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Wellen- bzw. Zapfenlager
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Die Erfindung betrifft ein Lager odgl., mit einer ersten Baueinheit
und einer zweiten hierzu relativ rotierenden Baueinheit.
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Solche Lager dienen z.B. dazu, die Achsen und Wellen von Pumpen zu
lagern.
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Es ist bekannt, daß Pumpenlager üblicherweise nicht zu schmieren sind,
da das Schmiermittel in unerwünschter Weise sich mit dem Arbeitsmittel, oder umgekehrt,
vermischen kann. Deshalb müssen die Lager von der PumpflUssigkeit durch eine flüssige
Dichtung, einen Luftspalt und eine Schmiermitteldichtung abgedichtet werden.
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Es ergibt sich allerdings daraus eine aufwendige Konstruktion.
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Ferner wird hierbei ein aufwendiges System für das Schmiermittel,
welches gekühlt, gepumpt und gefiltert werden soll, vorgesehen werden. Der zugehörige
Aufwand an Apparatur und Regelt eilen muß für den Fall vorgesehen werden, daß das
Schmiermittelsystem versagt.
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Einige Lager können durch Wasser, Benzin oder ähnliche, eine niedrige
Viskosität aufweisende Flüssigkeiten geschmiert werden. Der wesentliche Nachteil
solcher Lager besteht jedoch in der niedrigen Lastaufnahme, hohem Verschleiß besonders
bei nur leicht verunreinigten Flüssigkeiten und zuletzt in der mangelnden Stabilität
der Lagerflächentoleranz aufgrund Material veränderung und Temperaturschwankungen.
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In einem bestimmten Lagersystem, z.B. beim Lager für das Wellenaustrittsrohr
bei Schiffen, wird öl unter Druck zugeführt und es besteht die Gefahr, daß das öl
in das Wasser ableckt und eine beachtliche Verunreinigung verursacht.
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Der Erfindung liegt einmal die Aufgabe zugrunde ein Lager oder eine
ähnliche Dreheinrichtung anzugeben, in welchem eine relativ geringe Anzahl von beweglichen
Bauteilen,wirksamer als bisher, durch die Betriebsflüssigkeit selbst geschmiert
werden können.
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Es soll auch insbesondere für Hochdruckkompressoren und Maschinenteile
geeignet sein, die hohe Drehgeschwindigkeiten haben. Die zugehörigen Arbeitsdrücke
sollen besser regelbar sein. Ferner soll, je nach Ausführungsbeispiel, die radiale
Toleranz zwischen Lagerring und Nabe verringert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand einer der Patentansprüche
gelöst. Es hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, daß aus dem erfindungsgemäßen
Werkstoff hergestellte Lager bzw. Lagerteile durch Flüssigkeiten geschmiert werden
können, die an sich schlechte Schmiereigenschaften haben, wie z.B. Wasser, Nafta,
ammoniakhaltige
Flüssigkeiten, die meisten bekannten Säuren, Salzwasser
und sogar Flüssigkeiten,die schleifende Partikelchen enthalten.
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Mit Silizium versetztes Graphit hat ferner niedrige Spannungsfestigkeit,
hohe Druckfestigkeit und einen sehr niedrigen Ausdehnungskoeffizienten. Graphitierter
Kohlenstaub kann mit Silizium entweder über sein ganzes Volumen hinweg homogen imprägniert
werden5 oder man braucht nur die Oberfläche zu imprägnieren, z.B.
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über eine Tiefe von 2 mm hinweg. Ohne das Nachfolgende als einschränkend
anzusehen, wird angenommen, daß in dem erfindungegemäßen Werkstoff bzw. für den
erfindungsgemäßen Verwendungszweck im Werkstoff eine Kohlenstoffmatrix, bestehend
aus Bereichen elementaren Siliziums, vorliegt; einige Siliziumkarbide sind an dem
Kohlenstoff-Silizium-Interface (Zwischenfläche) ausgebildet.
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Das imprägnierte Graphit hat gegenüber Siliziumkarbid in den Lagern
auch den Vorteil, hinsichtlich der Biegefestigkeit und mechanischen Festigkeit bzw.
Dauerfestigkeit; es ist auch mehr vorteilhaft, verglichen mit einem Substrat, überzogen
mit einer Schicht aus Siliziumkarbid, weil der bekannte Überzug leicht abblättert.
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Das erfindungsgemäße homogene imprägnierte Graphit kann wie folgt
hergestellt werden. Eine Mischung von pulverförmigem Graphit und Formaldehydharz
wird in gewünschte Form gebracht und danach hocherhitzt und das Kunstharz in Kohlenstoff
übergeführt. Das gewonnene kohlenstoffhaltige Material ist porös und das Porenvolumen
kann bis 50% des gesamten Volumens betragen. Dieser poröse Kohlenstoff wird dann
in ein Bad aus geschmolzenem flüssigen
Silizium eingetaucht, welches
wegen seiner rauhen Beweglichkeit rasch in das Material eindBfundiert und den Kohlenstoff
imprägniert.
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Ein lediglich an der Oberfläche imprägniertes Graphit kann aus nicht
porösem Graphit hergestellt werden, dh. aus Elektrodengraphit mit einer Porösität
von weniger als 2%. Auf diese Graphitoberfläche wird Silizium als Dampf im Vakuum
niedergeschlagen und, in Abhängigkeit von der Temperatur und der Behandlungszeit,
dBfundiert es um eine kleine Tiefe von z.B. 2 mm in das Innere des Graphitkörpers
herein. Das Graphit wird teilweise oder vollständig in Siliziumkarbid umgewandelt,
welches die extreme Härte der gebildeten Schicht begründet. Die Siliziumbehandlung
führt ebenfalls zu einer Volumenvergrößerung des Graphits, so daß es notwendig werden
kann, das transformierte Graphit auf vorbestimmte Größe nach der Imprägnierung zu
malen.
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Das mit Silizium versetzte Graphit, hergestellt durch obiges Verfahren,
wird unter dem Handelsnamen "Silmor'l verkauft.
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Die Lageroberflächen können radial und/oder axial ausgeformt sein.
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Die Lageroberflächen können einen oder mehr Ringe aus mit Silizium
versetztem Graphit haben.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung hat der äußere Ring des radialen
Lagers ein konzertr isches Teil und ferner ein exzentrisches Teil, so daß in vorteilhafter
Weise eine bessere Montage des äußeren Ringes in einem Träger möglich wird.
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Die Erfindung kann auch so ausgeführt werden, daß der innere Ring
bzw. Ringe mit einem radialen Abstand bzw. Toleranz an einem zentralen Glied montiert
sind, derart, daß in vorteilhafter Weise eine Wärmeausdehnung des zentralen Gliedes
möglich wird.
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Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Ringetgeschrägt, so daß
ein Axialdruck- und Radiallager gebildet werden.
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Man kann die Erfindung auch so abwandeln, daß die Axialdrucklager
mit axial fluchtenden Ringen versehen sind. Vorzugsweise sind diese axial fluchtenden
Ringe mit Nuten für das Schmiermittel versehen.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Ring aus einer Mehrzahl von kissenförmigen
Bauteilen, bestehend aus mit Silizium versetztem Graphit, gebildet, wobei diese
Kissen odgl. auf einem Stützring montiert sind.
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Diese Kissenbauteile können durch Druck odgl. in einem Stützring deformiert
sein bzw. sie werden beim Vergießen des Werkstoffes des Stützringes in die Schlitze
oder Nuten in den Kissen mont-iert.
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Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn Lagerringe größerer Dimension
verlangt werden, d.h. für Wellenausgangsrohre von Schiffen.
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Das Lager bzw. die Rotoreinrichtung gemäß dieser Erfindung kann auch
als Lager in See fahrzeugen, als Lager für Ruderwellen, für Pumpen, hydroelektrische
Turbinen, Damprturbinen usw. verwendet werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines
radialen Zapfenlagers, Fig. 2 eine Stirnansicht auf den nichtrotierenden Ring, gemäß
Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt eines unter einem Winkel angesetzten Berührungslagers,
der sowohl radiale als auch axiale Vorspannung gewährleistet, Fig. 4 ist ein Längsschnitt
eines kombinierten radialen und eines nicht ausgeglichenen Axiallagers, Fig. 5 eine
stirnseitige Ansicht auf die Schub fläche eines Teiles des nichtrotierenden Ringes,
gemäß Fig. 4, Fig. 6 ist ein Querschnitt gemäß Linien A - A der Fig. 5, Fig. 7 ist
ein Längsquerschnitt eines kombinierten radialen und zentrierten Axiallagers, Fig.
8 einen Längsquerschnitt eines winkelig angesetzten Berührungslagers, der sowohl
radiale als auch axiale Vorspannung gewährleistet, Fig. 9 bzw. 10 zeigen jeweils
abgebrochene geschnittene Stirnansichten der linken bzw. der rechten Seite von zwei
Zapfenlagern, Fig. 11 bzw. 12 zeigen jeweils Längsschnitte von der linken bzw. rechten
Seite der Lager nach Fig. 9 bzw. 10, Fig. 17 einen Querschnitt eines Lagers ähnlich
dem Lager gemäß Fig. 9 und 11, Fig. 14 einen Längsquerschnitt eines Axial- und Zapfenlagers,
Fig.
15, teilweise abgebrochen, einen stirnseitigen Schnitt der rechten Hälfte des Lagers,
gemäß Fig. 14, Fig. 16 eine stirnseitige Ansicht der linken Hälfte des rotierenden
Axiallagerteiles des Lagers, gemäß Fig. 14, Fig. 17 ist der Längsschnitt eines radialen
Zapfenlagers, Fig. 18 ist ein Schnitt gemäß Linie A - A der Fig. 17, Fig. 19 und
20 zeigen abgeänderte Puffer oder Konsolen im Querschnitt, Fig. 21a ist ein Längsquerschnitt
welcher ein kombiniertes Axial- und Radiallager zeigt, Fig. 21b ist ein Längsschnitt,
der ein Radiallager zeigt.
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Das Radiallager, gemäß Fig. 1, besteht aus einer stationären Einheit
und einer rotierenden Einheit. Die rotierende Einheit besteht aus einem Ring oder
aus Ringen 1 aus mit Silizium versetztem Graphit, die mit einer Toleranz oder Passung
auf die äußere Oberfläche 3 einer Nabe 2 und letztere an die Achse 2' befestigt
sind. Durch mit schrägen Stirnflächen versehene Ringe 4, 5 werden die Ringe 1 konzentrisch
zur Achse 2 gehalten, wobei durch Stifte-- 6 die Ringe 4, 5 nicht rotierbar festgelegt
sind. Federn 7 üben einen Druck auf diese Ringe 4, 5 sowie auf die Ringe 1 nur über
die Schrägflächen 8 aus, so daß die Wärmeausdehnung kompensiert wird, während andererseits
die Ringe 1 konzentrisch mit der Achse 19 der Nabe 2 der Achse 2' gehalten sind.
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Die stationäre Einheit hat einen Ring 9 aus mit Silizium versetztem
Graphit, mit einer Bohrung, die konzentrisch zur Achse 19
und dem
Hauptteil 10 mit einer zylindrischen Außenfläche liegt.
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Der übrige Teil der zylindrischen Außenfläche 11 ist parallel zur
Achse 19, jedoch hierzu exzentrisch angeordnet, vgl. Fig. 2.
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Die Bohrung für einen Trägerkörper 12, welcher den Ring 9 örtlich
festlegt als auch unterstützt, ist in geeigneter Weise gefräst, so daß am Sitz für
den Ring 9 ein geringer Spalt hinsichtlich des konzentrischen Teiles 10 gegeben
ist und ein loser Sitz hinsichtlich des exzentrischen Teiles 11.
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Zusätzlich zudem Kühlung, welche durch das schmierende bl gegeben
ist, kann durch Löcher 13 in der Nabe 2,Löcher 14 im Schrägring 4 und Löcher 15
im abgeschrägten Ring 5 gewährleistet werden, die es gestatten, daß die Kühlflüssigkeit
durch die Toleranzabstände zwischen den Ringen 1 und der Nabe 2 fließen können und
die innere Oberfläche der beweglichen Einheit des Lagers kühlen.
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In ähnlicher Weise können Löcher 16 und eine wendelförmige Furche
oder Furchen 17 als auch kanalartige Durchgänge 18 für den gleichen Zweck in der
stationären Einheit vorgesehen werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ein Axial- und Zapfenlager
in ähnlicher Weisendem Lager, gemäß Fig. 1, jedoch mit der Ausnahme dargestellt,
daß die Lastflächen der äußeren Ringe 20 (die den Ringen 1 entsprechen) geneigt
sind und entweder plan, wie gezeichnet, sind oder halb sphärisch, um eine axiale
Last abstützen zu können.
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Die stationäre Einheit weist zwei Ringe 21, ein Abstandsstück 22,
zwei Träger 23 und einen zum Festklemmen dienenden Flansch 24
auf.
Zwecks besserer Montage ist eine aus mehreren Teilen bestehende Konstruktion vorgesehen.
Der Spalt zwischen den Ringen 21 und den Ringen 22 wird durch Justieren der Länge
des Abstandsringes 22 eingestellt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein kombiniertes Axial-und
Zapfenlager dargestellt, welches,besser als das in Fig. 3 dargestellte Lager, sich
dafür eignet, eine höhere Axiallast aufzunehmen.
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Diese Lagereinheit ist im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 1 gleich.
Auch hier besteht das Axiallager aus einer stationären und einer rotierenden Einheit.
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Die rotierende Einheit weist eine Nabe 2 auf, die an einer Stirnseite
jedoch die Form eines Flansches oder einer Scheibe 25 hat, welche zwei rotierende
Ringe 26 und 27 trägt, dieunterschiedliche Größe haben können und die in der Scheibe
25 in ähnlicher Weise wie Ring 9 im Trägerkörper 12, Fig. 1, gelagert sind.Die stationäre
Einheit weist einen Ring 9 auf, dessen eines Ende als Axialdruckfläche dient und
kleine Furchen 28 aufweist, die über die Fläche geschnitten sind und der Kühlung
und Schmierung dienen, vgl. ebenfalls Fig. 5, 6, wobei diese Axialdruckfläche entsprechend
wie Träger 12 in Fig. 1 angeordnet ist.
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Der Axialdruck in der entgegengesetzten Richtung wird durch einen
Ring 29 begrenzt, dessen Axialdruckrläche mit Furchen versehen ist, wie beider Axialdruckfläche
des Ringes 9, und wird durch ein Trägerbauteil 13 in ähnlicher Weise abgestUtzt,wie
der Ring 9 durch Trägers 12abgestütztist (d.h. mit einer konzentrischen Oberfläche
und einer abgestuSten exzentrischen Oberfläch4.
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Bei einer Ausführungsform des kombinierten Axialdruek- und Zapfenlagers
gemäß Fig. 7, ist eine zusätzlich Einrichtung vorgesehen, um einen hydraulischen
Ausgleich zu schaffen; diese Ausführung ist deshalb für noch schwerere axiale Lasten
vorteilhaft. Die Ausbildung im allgemeinen ist derjenigen gemäß Fig. 4 recht ähnlich.
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Der hydraulische Ausgleich wird dadurch hergestellt, daß der Durchmesser
der Axialdruckscheibe 31 am Ende der Hülse 2 vergrößert wird, so daß die erforderlich
Flächendifferenz gewährleistet ist, die abhängig ist von der Fläche der Scheibe
31, welche zwischen der Bohrung des Ringes 9 und der Ringe 32 und 33 enthalten ist.
Die Axialdruckfläche des Ringes 33 ist mit Nuten zwecks Kühlung und Schmierung versehen.
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Der Axialdruck in der entgegengesetzten Richtung wird durch Ringe
27 und -29 beschränkt.
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Vonsußen eingeführte bzw. eingespritzte Druckflüssigkeit gelangt von
Raum38 über Durchgang 29 zu den Spalträumen zwischen Ringen 32 und 33 und von hier
zur Kammer 36 und ferner--aus dem Lager heraus über einen Spalt 35 in den Raum 34;
ferner ebenfalls durch das Zapfenlager, von welchem hinweg es ableckt durch den
Toleranzraum zwischen den Ringen 1 und 9. Die angestrebte Endwirkung besteht darin,
einen stirnseitigen Axialdruck in Richtung des Pfeiles 37 zu erzeugen, welcher dem
Arbeitsdruck entgegenwirkt, wobei die Richtung des letzteren durch den Pfeil 40
dargestellt ist.
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Die Einheit, welche das Lager und die Flüssigkeitsabdichtung kombiniert
und in Fig. 8 dargestellt ist, enthält zwei stationäre Einheiten und zwei rotierende
Einheiten. Die rotierenden Einheiten
bestehen aus Ringen 41 und
42, die an entgegengesetzten Enden eines rotierenden Bauteiles 43 montiert sind
und in ähnlicher Weise wie die Ringe 26, 27 in Fig. 4 angeordnet sind.
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Die stationären Einheiten weisen Ringe 44 und 50 auf. Ring 44 ist
auf einem Trägerbauteil 45, ähnlich dem Ring 27 in Fig. 4, montiert. Trägerbauteil
45 ist mit Schiebesitz im Gehäuse 46 angeordnet und durch eine elastische Dichtung
47 gegen das Ablecken gesichert und durch eine Feder 48 vorgespannt. Trägerbauteil
45 wird durch Stift 49 gegen Rotieren gesichert.
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Der Ring 50 ist im Trägerbauteil 51,ähnlich dem Ring 27 in Fig. 4,
montiert. Trägerbauteil 51 ist im Gehäuse 52 montiert, derart, daß dieses Trägerbauteil
nicht rotieren kann.
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Wenn der Flüssigkeitsdruck in den Räumen 54 und 55 größer ist als
in den Räumen 56 und 57, ist eine Zufuhr des Schmiermittels nicht erforderlich.
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ist Wenn der Flüssigkeitsdruck in den Räumen 54 und 55 jedoch kleiner
als in den Räumen 56 und 57, oder die Räume 54 und 55 mit Gas gefüllt sind, muß
eine Schmierflüssigkeit (Fluid) von einer äußeren Quelle her den Räumen 56 und 57
zugeführt werden. In diesem Falle muß der Raum 57 gegenAblecken abgedichtet werden-.
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Wie aus Fig. 8 ersichtlich,kommt die Berührung der Kontaktringe 41,
50 und 43, 44 über die geneigten Lagerflächen zustande. Der zugehörige Schrägwinkel
istso vorbestimmt, daß die Kreuzungsstelle der Senkrechten zu den Arbeitsflächen
5 der Ringe 41 und 42 mit der Achse 53 des rotierenden Bauteiles 43 außerhalb der
Lagereinheit liegt, um Stabilität zu gewährleisten. Die geneigten Arbeitsrlächen
können eben oder halbsphärisch sein.
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Das Zapfenlager, gemäß Fig. 10 rund 12, enthält eine innere rotierende
Einheit und eine äußere stationäre Einheit. Die rotierende Einheit besteht aus einer
Mehrzahl von Kissen odgl. 58 aus mit Silizium versetzten Graphit, deren Enden zur
Bildung von Schlitzen, Vertiefungen odgl. 59 umgebogen sind. Die Kissen 58 sind
Rotor 60 durch deformierbare Ringe 61 montiert. Vor der Deformation der Ringe 61
befinden sie sich in der durch unterbrochene Linien dargestellten Position 62. Nachdem
die Kissen 58 positioniert sind, werden die Ringe 61 nach abwärts deformiert und
sie umschließen bzw. fixieren; die Kissen 58. Die stationäre Einheit besteht aus
dem Ring 9 und dem Trägerbauteil 12, wie bei Fig. 1 bezeichnet.
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Die Lagerflächen werden nacht der Montage gefräst odgl., so daß ebene
zylindrische Oberflächen mit der zwischen ihnen gewünschten Toleranz, entstehen.
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Das in Fig. 9 und 11 dargestellt Zapfenlager hat eine rotierende Einheit,
ferner eine stationäre, in Fig. 10 und 12 angegebene, Einheit Die rotierende Einheit
hat eine Mehrzahl von Kissen 63 aus mit Silizium versetztem Graphit, anderen Seiten
Furchen 64 vorhanden sind. Ein rotierender Ring 65 ist zwischen und um die innere
Oberfläche der Kissen 63 angeordnet, die durch als axiale Anschläge dienende Ringe
67 und Zwischenlegscheiben 66 (einstückig mit Ring 65) gehalten sind. Die Kissen
-63 stehen von der äußeren Oberfläche des Ringes 65 um den Abstand 68 vor. Nach
der Montage werden die Lagerflächen-maschinell bearbeitet, sodß glatte zylindrische
Oberflächen mit der zwischen ihnen erforderlichen Toleranz gegeben sind.
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Das Zapfenlager gemäß Fig. 13 ist gleich denjenigen gemäß Fig. 9 und
11 mit der Ausnahme, daß die Kissen 69 eine Form erhalten, um eine fast kontinuierliche
radiale äußere Oberfläche zu gewährleisten.
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Das kombinierte Axialdruck- und Zapfenlager, dargestellt in Fig.
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14 bis 16 ist nach gleichen Grundzügen wie das Lager gebaut, welches
in Fig. 10 bis 12 dargestellt ist. Der Rotor des Zapfenlagers ist identisch mit
demjenigen gemäß Fig. 13.
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Der Rotor 71 des Axialdrucklagers weist eine Druckscheibe 74 auf,
welche um die Kissen 72 herum angeordnet ist, wobei letztere aus Siliziumgraphit
bestehen, und die radialen Außenflächen sind mit einer Nut 73 versehen, um die Kissen
in der Scheibe 74 zu montieren.
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Derstationäre Teil 68 weist einen mit einem Flansch versehenen Ring
69 auf, welcher die Kissen -70 umfaßt, wobei die Seitenflächen der letzteren mit
Nuten 76 versehen sind, wobei die oberen Kissen flächen mit Ausschnitte 65 versehen
sind, um die Kissen 70 in dem Ring 69 zu befestigen.
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Nach erfolgter Montage werden die tragenden Lagerflächen maschinell
bearbeitet, so daß glatte Oberflächen mit gewünschtem Abstand zwischen ihnen geschaffen
sind.
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Die Innen- und Außenringe, die Gußteile sind, können aus jedem geeigneten
Werkstoff hergestellt werden, dessen Schmelzpunkt niedriger als derjenige von Silizium
liegt.
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Das Lager gemäß Ausführungsform der Fig. 17 bis 20hat einen stationären,
im Gehäuse 82 montierten Ring 81 sowie einen rotierende den, auf der Achse 84 montierten
Ring 83. Der rotierende Ring 83 wird als Gußteilischen den inneren Oberflächen der
Kissen 85 gebildet,wobei letztere aus Siliziumgraphit bestehen, und die Kissen werden
zwecks Bildung eines kontinuierlichen Ringes miteinander mit Hilfe von flexiblen
Gelenkstücken odgl. 86 befestigt, welche die gleiche Länge wie die Kissen 85 haben.
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Die flexiblen Gelenkstücke sind aus relativ dünnem Materialblech ausgestanzt,
das Material ist ähnlich demjenigen des Ringes 83, so daß die Gelenke 86 während
des Gießens mit dem Ring 83 einstükkig werden.
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Die Kissen 85 haben kanalähnlichen Querschnitt mit den Seitenflächen
87, die in Richtung eines anschließenden Steges auseinanderlaufen, so daß ein spaltartiger
(Nut) Bauteil gebildet wird, der eine radiale Bewegung der Kissen 85 unter Einfluß
der Zentrifugalkräfte verhindert. Die äußeren Seitenflächen 88 der Kissen sind in
ähnlicher Weise divergierend aus gebildet5 um einen hinreichenden Abstand zwischen
den Kissen zu gewährleisten, die durch das Material des abstützenden Ringes 83 ausgefüllt
werden. Die radiale Tiefe der Gelenkstücke 86 ist kleiner als die radiale Tiefe
der Seitenflächen 87, wobei die Nuten 89 zwischen Kissen 85 und den flexiblen Gelenkstücken
86 beibehalten werden, damit die KAhl- und Schmierflüssigkeit zirkulieren kann.
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Nach der Ausführungsform Fig. 18 ist die Grundfläche 90 des Kanalbauteiles
im wesentlichen flach.
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Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 19 ist die Basis 90 des kanalartigen
Bauteiles
konvex-konkav, um eine größere Dickeres Kissens 85 in der Mitte zu gewährleisten.
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Gemäß Ausführungsbeispiel Fig. 20 ist die Grundfläche 90 des kanalartigen
Bauteiles wellenförmig in Form, so daß die Griffigkeit zwischen Kissen 85 und dem
Stützring 83 vergrößert wird.
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Die Konstruktion des stationären Ringes 81 ist gleich dem rotierenden
Ring 83.
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In meisten Fällen können gleiche Silizium-Graphit-Kissen 85 für den
Ring 83 und Ring 81 benutzt werden. Nach dem Guß werden die Lagerflächen maschinell
bearbeitet, so daß glatte zylindrische Oberflächen geschaffen werden5 mit der gewünschten
Abstandstoleranz zwischen ihnen.
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EeimAusführungsbeispiel der Fig. 21a und 21b bilden zwei Lager 91
und 92 einen Schraubenkompressor. Hier ist Lager 91 ein kombiniertes Axialdruck-
und Radiallager, welches gleichzeitig als Abdichtung an der Abschlußseite des Kompressors
dient, während Lager 92 ein Zapfenlager ist, welches ebenfalls als Abdichtung an
der Saugseite des Kompressors dient.
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Lager 92 enthält einen stationären Ring 93 auf einem Trägerbauteil
94, der seinerseits im Gehäuse 95 des Kompressors montiert ist.
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Das Lager 92 enthält ebenfalls einen rotierenden Ring 96, der auf
der Nabe 97 montiert ist, welche auf dem Schaft 98 sitzt. Die Ringe 93 und 96 bestehen
aus Silmor (wie bereitsaigegeben) und das Material der Nabe 97 ist ein Metall mit
niedrigem Wärmeausdehnungsfkoefrlzienten, z.B. Invar.
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Im Gehäuse 94 ist ein nichtrotierender Ring 99 aufgenommen, der einen
Dichtring 100 stützt, wobei letzterer in Berührung mit der rechten Stirnseite des
rotierenden Ringes 96 durch eine Druckfeder 101 gebracht wird. An der linken Seite
des Lagers 92 befindet sich ein Stirndeckel 102, der einen nichtrotierenden Ring
103 aufnimmt, welcher einen Dichtring 104 abstützt; letzterer ist in Kontaktberührung
mit der linken Stirnseite des rotierenden Ringes 96 durch eine Druckfeder 105 gebracht.
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Die Außenoberfläche des rotierenden Ringes 96 oder die Innenoberfläche
des stationären Ringes 93 sind mit Nuten für das Kühlmittel versehen.
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Es sind radiale Durchgänge 106 im Trägerbauteil 94 vorhanden, um das
KühlDichtmittel, d.h. Wasser vom Eingang 106a im Gehäuse 95 zu den Berührungsflächen
der Ringe 93 und 96 zu leiten, während d-er- Stirndeckel 102 mit radialen Durchgängen
107 versehen ist, welche mit einer Saugöffnung 107 in Verbindung stehen. Es ist
vorgesehene daß der Druck in der Kammer 108 größer als an der Saugseite 109 des
Kompressors ist.
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Verschiedene, einzeln an sich bekannte O-förmige Ringdichtungen sind
an den bezeichneten Stellen vorhanden.
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Das Lager 91 enthält kegelstumpfförmige stationäre und rotierende}
Ringe 109 bzw. 110 in solcher Anordnung, daß sie die Axiallast von der linken Seite
aufnehmen. Eine kleinere, in entgegengesetzter Richtung wirkende Kraftßwird durch
den Ring 111 aufgenommen, der durch die Stirndeckel 112 abgestützt ist und mit dem
Ring 113, welcher durch rotierende Nabe 114 abgestützt ist, zu-
:;;lmrncnw
1 rkt Das Kühl- und Dichtmittel, d.h. Wasser wird ähnlich wie bei Lager 92 über
radiale Kanäle 115 zum Trägerbauteil 116 geführt. Der Druck in der Kammer 123 ist
größer als an der Ablaßseite 124 des Kompressors. Der wesentliche Teil der Flüssigkeit
gelangt zur Absaugöffnung 117 über radiale Kanäle 118, wenn auch etwas Flüssigkeit
an den Ringen 111 und 113 zur Saugöffnung 119 hinwegleckt.
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Eine Labyrinthdichtung 120 in dem Stirndeckel 112 verhindert Ablecken
nach außen.
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Die Hülse 114 kann mit Nuten 121 versehen sein, um dimensionelle Änderungen
des Ringes 110 zu verhindern, wenn die Achse hoher Temperatur unterworfen ist, da
die Achse aus Stahl oder rostfreiem Stahl hergestellt ist und einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, als die aus Invar bestehende Nabe 114.
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Dicht ring 122 wird an der linken Seite des Lagers in gleicher Weise
zu den Dichtringen 100 und 104 abgestützt.
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Die Lager und Dichtringe bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
können zu ihren jeweiligen Stützteilen auch durch eine Pas-Sung oder ein Klebemittel,
z.B. Loctite, befestigt werden.
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Wenn die am Lager 91 lastende Axialkraft etwa in entgegengesetzten
Richtungen gleich hoch ist, dann können die kegelstumpfförmigen Lager Basis an Basis
ähnlich denjenigen, gemäß Fig. 3, angeordnet werden.
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Einzeln an sich bekannte mechanische Dichtungen haben eine differentielle
Druckbegrenzung bei der sie arbeiten können, insbesondcre bei hohen Geschwindigkeiten.
Aus diesem Grunde sind Hochdruckkompressoren nicht mit solchen Dichtbauteilen versehen.
Die obige Ausführung einer kombinierten Lager-Dichteinheit, wie anhand der Fig.
21a und 21b beschrieben, überwindet die Schwierigkeiten. Der Differenzdruck der
inneren Dichtung ist in jedem System klein und es gab Probleme mit der Außendichtung,
welche den gesamten Druck der Dichtflüssigkeit (Wasser oder öl) aufnimmt. Beidenvorstehenden
Lager- und Dichteinheiten wird das Wasser der Hochdruckdichtung in den Kammern 108
und 123 in den kleinen Nuten der Ringe 96 bzw. 110 gedrosselt, bis herab auf einen
kleinen Saugdruck iti den Durchgängen 107 und 118. Hieraus ergibt sich, daß der
äußere Dichtring 104 und die seitlichenDruck- und Dichtringe 111 und 113 in vorteilhafter
Weise bei kleinem Differenzdruck arbeiten können.
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Die Auswahl von Silmor als Lagerwerkstoff, bei dieser besonderer Anwendung,
wo die Temperatur der Achse (Welle) und der Hülse üblicherweise nicht übermäßig
hoch ist, macht es in vorteilhafter Weise überflüssig, einen besonderen radialen
Abstand zwischen dem inneren Lagerring und der Hülse vorzusehen, auf der der Lagerring
montiert ist.
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Aus dem Silmor-Werkstoff bestehende Ringe anders als feste Silizium-Earbid-Ringe
sind hinreichend deformierbar und gestatten eine differentielle Ausdehnung zwischen
Nabe und Achse (wobei der Icttere Bauteil z.B. aus Kohlenstoffstahl besteht, bis
etwa 0,15%, bezogen auf den Schaft).
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Das anmeldungsgemäße Material (Silmor) hat regelmäßig folgende Parameter:
Transformierte Schicht Kern (Silizium, (Graphit) Karbid) Querbiegefestigkeit 450
kg£/cm2 900 kgf/cm2 E-Modul (Kompression) 40 x 103 kg f 400x103 kgf/cm2 cm² Härte
65 (Scleroscope) 2000 D.P.N.
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Stoffdichte 1.7 gm/cc. 2.5 gm/cc.
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Porösität, sichtbare 2% 2% Luftdurchläßigkeit bei 6.5 bar geringfügig
geringfügig Wärmeleifrähigkeit 0.08 cal/cm.S. 0.03 cal/cm.S.
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deg.C deg.C.
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Wärmeausdehnung 3.2 x 10 6/ 3.5 x 10-6/deg.C.
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deg.C.