DE1915310A1 - Selbsteinstellendes Radiallager mit kontrolliertem Lagerspalt - Google Patents

Description

Westinghouse 21.3*1969

Electric Corporation Pittsburgh

Mein Zeichen: PLA 69/8004 D/Win

Selbsteinstellendes Radiallager mit kontrolliertem Lagerspalt

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung Ser.Ko. 716 807 vom 28.3.1968 beansprucht

Die vorliegende Erfindung betrifft Radiallager mit. Tragsegmenten oder Tragschuhen, die sich selbst den Winkelabweichungen de. Welle anpassen, also selbsteinstellend sind.

für den störungsfreien Betrieb eines Lagers ist es wichtig, daß sich der Lagerspalt nicht zu sehr verändert. Dies ist aber gerade bei Tragsegment-Radiallagern mit verhältnismäßig großem Durchmesser schwer einzuhalten, wenn· diese Lagex über einen großen Temperaturbereich betrieben werden müssen und wenn die Werkstoffe, aus denen die einzelnen Lagerteile bestehen, unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen« Da diese Werkstoffe aber häufig im Hinblick auf den Betrieb des Lagers, d.h. im Hinblick auf ihre Korrosions- und Tragfähigkeitseigenschaften ausgewählt werden müssen, ergibt sich nicht immer eine gute Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten» Die meisten Werkstoffe mit guten Korrosions- und Trageigenschaften, wie z.B. Graphit, Karbid und Keramik, haben niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten. Die meisten der guten, billigeren Werkstoffe für Lagergehäuse und Wellen, wie z.B. rostfreier Stahl, haben dagegen höhere thermische Wärmeausdehnungskoeffizienten. Infolge ihres unterschiedlichen Verhaltens bei Temperaturveränderungen des Lagers können diese unterschiedliehen "Werkstoffe eine Veränderung des Lagerspaltes hervorrufen, die weit über den füi einen störungsfreien Betrieb

des Lagers zulässigen Grenzen liegen.

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln ein Radiallager zu schaffen, das auch über einen verhältnismäßig weiten Temperaturbereich einen fast konstanten radialen Lagerapalt zwischen dem rotierenden Tragkopf und den stehenden Tiagsegmenten beibehält. Gemäß der Erfindung sind die Tragsegmente von einem Spurring aus einem Material mit geringem thermischem Wärmeausdehnungskoeffienten umgeben, dessen den Tragsegmenten zugewandte Oberfläche gekrümmt ist. Die Tragsegmente sind also nicht mehr unmittelbar im Lagergehäuse, sondern auf einem Spurring angeordnet, dessen Abmessungen ψ sich, da er aus einem Werkstoff mit geringem thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, auch bei großen Temperaturdifferenzen während des Betriebes des Lagere nur geringfügig änöern. Diese Spurring kontrolliert dadurch die radiale Bewegung der Tragaegraente infolge der thermischen Ausdehnung und auch die Veränderungen des Lagerspaltes.

Durch eine geeignete Auswahl des Werkstoffes für den Spurring können die Veränderungen des Lagerspaltes daher stets innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten werden. Die Werkstoffe des Lagergehäuses und der tragenden Konstruktionselemente können dagegen allein nach mechanischen Gesichtspunkten oder nach Kostengründen ausgewählt werden, da sie keinerlei Einfluß mehr auf den Lagerspalt haben.

Da die den Tragsegmenten zugewandte Oberfläche des Spurringes gekrümmt ausgebildet ist, können die Tragsegmente Schwenkbewegungen ausführen und sich eventuellen Winkelabweichungen der Welle anpassen, so daß das Radiallager sich selbst einstellen kann.

Zur Kontrolle des Lagerspaltes ist es vorteilhaft, den Spurring und den Tragkopf aus dem gleichen Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten herzustellen. Es kann aber auch

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zweckmäßig eein, den Spurring aus einem Werkstoff mit einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des Tragkopf es auszubilden. In diesem Fall wird der LagerspaIt bei ansteigender Temperatur kleiner. Dies hat den Vorteil, daß dadurch die Verringerung der Viskosität des Scfcmie rmittels des Lagers kompensiert wird.

Ee empfiehlt sich weiterhin, den Spurring im Lagergehäuse elastisch, z.B. über eine FederhUlse, zu lagern. Dadurch werden SUsätzliche Kräfte zwischen dem Lagergehäuse und dem Spurring Infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen vermieden und der Spurring ist völlig unabhängig von der Ausdehnung des Lagergehäuse β.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten AuefUhrungebeispiele näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen ein gemäß der Erfindung ausgebildetes, schematisch mit stark Übertriebenem Lagerspalt dargestelltes Badiallager mit Tragaegmenten.

Flg. 3 zeigt einen Axislschnitt eines gemäß der Erfindung ausgebildet §n selbeteinstellenden hydrostatischen Lagers.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausitihrungabeispiel der Erfindung ist der Tragkopf 1 des Radiallagers 2 Über 'die FederhUlse 3 nachgiebig auf der rotierenden Welle 4 gelagert. Die FtderhUlae 3 besteht aus zwei auf der Welle angeordneten durchgehenden Ringen 5 und 6, zwischen denen sich Lamellen 7 erstredten, die in ihrem mittleren Teil jeweils einen Vorsprung 8 aufweisen, auf dem der Tragkcpf 1 liegt. Der Tragkopf 1 ist von mehreren, hier vier, gleichmäßig längs des Umfangeβ angeordneten Tragsegmenten 9 umgeben, wobei der Lagerspalt 10 zwischen dem Tragkopf 1 und den Tragsegmenten 9 über-

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trieben groß dargestellt ist. Jedes Tragsegment 9 weist auf seiner radial außenliegenden Oberfläche einen mittleren Vorsprung 11 auf, der von dem durchgehenden Spurring 12 umgeben ist. Die einander gegenüberstehenden Oberflächen des mittleren Vorsprunges 11 und des Spurringes 12 sind in gleicher Weise kreisförmig gekrümrat ausgearbeitet, damit die Tragsegmente 9 in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene eine Schwenkbewegung ausfuhren können und sich somit den Winkelabweichungen der Welle 4 selbsttätig anpassen können.

Der Spurring 12 kontrolliert die Veränderung des Lagerspaltes 10. Er besteht deshalb aus einem Material mit einem geringen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten'. Dieses Material kann das gleiche sein wie auch das Material, aus dem der Tragkopf 1 gebildet ist. Damit das Lagergehäuse 13 keinen Einfluß auf den Spurring 12 ausüben kann, ist der Spurring 12 mit dem Lagergehäuse 13' nur über eine Federhülse 14 verbunden. Durch diese nachgiebige Lagerung des Spurringes 12 beeinflußt die ausdehnung des Lagergehäuses 13 und der Federhülse 14 nicht den Spurring 12.

Ein Rotieren der Tragsegmente 9 wird durch Stifte 15 und.16 verhindert, die an den Stirnflächen jedes Tragsegmentes angeordnet sind. Der Stift 15 ist in dem Boden des Lagergehäuses 13 befestigt und ragt in eine Aussparung 17 in der unteren Stirnseite des Tragsegmentes 9 hinein. Diese Aussparung 1? ist genügend groß ausgeführt, um die Schwenkbewegungen der Tragsegnente 9 zur Selbsteinstellung des Lagers nicht zu behindern. Der auf der oberen Stirnseite des Tragsegmentes 9 angeordnete Stift 16 ist seinerseits im Tragsegment befestigt und ragt in eine entsprechende Aussparung 18 in einem das Lagergehäuse 13 abschließenden Ring 19 hinein.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich ein sich selbst einstellendes hydrostatisches Lager

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mit kontrolliertem Lagerspalt. Das hydrostatische Lager 20 besteht aus einem Lagergehäuse 21, in dem über eine Federhülse

22 der Spurring 23 nachgiebig angeordnet ist. Dieser Spurring

23 trägt die Tragsegmente 24, die den mit der rotierenden Welle 25 über eine nachgiebige Federhülse 26 verbundenen Tragkopf 27 umgeben.

Der Spurring 23 und der Tragkopf 27 bestehen aus dem gleichen Werkstoff mit niedrigem thermischem Wärmeausdehnungskoeffizienten, während das Lagergehäuse 21 und die Welle 25 im allgemeinen aus Werkstoffen mit einem wesentlich größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Die Unterschiede in den Ausdehnungen zwischen dem Spurring 23 und dem Lagergehäuse 21 sowie dem Tragkopf 27 und der rotierenden Welle 25 werden jeweils durch die Elastizität der dazwischen liegenden nachgiebigen Federhülsen 22 bzw. 26 kompensiert.

Die Tragsegmente 24 v/erden allein von dem Spurring 23 getragen, dessen der Außenseite der Tragelemente zugewandte Oberfläche 28 hyperbolisch gekrümmt ist. Sie wirkt mit einer zylindrischen äußeren Oberfläche 29 der Tragsegmente 24 zusammen, um eine Anpassung des Lagers an Winkelveränderungen der rotierenden Welle 25 zu ermöglichen.

Der Spurring 23 und der Tragkopf 27 bestehen aus dem gleichen Material, z.B. aus Stellit, so daß man während des Betriebes des Lagers einen im wesentlichen konstanten Lagerspalt 30 erhält. Da das fiadiallager 20 ein hydrostatisches Lager ist, sind auf der radial innenliegenden Oberfläche der Tragsegmente

24 jeweils paarweise eine obere Tasche 31 und eine untere Tasche 32 ausgearbeitet. Diese ermöglichen, wenn sie mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt sind, das Tragen der Welle 25 und die selbsttätige Ausrichtung der Tragsegmente 24 infolge einer hydrostatischen Wirkung. Die unter Druck

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stehende Flüssigkeit wird von einer äußeren Druckquelle den Taschen 31 und 32 Über durchbohrte Stifte 33 und 34 zugeführt. Für jedes Tragsegment 24 sind zwei Stifte vorgesehen.

Der verhältnismäßig kleine Durchmesser der Bohrungen in jedem Stift beschränkt den Durchfluß der Flüssigkeit, um eine Ausgleichs- oder Kompensationswirkung des Lagers zu erreichen, v/ie sie bei hydrostatischen Lagern bekannt ist. Die Stifte 33 und 34 durchsetzen das Gehäuse 21 und den Spurring 23» sowie die Tragsegmente 24. Daher verhindern die Stifte 33, 34 eine Rotation der Tragaegmente 24. Zwischen den Tragsegmenten 24 und den Stiften 33 und 34 ist jeweils ein genügend großer Spalt vorgesehen, um die selbsteihstellende Vlrkung des Lagers 20 nicht zu behindern.

Die durchbohrten Stifte 33 und 34 liegen jeweils in einer Aussparung 35 des Lagergehäuses 21. Vor dieser ist auf der Außenseite des Lagergehäuses 21 eine Eintrittskammer 36 angeflanscht, die über Druckrohre 37 mit der nicht dargestellten äußeren Druckflüssigkeitsquelle verbunden sind. Zwischen den Stirnseiten der Flansche 38 an jedem Stift und dem Grund der Aussparung 35 im Lagergehäuse 21 sind jeweils Tellerfedern 39 angeordnet, um die äußere Stirnfläche der Stifte 33, 34 gegen die innere Stirnfläche der Eingangskammer 36 zu pressen und somit an dieser Stelle Leckverluste der unter Druck stehenden Flüssigkeit zu verhindern.

3 Ansprüche

3 Figuren η

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Claims (8)

1. Radiallager für eine rotierende Welle mit einem auf der Welle befestigten Tragkopf und einer Vielzahl von -Tragsegmenten» die, im Lagergehäuse angeordnet, den Tragkopf umgeben» dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsegmente (9,24) von einem Spurring (12,23) aus einem Material mit geringem thermischem Wärmeausdehnungskoeffizienten uegeben sind, dessen den Tragsegmenten (9,24) zugewandte Oberfläche gekrümmt ist.
2. 2. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spurring (12,25) und der Tragkopf (1,27) aus dem gleichen Material mit geringem thermischem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
3. 3. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkopf (1,27) aus einem Material besteht, dessen thermischer Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des Werkstoffee des Spurringes (12,23) ist.
4. 4· Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spurring (12,23) ia Lagergehäuse (13,21) elastisch, z.B. Über eine Federhülse (14,22), angeordnet ist.
5. 5. Radiallager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkopf (1,27) auf der Welle (4,25) elastisch, z.B. über eine Federhülse (3,26), befestigtest.
6. 6. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß «wischen dem Lagergehäuse (13,21) und den Tragsegmenten (9,24) an sich bekannte Mittel, z.B. Stifte (15,16, 33, 34), vorgesehen sind, die eine Drehung der Tragsegmente (9,24) verhindern.

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7. 7. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Tragsegmente (24) auf der dem Tragkopf (27) abgewandten Seite zylindrisch sind, während die sie tragende Oberfläche des Spurringes (23) eine hyperbolische Krümmung aufweist.
8. 8. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durchbohrte Stifte (33,34) des Lagergehäuse (21), den Efeurring (23) und die Tragsegmente (24) durchsetzen, um Druckflüssigkeit zu den auf dem Tragkopf (27) zugewandten Oberflächen der Tragsegmente (24) ausgearbeiteten Taschen (31,32) zu leiten.

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