung
des Lagerschuhs aber zunimm-t.
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Beispielsweise zur Aufnahme des Gewichts des Rotors bei Rotoren mit
schräger oder horizontaler Achse werden vorteilhafterweise ein oder mehrere Lagerschuhe
jeweils als Schwebe-Lagerschuh ausgebildet, bei dem bei allen
Verschiebungen
des Lagerschuhs die Stützkraft des Lagerschuhs gleichgross bleibt.
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Durch das Vorsehen von Abstützungen mindestens in den Haupt-Stützrichtungen
und durch die Verschieblichkeit der Lagerschuhe (von denen höchstens die in zwei
Hauptstützrichtungen wirkenden gegenüber dem Fundament formschlüssig gelagert sein
dürfen) ist einerseits eine einwandfreie Radiallagerung des Rotors erreicht, andererseits
kann der Rotor praktisch unbehindert wachsen und schrumpfen.
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In der Zeichnung, anhand welcher die Erfindung näher erläutert wird,
sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es
zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch einen kranzförmigen Rotor, Fig.
2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 bis 6 je einen der Fig. 2
entsprechenden Schnitt durch einen Lagerschuh in grösserem Massstab, Fig. 7 einen
vertikalen Axialschnitt durch einen weiteren kranzförmigen Rotor, Fig. 8 einen Schnitt
nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 einen vertikalen Axialschnitt durch einen
radartigen Rotor, Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 9 Fig. 11 einen
den Schnitten nach Fig. 2, 8 oder 10 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführung
5 form, und Fig. 12 einen der Fig. 11 entsprechenden Schnitt durch einen Lagerschuh
in grösserem Massstab.
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Die in Fig. 1 bis 5 dargestellte Radiallagerung dient für die Lagerung
eines Rotors 1 grossen Durchmessers, welcher Rotor 1 eine in seinem Umfangsbereich
angeordnete, mit der Rotorachse konzentrische Ringfläche 2 auSweist, mit welcher
in einem Fundament 3 gelagerte, den Rotor 1 gegenüber dem Fundament 3 abstützende
Lagerschuhe 4 zusammenarbeiten.
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Dabei ist der Rotor 1 in drei Haupt-Stützrichtungen a, b, c, die durch
Pfeile angedeutet sind, gegenüber dem Fundament 3 radial abgestützt. Alle Lagerschuhe
4 sind gegenüber dem Fundament 3 radial verschieblich.
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Dabei dienen die Lagerschuhe 41, 42, 43 lediglich zur Zentrierung
des Rotors 1 gegenüber dem Fundament 3.
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Jeder dieser Lagerschuhe 41> 42> 43 ist als Zentrier-Lagerschuh
ausgebildet, bei dem bei einer entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung
des Lagerschuhs die Stützkraft des Lagerschuhs zunimmt, und umgekehrt.
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Die Kraft-Weg-Charakteristik der Zentrier-Lagerschuhe ist so gewählt,
dass die Stützkräfte beim gewachsenen Rotor 1 zur Zentrierung gerade noch ausreichen
und beim geschrumpften Rotor l.noch keine unzulässige Verformung des Rotors 1 bewirken.
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Den Zentrier-Lagerschuhen 41, 42, 43 jeweils diametral gegenüberliegend
sind Lagerschuhe 44, 45, 46 angeordnet.
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Jeder dieser Lagerschuhe ist als Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh ausgebildet,
bei dem die Stützkraft des Lagerschuhs bei langsamen Verschiebungen des Lagerschuhs
gleichgross bleibt, bei plötzlicher entgegen der Stützrichtung
erfolgender
Verschiebung des Lagerschuhs aber zunimmt.
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Diese Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuhe 44, 45, 46 folgen der mit dem
Rotor 1 wachsenden und schrumpfenden Ringfläche 2, ohne dass sich ihre Stützkraft
verändert. Treten aber Radialstösse auf, steigt die Stützkraft der Lagerschuhe 44,
45, 46 so stark an, dass die Lagerschuhe für den Augenblick des Stosses wie radial
unverschiebliche Lagerschuhe wirken und eine Verschiebung des Rotors 1 verhindern.
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Werden die im Schwebezustand auftretenden Stützkräfte der Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuhe
44, 45, 46 so gewählt, dass sie der mittleren Stützkraft der Zentrier-Lagerschuhe
41, 42, 43 gleich sind, üben die Lagerschuhe 41 bis 46 gleiche und gleichmässig
über den Umfang des Rotors 1 verteilte Stützkräfte auf den Rotor 1 aus.
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Der Rotor nach Fig. 1 bis 5 hat eine horizontale Achse.
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Dementsprechend sind zur Aufnahme des Rotorgewichts zwei nach schräg
oben weisende Stützkräfte erzeugende Lagerschuhe 47 und 48 vorgesehen. Jeder dieser
beiden Lagerschuhe ist als Schwebe-Lagerschuh ausgebildet, bei dem bei allen Verschiebungen
des Lagerschuhs die Stützkraft des Lagerschuhs gleichgross bleibt. Dadurch dass
die Schwebe-Lagerschuhe 47, 48 das ganze Gewicht des Rotors 1 tragen, schwebt der
Rotor 1 gleichsam im Raum und die Zentrier-Lagerschuhe und die Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuhe
müssen nur die Zentrierung bzw. Dämpfung des Rotors 1 übernehmen.
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Weiter sind in vier Haupt-Stützrichtungen Hilfslager 5 vorgesehen,
die fest gegenüber dem Fundament 3 gelagert
sind und ausserhalb
des durch die verschieblichen Lager-4141 8 schuhe 41 bis 48 im Normalbetrieb ermöglichten
Spielbereichs der Ringfläche 2 angeordnet sind. Diese Hilfslager 5 übernehmen bei
fehlerhaftem Nachgeben der verschieblichen Lagerschuhe 41 bis 4 die Notlagerung
des Rotors 1.
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Zur besseren Uebersicht ist in Fig. 2 ein Buchstabenkranz eingetragen,
in welchem die Position der Zentrier-Lagerschuhe mit Z, diejenige der Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuhe
mit SD, diejenige der Schwebe-Lagerschuhe mit S und die Position der Hilfslager
mit H angegeben ist.
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Die Konstruktion der verwendeten Lagerschuhe kann aus den Abbildungen
3 bis 5 entnommen werden. Die Lagerschuhe 4 weisen der Ringfläche 2 zugewandte,
gegen die Ringfläche 2 hin offene Taschen 6 für das Schmiermittel auf und sind mittels
eines hydraulischen Stellmotors 7 im Fundament 3 gelagert. Das untere Ende des Lagerschuhs
4 bildet den Kolben des Stellmotors 7 und ist im Zylinder des Stellmotors 7 schwenkbar
gelagert. Der Druckraum des Stellmotors 7 ist mit einer Druckmittelquelle 8 verbunden,
und vom Druckraum des Stellmotors 7 führt je eine mit einer Drosselstelle versehene
Leitung 9 zu den Taschen 6 des Lagerschuhs 4. Dabei dient das Druckmittel gleichzeitig
als Schmiermittel dr Radiallagerung.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten, als Zentrier-Lagerschuh ausgebildeten
Lagerschuh 4 ist in die von der Druckmittelquelle 8 in den Druckraum des Stellmotors
7 führende Leitung 10 ein Drosselventil 11 eingebaut, das von einer
Einstellvorrichtung
12 eingestellt wird. Die Einstellvorrichtung 12 misst den bezüglich der Achse des
Rotors 1 radialen Abstand des Lagerschuhs 4 vom Zylinder des Stellmotors 7 und stellt
das Drosselventil 11 so ein, dass der Druck im Druckraum des Stellmotors 7 steigt,
wenn sich der genannte radiale Abstand verringert und dass der Druck im Druckraum
des Stellmotors 7 sinkt, wenn sich der genannte radiale Abstand vergrössert.
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Zwei weitere Ausführungsbeispiele für einen solchen Zentrier-Lagerschuh
sind in unserer gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung eingereichten
Patentanmeldung 11P 4964 Hydrostatische Stützvorrichtung" und in unserer schweizerischen
Patentanmeldung Nr. 8839/74 ausführlich beschrieben.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten, als Schwebe-Dämpfungs-Lager ausgebildeten
Lagerschuh 44 ist in die von der Druckmittelquelle 8 in den Druckraum des Stellmotors
7 führende Leitung 10 eine Drosselstelle 13 eingebaut.
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Diese Drosselstelle 13 ist so dimensioniert, dass die Druckmittelmenge,
die ständig aus den Taschen 6 des Lagerschuhs 44 durch den Spalt zwischen Lagerschuh
und Ringfläche 2 in die Umgebung abfliesst, durch Zufluss aus der Druckmittelquelle
8 ersetzt werden kann, und dass dieser Zufluss soweit vergrössert und verkleinert
werden kann, dass langsame dem Schrumpfen und Wachsen des Rotors entsprechende Bewegungen
des Lagerschuhs stattfinden können. Die Drosselstelle 13 ist aber so eng, dass bei
raschen Bewegungen des Lagerschuhs gegen den Druckraum des Stellmotors 7 hin der
Rückfluss von Druckmittel aus
dem Druckraum in die Druckmittelquelle
so behindert ist, dass im Druckraum des Stellmotors 7 ein plötzlicher Druckanstieg
eintritt, der die Stützkraft des Lagerschuhs vervielfacht. Die Drosselstelle 13
kann aber auch eine Rückschlagklappe aufweisen, die ein Rückfliessen von Druckmittel
in die Druckmittelquelle 8 ganz verhindert.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen solchen Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh
ist in unserer gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung eingereichten Patentanmeldung
"P 4950 Stützeinrichtung" ausführlich beschrieben.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten als Schwebe-Lagerschuh ausgebildeten
Lagerschuh 47 ist der Druckraum des Stellmotors 7 durch die Leitung 10 mit der Druckmittelquelle
8 direkt verbunden. Die Druckmittelquelle 8 liefert Druckmittel konstanten Drucks.
Der entsprechende konstante Druck im Druckraum des Stellmotors 7 bleibt bei allen
Verschiebungen des Lagerschuhs 47 konstant und ist so gewählt, dass die beiden Schwebe-Lagerschuhe
und 47 und 48 zwei Stützkräfte aufweisen, die zusammen gerade zum Tragen des Gewichts
des Rotors 1 ausreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel für solch einen Schwebe-Lagerschuh ist in
der schweizerischen Patentschrift 560 734 ausführlich beschrieben.
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Für den Fall, dass kleine Verschiebungen der Achse des Rotors 1 in
Kauf genommen werden können, wäre es möglich,
die in den zwei Haupt-Stützrichtungen
a, b angeordneten Zentrier-Lagerschuhe 41, 42 durch Lagerschuhe zu ersetzen, die
gegenüber dem Fundament formschlüssig in einer vorgegebenen Stellung gelagert sind.
Der entsprechende in Fig. 6 dargestellte Lagerschuh ist als Basis-Lagerschuh 49
ausgebildet, der schwenkbar auf einer im Druckraum des Stellmotors 7 angeordneten
festen Stützbasis 14 aufliegt, welche einen Teil der Stützkraft aufnimmt. Dementsprechend
ist beim Lagerschuh 49 das Verhältnis von Kolbenfläche des Stellmotors 7 zur Stirnfläche
des Lagerschuhs kleiner. Abgesehen davon entspricht der Basis-Lagerschuh dem beschriebenen
Schwebe-Lagerschuh nach Fig. 5.
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Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Radiallagerung hat der Rotor
1 eine vertikale Achse und die Radiallagerung ist nicht durch das Gewicht des Rotors
belastet. Dementsprechend sind in drei Haupt-Stützrichtungen je ein Zentrier-Lagerschuh
41 bis 43, und in weiteren drei Haupt-Stützrichtungen je ein Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh
44 bis 46 angeordnet. Alle Lagerschuhe 41 bis 46 sind gegenüber dem Fundament radial
verschieblich. Sicherheitshalber sind wieder fest mit dem Fundament 3 verbundene
Hilfslager 5 vorgesehen, die, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist,
ausserhalb des durch die kraftschlüssig radial verschieblich gelagerten Lagerschuhe
bestimmten normalen Spielbereichs der Ringfläche 2 liegen.
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Der in Fig. 9 und 10 dargestellte Rotor 1 besitzt eine Radiallagerung,
bei der alle Lagerschuhe 4 gegenüber dem Fundament radial verschieblich sind, und
das Zentrum des
Rotors 1 mittels eines Radiallagers 15 kleinen
Durchmessers in allen Radialrichtungen unverschieblich gelagert ist.
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Dieses Radiallager 15 lagert den Zapfen einer Nabe 16 des Rotors 1,welche
Nabe 16 mittels Speichen 17 mit dem Kranz des Rotors 1 verbunden ist. Das Gewicht
des Rotors 1 wird von zwei Schwebe-Lagerschuhen 47 und 48 getragen.
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Ausserdem ist ein Kranz von sechs Schwebe-Dämpfungs-Lagern vorgesehen,
die gleichmässig über den Umfang verteilt angeordnet sind und von denen drei mit
44 bis 46 bezeichnet sind. In vier Haupt-Stützrichtungen sind Hilfslager 5 vorgesehen.
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Bei der in Fig. 11 dargestellten Radiallagerung weist der Rotor 1
zwei mit der Rotorachse konzentrische Ringflächen 21 und 22 für die Lagerschuhe
4 auf. Dabei weist die eine Ringfläche 21 nach radial innen und die andere Ringfläche
22 nach radial aussen. Dadurch ist es möglich, die Anordnung der Lagerschuhe 4 auf
ein Drittel des Umfangs des Rotors zu beschränken und trotzdem eine einwandfreie
in drei Haupt-Stützrichtungen angeordnete Radiallagerung zu erreichen.
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Dabei sind in der Haupt-Stützrichtung a ein Basis-Lagerschuh 410,
in der Haupt-Stützrichtung b ein Basis-Lagerschuh 411, und in der Haupt-Stützrichtung
c ein Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh 412 angeordnet. Diese drei Lagerschuhe 4 bis
412 zentrieren den Rotor 1.
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In drei weiteren, den genannten Haupt-Stützrichtungen a, b, c gegenüberliegenden
Haupt-Stützrichtungen sihd je ein 44 bis 4 6 Schwebe-Dämpfungs-Lagerschuh 44 bis
46 angeordnet. Das
Gewicht des Rotors 1 wird durch zwei Schwebe-Lagerschuhe
47 und 48 getragen.
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Wie Fig. 12 zeigt, ist die Stützbasis 14 der beiden Basis-Lagerschuhe
4 und 4 verstellbar ausgebildet, d.h. die Basis 14 der beiden formschlüssig gelagerten
11 Lagerschuhe 410 und 41 1 ist bei Wachsen des Rotors von der Achse der Rotors
wegbewegbar, bei Schrumpfen des Rotors zur Achse des Rotors hinbewegbar, so dass
die Lage der Achse des Rotors unverändert bleibt.
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Zum Verstellen der Basis-Lagerschuhe 4 und 411 kann eine Steuervorrichtung
verwendet werden, die den Durchmesser des Rotors 1 oder an zwei diametralen Stellen
21Fundaments 2 des Fundaments die Abstände der Ringfläche 21 (oder 22) von diesen
diametralen Stellen des Fundaments misst 410 und die Stützbasis 14 der Lagerschuhe
410 und 411 im Sinne eines Amorthaltens der Achse des Rotors 1 verstellt.
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Die radial verschieblich kraftschlüssige Lagerung der 8 Lagerschuhe
4 bis 48 gegenüber dem Fundament 3 ist bei den Ausführungsbeispielen durch die an
eine Druckmittelquelle 8 angeschlossenen hydraulischen Stellmotoren 7 erreicht.
Die kraftschlüssige Lagerung kann aber auch durch eine andere Vorrichtung erreicht
werden, die beispielsweise auch formschlüssige Elemente enthalten kann.
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L e e r s e i t e