DE6906431U - Axial verspannte lagerung, insbesondere fuer hochtourige wellen. - Google Patents
Axial verspannte lagerung, insbesondere fuer hochtourige wellen.Info
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Description
ga/fr \J
MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH.
München, den 24. Januar 1972
Axial verspannte Lagerung, insbesondere für hochtourige Wellen
Die Neuerung bezieht sich, auf eine axial verspannte Kugel- \
lagerung, die aus einem oder mehreren Lagern besteht und besonders für hochtourige Wellen geeignet ist.
Durch axiale Verspannung hochtouriger Kugellager wird vorzugsweise
die Aufhebung des Lagerspieles bezweckt, um die Wälzkörper auf dem ganzen Umfang des Lagers ständig in Kontakt mit
den Laufbahnen zu halten und damit schädliche Verzögerungen und Beschleunigungen der Wälzkörper während des Umlaufes zu
vermeiden.
Bei bekannten Ausführungen erfolgt in der Regel die axiale Verspannung so, daß ein Wälzlager axial verschieblich in der
Gehäusebohrung angeordnet ist und sein Außenring durch eine Feder axial vorgespannt wird, während das zweite Lager als
Festlager ausgeführt wird. Die Verwendung von Federn zur Erreichung
einer Vorspannung zwischen Außen- und Innenring bringt aber den großen Nachteil mit sich, daß in der ohnehin schwin-
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gungsempfindlichen Wälzlagerung ein zusätzliches Schwingungssystem geschaffen wird, womit unter Umständen das Lager mehr
Schaden erleidet als die Vorspannung Nutzen einbringt. Bei der Lagerung der Läuferwellen von Turbomaschinen ergeben sich durch
die aus den Gaskräften resultierenden Axial-Schübe besondere
Schwierigkeiten für die Lagerung. Sollen die Axialschübe nicht voll von der Lagerung aufgenommen werden, so müssen zur
Kompensierung Ausgleichskolben vorgesehen werden. Ein Ausgleich des Achsschubes kann in der Hegel durch Ausgleichskolben nicht
in allen Betriebszuständen der Maschine vollkommen erreicht werden. Es ergeben sich positive und negative Abweichungen vom
Auslegungspunkt während des Betriebes. Um nun axiale Pendelungen des Rotors in seinen Lagern zu vermeiden, muß daher ein
definierter Restschub belassen werden. Wenn man bei einer mit Feder vorgespannten Lagerung den Feder schub so wirken läßt, daß
er den Rotorschub kompensiert und somit ein Lager entlastet, ergibt sich die Gefahr, daß der Restschub des Rotors und der
Federschub entgegengesetzt gleich werden und ein Lager dann keine axiale Verspannung mehr hat. Sie Neuerung will nun obengenannte
Nachteile, einer mit Feder ausgeführten Wälzlagerverspannung vermeiden und eine Verspannung schaffen, die die
Schwingungsempfindlichkeit des Lagers nicht erhöht und die bei wechselndem Axialschub des Rotors erhalben bleibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Neuerung vor, daß die Lagerverspannung hydraulisch erfolgt. Der Hauptvorteil einer
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hydraulischen Lagerverspannung gegenüber einer feder verspannung
liegt darin, daß die Verspannkraft auch bei Axialverschiebung des Läufers konstant bleibt und deshalb nicht aus Sicherheitsgründen überdimensioniert werden muß. Weiterhin ist die schwingungsdämpfende
Wirkung des Hydrauliköls sehr günstig, da hierdurch die in der Maschine auftretenden Schwingungen weitgehend
vom Lager fern gehalten werden, so daß die Vorteile einer Verspannung
den Lagern voll zugute kommen, ohne daß die ihr bisher
anhaftenden Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß das aus dem Hydrauliksystem abfließende Lecköl zur Schmierung der Lager mit verwendet
werden kann.
Die Gestaltung der hydraulisch verspannten Lagerung erfolgt so, daß die Innenringe der Lager fest auf der Welle sitzen,
während die Außenringe in axial verschieblichen, gegen Verdrehen
formschlüssig gesicherten Büchsen befestigt sind oder umgekehrt. In jedem Fall sind Außen- und Tnnemring eines Lagers
relativ zueinander axial verschiebbar und können so verspannt werden. Außerdem ist durch diese Gestaltung der Sotor im Gehäuse
verschieblich, so daß er sich bei wechselndem Axialschub nach beiden Eichtungen an Anschlägen abstutzen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Neuerung sind bei der Anordnung
mit fest auf der Welle sitzenden Tnnenringen die Fassungsbüchsen als Bundbüchsen ausgebildet, wobei sie mit ihren beiden
Außendurchmessern in der abgesetzten Gehäusebohrung gleiten und
dadurch zu Singkolben werden. Die Gestaltung der Fassungsbüchsen für die Lagerringe als Bundbüchsen ist vorteilhaft,
da die so entstehenden Bingkolben eine längs des Umfangs
gleichmäßige Verteilung einer aufzubringenden Verspannkraft auf die Lagerringe garantieren. Außerdem wird durch die
Fassungen an beiden Durchmessern eine gute Führung der Bundbüchse erreicht, die sich auf dLe Laufgenauigkeit der Lager
günstig auswirkt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Heuerung sind die Bingkolben mittels O-Bingen oder Kolbenringen gegen das Gehäuse abgedichtet, was zur Vermeidung eines zu großen öldurchsatzes durch
den Druckraum dient.
Weiterhin sind gemäß der Neuerung die Lager so angeordnet, daß in einer axialen Mittellage des Botors jeweils zwischen
der Stirnfläche eines Ringkolbens und dem zugehörigen Gehäuse—
absatz ein geringer Abstand entsteht, so daß von Bingkolben und Gehäuse ein Bingraum gebildet wird, der als Druckzylinder
zur Erzeugung der Vorspannkraft für das Lager dient. Bei der Anordnung von zwei Lagern ist also das konstruktive Haß
zwischen den Schultern der Fassungsbüchsen etwas größer als das entsprechende zwischen den Absätzen der Gehäusebohrung.
Um den Betrag dieses Spieles, das sich nach den beteiligten Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungen richtet, wandert die
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Lagerung und damit der Rotor "bei Schubwechseln axial hin und
her, wobei die Bewegung durch das dazwischen befindliche öl
gedämpft wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung wird das Druckpl
durch Ringnuten in der Gehäusebohrung dem Druckraum zugeführt und das Lecköl durch radiale Bohrungen im Gehäuse im Bereich
des Außenrandes der Passungsbüchsen abgeführt. Die Anordnung von Abflußbonrungen dient einer ständigen Durchspülung des
Druckraumes mit Frischei, um Verschmutzung der Spalte und eine allzustarke Erwärmung des Öles, die evtl. Kavitationserscheinungen
zur Folge hätte, zu vermeiden.
In weiterer Ausgestaltung der Neuerung sind die Stirnseiten des Absatzes in der Gehäusebohrung mit Radialnuten versehen,
die mit dem Druckölkreislauf in Verbindung stehen. Dadurch wird erreicht, daß der Öldruck und somit die Lagerverspannung
auch dann unverändert wirksam bleibt, wenn infolge unausgeglichenem
Axialschubes des Rotors die Stirnseite einer Fassungsbüchse am Gehäuseabsatz anliegt.
Eine spezielle Auefuhrungsform der Neuerung ist dadurch gekennzeichnet;,
daß anstelle eines Absatzes in der Gehäusebohrung eine Büchse eingesetzt ist. Die Verwendung einer Büchse
zur Erzeugung einer abgesetzten Gehäusebohrung bringt bei
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komplizierten Lagerstellen eine fertigungstechnische Vereinfachung
sowie die Möglichkeit des nachträglichen Einbaues der hydraulischen Lagerverspannung.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Neuerung an Hand
der Zeichnung näher beschrieben.
Me Zeichnung zeigt eine Lagerstelle mit zwei Lagern. Die Außenringe 2a der mit ihren Innenringen 2i fest und unverschieblich
auf dsr Welle 1 sitzenden Lager 2 sind in den Bundbüchsen 4 gefaßt. Die Büchsen 4 gleiten in der Bohrung 5 eines
Lagergehäuses 3. Die Schultern 6 der Büchsen 4 korrespondieren mit einer in der Gehäusebohrung 5 mittels eines Stiftes 8 gehaltenen
Büchse 7· Die Abmessungen der Bundbüchsen 4 sind so gewählt, daß zwischen den Stirnseiten der Büchse 7 und den
Absätzen der Bundbüchsen 4 jeweils ein Ringspalt 1o entsteht. Die doppelte Breite des Ringspaltes 1o ist das Axialspiel des
Rotors 1. Die Büchsen 4 gleiten in der Bohrung 5 eines Lagergehäuses 3· Die Schultern 6 der Büchsen 4 korrespondieren
mit einer in der Gehäusebohrung 5 mittels eines Stiftes 8 gehaltenen
Büchse 7. Die Abmessungen der Bundbüchsen 4 sind so gewählt, daß zwischen den Stirnseiten der Büchse 7 und den
Absätzen der Bundbüchsen 4 jeweils ein Ringspalt io entsteht.
Die doppelte Breite des Ringspaltes 1o ist das Axialspiel des Rotors 1. Die Büchsen 4 greifen mit einer Verzahnung 4a in
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eine entsprechende Verzahnung 7a der Büchse 7 und werden so
formschlüssig gegen Verdrehen gesichert. Sie Verzahnungen 4a, 7a sind dabei so gestaltet, daß sie über den ganzen Axialbewegungsbereich
der Büchsen 4 gegenüber dem Gehäuse 3 in Eingriff bleiben. Die Eingräume 1o sind an den Gleitflächen
mit Kolbenringen 11 abgedichtet. In der Gehäusebohrung 5 sind im Außenbereich der Büchse 7 Bingnuten 12 eingearbeitet,
die mit den Längsnuten 13 in der Büchse 7 in Verbindung stehen.
Sie Stirnseiten der Büchse 7 sind mit fiadialnuten 14 versehen,
die auch im Falle des Anliegers der Schulter 6 einer Büchse 4 an der Stirnseite 9 der Büchse 7 über die Längsnuten 13 mit
den Ringkanälen 12 in Verbindung stehen. Im Gehäuse 3 sind zur Leckölabfuhr Bohrungen 15 im Bereich des Außenrandes der Fassungsbüchsen
4 vorgesehen.
Zur Erzeugung der axialen Verspannkraft für die Lager 2 werden die Ringkanäle 12 an einem Druckölkreislauf angeschlossen.
Über die Hüten 13 gelangt das Ol in die Druckzylinder 1o, wo in Funktion der Größe des Öldruckes und der Stirnflächen 6 der
Bingkolben 4 eine entsprechende axiale Verspannkraft auf letztere ausgeübt wird. Die Kraft stützt sich über die Lageraußenringe
und die Lagerkugeln auf den Tnnenring*>n ab, wodurch ■
ein spielfreier Lauf der Lager erfolgt. Tritt an der Welle ein unausgeglichener Axialschub auf, so weicht diese in Schubrichtung
aus, bis die Schulter 6 der entsprechenden Fassungsbüchse 4 an der Stirnseite 9 der Büchse 7 anliegt. Auch im
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Falle des Anliegens der Schulter 6 einer Büchse 4- an der
Stirnseite 9 der Büchse 7 bleibt die axiale Verspannkraft in jedem Lager erhalten.
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Claims (1)
1. Axial verspannte Kugellagerung, bestehend aus einem oder mehreren Lagern, insbesondere für hochtourige Wellen,dadurch
gekennzeichnet, daß die Verspannung hydraulisch erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenringe (2i) der Lager (2) fest auf der Welle (1)
sitzen, während die Außenringe (2a) in axial verschieblichen, gegen Verdrehen formschlüssig gesicherten Büchsen (4) befestigt
sind oder umgekehrt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei fest auf der Welle sitzenden Innenringen die Fassungsbüchsen (4) als Bundbüchsen ausgebildet sind,
wobei sie mit ihren beiden Außendurchmessern in der abgesetzten Lager-Gehäusebohrung (5) gleiten und dadurch zu
Ringkolben werden.
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4. Vorrichtung nacli den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bingkolben (4) mittels O-Ringen oder
Kolbenringen (11) gegen das Gehäuse (3) abgedichtet sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer axialen Mittellage der Welle (1)
jeweils zwischen der Stirnfläche (6) e-: aes Bingkolbens
(4) und den zugehörigen Gehäuseabsatz (9) ein geringer Abstand entsteht, so daß von Eingkolben (4) und Gehäuse
(3) ein Bingraum (1o) gebildet wird, der als Druckzylinder
zur Erzeugung der Vorspannkraft für das Lager (2) dient.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Druckol durch Bingnuten (12) in der
Gehäusebohrung (5) dem Druckraum (1o) zugeführt und das Lecköl durch radiale Bohrungen (15) im Gehäuse (5) im
Bereich des Außenrandes der Passungsbüchsen (4) abgeführt wird.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (9) des Absatzes in der Gehäusebohrung (5) mit Sadialnuten (14) versehen sind, die
dem Druckölkreislauf in Verbindung stehen.
8. Vorrichtung each den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Absatzes in der Gehäusebohrung
(5) eine Büchse (7) eingesetzt ist.
24.1.1972 6906431U4.72
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