DE2824921C2 - Radiale Wälzlageranordnung zwischen zwei konzentrischen Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine radiale Wälzlageranordnung zwischen zwei relativ zu einer feststehenden Bezugskonstruktion und relativ zueinander drehbaren konzentrischen Wellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Wälzlageranordnung dieser Gattung ist bereits aus der GB-PS 9 37 515 bekannt Bei dieser bekannten Anordnung sitzt der innere Laufring des Wälzlagers drehfest und radial unbeweglich auf der inneren Welle, während der äußere Laufring über einen Flüssigkeitsfilm schwimmend in der äußeren Welle abgestützt ist Der Zweck dieser schwimmenden Abstützung des äußeren Lagerlaufrings liegt darin, eine schwingungsgedämpfte Lagerung der beiden konzentrischen Wellen ineinander zu erreichen.

Wie sich aber gezeigt hat, hängt die Qualität der tatsächlich erreichten Schwingungsdämpfung bei der bekannten Anordnung wesentlich vom Drehbewegungszustand der beiden Wellen relativ zueinander und relativ zur feststehenden Bezugskonstruktion ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche schwingungsgedämpfte Lagerung zweier konzentrischer Wellen ineinander derart zu verbessern, daß eine optimale Schwingungsdämpfung unabhängig davon erreicht wird, ob sich beide Wellen relativ zur Bezugskonstruktion drehen oder ob nur eine beliebige Welle sich jeweils relativ zur Bezugskonstruktion dreht und die andere stillsteht oder in welcher Weise sich die beiden Wellen jeweils relativ zueinander drehen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung einer gattungsgemäßen Wälzlageranordnung gelöst.

Der Wirkungsmechanismus der vom jeweiligen Bewegungszustand der beiden Wellen unabhängigen Schwingungsdämpfung bei der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung bei verschiedenen Drehzuständen der beiden Wellen wird im Zuge der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ausführlich erläutert.

Nach Anspruch 2 ist der schwimmend abgestützte Laufring jedes Wälzlagers vorzugsweise gegen Drehung relativ zu der ihn abstützenden Welle gesichert.

Die drehfeste Festlegung eines schwimmend angeordneten Lagerlaufrings ist aus der GB-PS 10 02 919 an sich bekannt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einer Wälzlageranordnung nach der Erfindung,

ίο F i g. 2 einen Axialhalbschnitt durch die Wälzlageranordnung und

Fig.3 eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeiles IIIinFig.2.
F i g. 1 zeigt schematisch ein Gasturbinentriebwerk

is 10, das in Richtung der Arbeitsmittelströmung nacheinander einen Niederdruckverdichter 12, einen Hochdruckverdichter 13, eine Brenneinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine 16 aufweist Der Niederdruckverdichter 12 und die Niederdruckturbine 16 sind durch eine Welle 17 miteinander verbunden, die an ihren beiden Enden mittels Lager 18 und 19 in der feststehenden Triebwerkskonstruktion 22 gelagert ist Der Hochdruckverdichter 13 und die Hochdruckturbine 15 sind über eine Welle 20 miteinander verbunden, welche die Welle 17 umschließt und an ihrem einen Ende mittels eines Lagers 23 in der feststehenden Konstruktion 22 und an ihrem anderen Ende mittels einer Lageranordnung 24 auf der Welle 17 gelagert ist.

Gemäß F i g. 2 enthält die Lageranordnung 24 zwei Wälzlager A und B und zwei schwimmende Lagerabstützungen A 1 und B1, die eine hydrodynamische Wirkung nach Art der Arbeitsweise eines hydrodynamischen Lagers entfalten können.

Das Wälzlager A weist einen inneren Laufring 25, einen äußeren Laufring 26 und dazwischen angeordnete Rollen 27 auf. Der innere Laufring 25 ist auf der inneren Welle 17 befestigt, so daß er radial unbeweglich auf dieser Welle sitzt. Der äußere Laufring 26 ist mit Bezug auf ein an der Innenwandung der hohlen äußeren Welle 20 befestigtes Bauteil 28 radial beweglich, jedoch wird durch Keile 29 eine relative Drehbarkeit zwischen dem äußeren Laufring 26 und dem Bauteil 28 verhindert. Zwischen der äußeren Mantelfläche 32 des äußeren Laufrings 26 und der dieser zugewandten Innenwandfläche 31 des Bauteils 28 befindet sich ein ölgefüllter Radialspalt 33. Die beiden Flächen 31 und 32 und das in dem dazwischenliegenden Radialspalt 33 befindliche öl bilden zusammen die schwimmende Abstützung A 1 des äußeren Laufrings 26 des Lagers A in der äußeren Welle 20.

Das Wälzlager B weist einen inneren Laufring 34, einen äußeren Laufring 35 und dazwischen befindliche Rollen 36 auf. Der äußere Laufring 35 ist an der Innenwandung der äußeren Welle 20 radial unbeweglich befestigt. Der innere Laufring 34 ist mit Bezug auf ein an der inneren Welle 17 befestigtes Bauteil 37 radial beweglich, jedoch wird eine relative Drehbewegung zwischen diesem inneren Laufring 34 und dem Bauteil 37 durch Keile 38 verhindert. Die radial innere Wandlfäche 40 des inneren Laufrings 34 und die dieser zugewandte äußere Wandfläche 39 des Bauteils 37 bilden zwischen sich einen ölgefüllten Radialspalt 41. Die beiden Flächen 39 und 40 und das im Radialspalt 41 befindliche Öl bilden zusammen die schwimmende Abstützung B1 des inneren Laufrings 34 des Lagers B auf der inneren Welle 17.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der innere

Laufring 25 des Wälzlagers A einteilig mit dem Bauteil 37 ausgebildet, jedoch können diese beiden Bauelemente auch als gesonderte Bauteile ausgebildet und jeweils für sich an der Welle 17 befestigt sein. Alternativ dazu können auch der innere Laufring 25 und das Bauteil 37 beide einteilig mit der Welle 17 ausgebildet sein. In jedem Fall bilden der innere Laufring 25, das Bauteil 27 und die Welle 17 eine einheitliche, gemeinsam umlaufende Baugruppe. In gleicher Weise bilden der äußere Laufring 26, das Bauteil 28 und die Welle 20 eine einheitliche, gemeinsam umlaufende Baugruppe.

Zum Zweck der Erläuterung der Arbeitsweise der Lageranordnung 24 sei zunächst angenommen, daß die Welle 17 stillsteht und die Welle 20 umläuft und daß infolge einer Unwuchtkraft die Welle 20 zu einer Orbitalbewegung neigt, deren Frequenz gleich der Wellendrehzahl ist. Diese Orbitalbewegung wird in gewissem Maße durch die Radialspalte 33 und 41 der schwimmenden Abstützungen A 1 und B1 aufgenommen, wobei jedoch nur die schwimmende Abstützung Bi bei den angenommenen Bedingungen, nämlich feststehender Welle 17, tatsächlich eine hydrodynamische Wirkung entfaltet Dies wird nachstehend erläutert.

Was die Abstützung B1 betrifft, so läuft der innere Laufring 34 wegen der stillstehenden Welle 17 nicht um, nimmt jedoch an der Orbitalbewegung der Welle 20 teil. Infolgedessen befinden sich die beiden ringförmigen Flächen 39 und 40 in einer exzentrischen gegenseitigen Stellung (F i g. 3), wobei sich zwischen ihnen ein engster Spaltbereich 42 befindet, der entlang des ringförmigen Radialspalts 41 zwischen den beiden Flächen 39 und 40 umläuft. Diese Relativbewegung des engsten Spaltbereiches stellt eine Voraussetzung für die Arbeitsweise der schwimmenden Abstützung nach Art eines hydrodynamischen Lagers dar und bewirkt die schwingungsdämpfenden Eigenschaften dieser schwimmenden Abstützung.

In der schwimmenden Abstützung A 1 befindet sich ein engster Spaltbereich 43 zwischen den ringförmigen Flächen 31 und 32, aber da diese Flächen beide gemeinsam umlaufen, findet keine Relativbewegung des engsten Spaltbereiches 43 mit Bezug auf die Flächen 31 und 32 statt Deshalb ergibt sich unter den genannten Bedingungen, bei welchen die WeUe 20 eine Orbitalbewegung und eine Umlaufbewegung ausführt, während die Welle 17 stillsteht, in der Abstützung A 1 keine hydrodynamische Wirkung.

Es ist klar, daß bei umgekehrten Bedingungen, d. h. bei stiästehender Welle 20 und bei eine Orbital- und Umlaufbewegung ausführender Welle 17, die Abstützung A 1 nach Art eines hydrodynamischen Lagers wirkt, während die Abstützung BX lediglich die exzentrische Lage zwischen dem Laufring 34 und dem Bauteil 37 ermöglicht Wenn beide Wellen 17 und 20 umlaufen, wie es in der Praxis der Fall ist, entfaltet je nach dem, welche Welle zu einer Unwuchtbewegung neigt, entweder die schwimmende Abstützung A 1 oder die schwimmende Abstützung Bi eine hydrodynamische Wirkung. Selbstverständlich können bei entsprechenden Bedingungen beide schwimmenden Abstützungen A i und B i gleichzeitig hydrodynamisch wirksam werden.

In den F i g. 2 und 3 ist die Größe der Radialspalte 33 und 41 der deutlicheren Darstellung halber übertrieben groß gezeigt. In der Praxis haben diese Radialspalte eine mittlere Größe von etwa 0,12 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Radiale Wälzlageranordnung zwischen zwei relativ zu einer feststehenden Bezugskonstruktion und relativ zueinander drehbaren konzentrischen Wellen mit einem Wälzlager, dessen innerer Laufring drehfest und ohne radiale Bewegungsmöglichkeit mit der inneren Welle verbunden und dessen äußerer Laufring über einen Flüssigkeitsfilm schwimmend in der äußeren Welle abgestützt ist, gekennzeichnet durch ein weiteres Wälzlager (BX dessen äußerer Laufring (35) drehfest und ohne radiale Bewegungsmöglichkeit mit der äußeren Welle verbunden und dessen innerer Laufring (40) über einen Flüssigkeitsfilm (41) schwimmend auf der inneren Welle abgestützt ist

2. Lageranordnung nach Ajispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwimmend abgestützte Laufring (32, 40) jedes Wälzlagers (A, B) gegen Drehung relativ zu der ihn abstützenden Welle gesichert (29,38) ist