DE6906431U

DE6906431U - Axial verspannte lagerung, insbesondere fuer hochtourige wellen.

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Publication number: DE6906431U
Application number: DE6906431U
Authority: DE
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1972-04-13
Also published as: DE1908159A1; US3574424A; FR1595379A; GB1258294A; AT279281B

Description

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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. 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.

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