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DE2049402A1 - Hydrostatische Lagerung für rotierende Teile - Google Patents

Hydrostatische Lagerung für rotierende Teile

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DE2049402A1
DE2049402A1 DE19702049402 DE2049402A DE2049402A1 DE 2049402 A1 DE2049402 A1 DE 2049402A1 DE 19702049402 DE19702049402 DE 19702049402 DE 2049402 A DE2049402 A DE 2049402A DE 2049402 A1 DE2049402 A1 DE 2049402A1
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cylinder
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piston
pressure
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Torsten Henry; HaIlstedt Karl Göran Albin; Göteborg Arsenius (Schweden). P
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Description

Dipl.-Ing. V. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
6 Frankfurt am Main . Freiherr-vom-Stein-Str. 18
In Sachen:
SKF Industriele Handelen
Ontwikkeling Maatschappij ITV
Overtoom 14-1-14-5
Amsterdam, Niederlande
Hydrostatische Lagerung für rotierende Teile
Die Erfindung bezieht sich auf hydrostatische Lagerungen für rotierende Teile und betrifft insbesondere ein Radiallager für schwere oder stark belastete Maschinenteile.
Beispielsweise bei hohltrommelförmigen Zerkleinerungsvorrichtungen für Steine, Erz, Kohle und dergleichen, wie sie im Bergbau Verwendung finden, geht die Tendenz dahin, die Maße des rotierenden Zylinders und auch 'den Durchmesser der stirnseitigen Einführöffnung immer weiter zu vergrössern, um auch sehr großstückiges Material verarbeiten zu können. Um dieser Entwicklung zu folgen, müssen auch die Drehlager derartiger Zerkleinerungsvorrichtungen sehr groß ausgelegt werden. Es werden bisher zu diesem Zweck Wälz- oder Gleitlager und auch Lagerungen mit Stützrollen benutzt. Da die Trommel oft sehr lang ist, unterliegt sie bei der normalen Belastung einer merklichen Durchbiegung,und Temperaturänderungen führen zu verhältnismäßig großen Längenänderungen. Es ist daher verständlich, daß die Lagerung derartiger Zerkleinerungsvorrichtungen große Probleme bereitet. Wenn z.B. Wälzlager genommen werden, stellt allein bereits der Durchmesser ein Problem dar, denn dieser liegt oft in der Größenordnung von 2,5 Meter. Gleitlager haben wiederum keine ausreichende Tragfähigkeit und ihre Abnutzung ist wegen der verhältnismäßig langsamen Gleitgeschwindigkeit zu groß..Werden Stützrollen gewählt, die mit einem Laufring auf Seiten der Trommel zusammenwirken, so ist wegen der Durchbiegung des Trommelzylinders mit sehr SKF 814-5/6.10.197ο
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großen örtlichen Beanspruchungen an den Enden der Rollen zu rechnen. Das läßt sich zwar durch Verwendung eines balligen Lauf ringes vermeiden, wodurch jedoch andererseits wieder eine ständig hohe Flächenpressung verursacht wird. In beiden Fällen tritt nach .kurzer Zeit ein Abblättern an der zu hoch beanspruchten Oberfläche auf. Es hilft dagegen auch nicht, die Ma-uerialhärte des Lauf ringes und der Hollen zu vergrössern, denn es treten dann am Laufring bald Bisse und Brüche als Ermüdungserscheinung auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine für derartige schwierige Lagerverhältnisse - große Belastung, große Durchmesser, geringe Umfangsgeschwindigkeit, Verformungen und Lageänderungen - geeignete hydrostatische Lagerung zu schaffen.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere hydrostatische Lagerblöcke mit Drucktaschen nebeneinander angeordnet sind, deren Anpresskraft gegen die Lagerfläche des rotierenden Teiles jeweils in Abhängigkeit von deren Lage mit Bezug auf den Lagerblock regelbar ist, und daß die Anpresskraft einzelner Lagerblöcke zusätzlich in Abhängigkeit von der Anpresskraft anderer Lagerblöcke regelbar ist.
Bei hydrostatischen Lagern ist der Abfluß der Durckflüssigkeit eine Funktion der dritten Potenz der Spaltweite des Lagers. Bei den oben angegebenen Größenverhältnissen ergibt sich nur dann ein in wirtschaftlichen Grenzen bleibender Druckflüssigkeitsdurchlauf, wenn die Spaltweite des Lagers im Bereich weniger zehntel Millimeter bleibt. Es ist offensichtlich, daß sich ein solches Spiel mit normalen, in sich starren Lagern, welche nicht gegen die Lagerfläche des rotierenden Teils anpressbar sind, nur sehr schwer erreichen läßt. Fertigungstolpferanzen, Temperaturschwankungen und Verformungen unter Belastung machen es praktisch unmöglich, die gewünschte Spaltweite im Lager zu garantieren. Erst die vorgeschlagene Regelbarkeit und damit Anpassungsfähigkeit der Anpresskraft, mit welcher die tragende Fläche der Lagerblöcke gegen die Lagerfläche des rotierenden Teils gepresst werden, macht die genannten unberechenbaren; störenden Einflüsse unschädlich.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsheispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer hohltrommelförmigen Steinmühle, die mit einer hydrostatischen Lagerung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,
Fig. 2 eine abgebrochene Stirnansicht auf die Trommel nach Fig. 1 und eine ihrer endseitigen Lagerungen,
Fig. 3 eine vereinfachte Schemazeichnung, welche die hydraulischen Anschlüsse und Verbindungen der in Fig. 2 dargestellten hydrostatischen Lagerblöcke zeigt,
Fig. 4· einen Querschnitt durch einen der beiden inneren hydrostatischen Lagerblöcke nach Fig. 2 und 3» ί
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen der beiden äußeren Lagerblöcke nach Fig. 2 und 3·
Die in Fig. 1 dargestellte Steinmühle besteht aus einem rotierenden Hohlzylinder, dessen Drehantrieb nicht gezeigt ist. Die beiden Enden 11 und 12 der Drehachse des Zylinders sind jeweils in einer Lagerung der nachfolgend näher beschriebenen Art gelagert. Das in der Mühle zu zerkleinernde Material wird durch das zu diesem Zweck hohl ausgeführte rechte Achsende 12 in den Zylinder eingefüllt. Das Achsende 12 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einem äußeren Laufring 13 versehen. Dieser Laufring bildet die Lagerfläche, welche mit vier Lagerblöcken zusammenwirkt, von denen die beiden inneren mit 14- und die beiden äußeren mit 15 bezeichnet sind. Alle Lagerblöcke sind auf einem gemeinsamen Fundament abgestützt. Sie haben, grundsätzlich denselben Aufbau, jedoch bestehen zwischen den Lagerblöcken 14 und 15 gewisse kleinere Unterschiede, auf die noch eingegangen wird.
Die Lagerblöcke 14- und 15 sind im einzelnen in Fig. 4- bzw. 5 dargestellt. Jeder Lagerblock besteht aus einem Unterteil 16
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welches auf seiner Oberseite als Zylinder ausgebildet ist. Dieser wirkt zusammen mit dem unteren, kolbenförmigen Ende eines Oberteils 17· Die Ümfangsflache des kolbenförmigen Endes ist in axialer Richtung gewölbt, so daß das Oberteil 17 mit Bezug auf den Zylinder im Unterteil 16 nicht nur axiaijverschieblich ist, sondern auch gewisse Schwenk- oder Kippbewegungen ausführen kann, um sich Lageänderungen der zu lagernden Achse anzupassen. Ein Kolbenring 18 sorgt für dichten Sitz dies Kolbens im Zylinder. Dieser kann über eine Leitung 19 mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt werden, wodurch das Oberteil 17 mit Bezug auf den Zylinder im Unterteil 16 axial verschoben wird. Die auf dem Lagerblock ruhende Belastung wird zum wesentlichen Anteil durch die im Zylinderraum zwischen Unterteil 16 und Oberteil I7 befindliche Durckflüssigkeit aufgenommen. Um zu verhindern, daß sich das Oberteil 17 mit Bezug auf das Unterteil 16 dreht, ist auf der Oberseite des letzteren ein Arretierungsstift 2o eingesetzt, der in eine entsprechende Bohrung in die Unterseite des Oberteils 17 eingreift. Die Oberseite des Oberteils 17 ist der Lagerfläche des Laufringes 13 angepasst. Es ist jedoch eine Drucktasche 21 ausgespart, die einen wesentlichen Teil der Oberseite des Oberteils I7 einnimmt. Diese Drucktasche 21 steht über einen Kanal 22 mit dem Zylinderraum zwischen Ober- und Unterteil in Verbindung und hat somit auch Anschluß an die Druckflüssigkeitsleitung 19. Während des Betriebs muß die Spaltweite zwischen den die Drucktasche 21 umgebenden Eandbereichen und der Lagerfläche des Laufringes 13 innerhalb verhältnismäßig kleiner Grenzen gehalten werden, denn die Spaltweite bestimmt den Ausfluß an öl aus der Drucktasche 2i und den momentanen Druck innerhalb der Drucktasche.
Im Zentrum der Oberfläche des Unterteils 16 ist eine kalottenförmige Sitzfläche 23 vorgesehen, der eine entsprechende Sitzfläche 24 auf der Unterseite des- Oberteils 17 gegenüberliegt. Zwischen diesen Sitzflächen 23 und 24 ist eine Kugel 25 eingesetzt, auf welcher sich das Oberteil 17 abstützt, wenn der hydraulische Lagerdruck abgeschaltet ist.
Auf der Unterseite des Unterteils 16 ist ein weiterer Zylinder SKF 8145/6.10.1970 109818/1858
26 angebracht, in welchem ein Kolben 27 arbeitet. Mit dem letzteren ist eine nach oben gerichtete Kolbenstange 28 verbunden, deren obere Stirnfläche schalenförmig eingewölbt ist, entsprechend dem Radius der Kugel 25· Wenn der Zylinder 26 über eine Leitung 29 bzw. im Falle der Lagerblöcke 15 über einen Kanal Jo der an die Leitung 19 angeschlossen ist, mit Druck beaufschlagt wird, hebt die Kolbenstange 28 die Kugel 25 von der Sitzfläche 23 ab.
Ein weiterer Unterschied zwischen den Lagerblöcken 14 und 15 besteht, wie ein Vergleich der Fig. 4 und 5 zeigt, darin, daß der mit 27a bezeichnete Kolben im Zylinder 26 der Lagerblöcke 15 einen etwas grösseren Durchmesser hat als der Kolben
27 bei dem Lagerblock 14. Außerdem besteht, wie erwähnt, bei dem Zylinder 26 des Lagerblocks 15 über den Kanal 3o eine Verbindung zur Druckmittelleitung 19. Die Lagerung insgesamt setzt sich somit aus zwei Gruppen von Lagerblöcken zusammen. In beiden Fällen sind die Zylinder .26 mit einem Anschlag versehen, gegen den die Kolben 27 bzw. 27a anliegen, wenn der hydrostatische Lagerdruck abgeschaltet ist.
Schließlich besteht noch ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Lagerblöcken 14 und 15. Der Kolben 27a der Lagerblöcke 15 hat einen kürzeren Hub als der Kolben 27 der Lagerblöcke 14. Da ersterer eine grössere Kolbenfläche hat, wird er durch das Drucköl eher in seine obere Endstellung verschoben und dort gehalten und kann deshalb als Bezugseinheit für nebenliegende, zu einer Gruppe verbundene Lagerblöcke dienen.
Wie bereits gesagt, kommt es bei derartigen hydrostatischen Lagerungen entscheident darauf an, daß die Spaltweite am Rande der Drucktaschen der Lagerblöcke auch bei Verformungen der zu lagernden Welle möglichst konstant gehalten wird. Indem zwischen Unter- und Oberteil 16, 17 in deren Zentrum die Kugel 25 eingesetzt ist,· kann sich das Oberteil 17 der Lagerfläche des Laufringes 13 selbstätig anpassen. Dem selben Zweck dient auch die ballige Form der Mantelfläche des auf der Unterseite des Oberteils 14 ausgebildeten kolbenförmigen Endes. Die Kolbenflächen werden so ausgelegt, daß die Summe der wirksamen Kolbenfläche
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am Oberteil 17| und des Kolbens 27 der wirksamjbragenden Fläche zwischen dem Oberteil 17 und dem Laufring 13 entspricht. Außerdem wird das Verhältnis zwischen den beiden genannten Kolben eines Lagerblockes so gewählt, daß es dem gewünschten Verhältnis zwischen der von der Durckflüssigkeit einerseits und von der Kugel 25 andererseits zu übertragenden Belastung entspricht. Es sollte bemerkt werden, daß die Kugel 25 während des Betriebs auf der schalenförmig eingewölbten Stirnseite der Kolbenstange 28 ruht, so daß während Kippbewegungen des Oberteils 17 mit Bezug auf das Unterteil 16 nur ein kleiner Reibungswiderstand überwunden werden muß. Die hydraulische Schaltung geht aus Fig. 3 hervor. Hiernach sind jeweils ein Lagerblock 14 und ein Lagerblock 15 auf jeder Seite einer senkrechten Ebene durch die Lagerachse zu einer Gruppe verbunden. Jeder Lagerblock wird von jeweils einer Pumpe 31, 32, 33 und 34-, die in beliebiger Weise angetrieben sein können5über. Leitungen 19 mit Drucköl versorgt. Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß der Zylinderraum unterhalb des Kolbens 27a der Lagerblöcke 15 direkt mit der Leitung 19 in Verbindung steht, und beide Lagerblöcke einer jeden Gruppe sind über eine Leitung 29 verbunden. Der Zylinderraum unterhalb des Kolbens 27 der Lagerblöcke 14- hat jedoch keine Verbindung mit der Druckleitung 19 zu diesem Lagerblock 14.
Wegen der größeren Querschnittsfläche des Kolbens 27a und seines im Verhältnis zum Kolben 27 kürzeren Hubs wird bei Beaufschlagung der Zylinder 26 mit Drucköl der Kolben 27a in seine obere Endstellung verschoben werden, während gleichzeitig der Kolben 27 des Lagerblocks 14- in einer Zwischenstellung ausbalanciert verharrt.
Wenn nun beispielsweise einer der mit 15 bezeichneten Lagerblöcke einer höheren Belastung unterworfen wird als die anderen Lagerblöcke, verkleinert sich dadurch die Spaltweite zwischen der Oberseite des Lagerblocks und der Lagerfläche des Laufringes 13· Dadurch steigt der Druck in der Drucktasche 21, da der normale Ausfluß nicht stattfinden kann und dieser Druckanstieg überträgt sich über den Kanal 3o und die Leitung 29
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auf den Zylinderraum unterhalb des Kolbens 27· Da der Kolben 27a des Lagerblocks 15 sich bereits in seiner obersten Position befindet, hat der Druckanstieg keinen Einfluß auf die Lage der Kugel 25 im Lagerblock 15· Der vergrösserte Druck auf den Kolben 27 mit der Kolbenstange 28 führt aber dazu, daß die Kugel 25 des Lagerblocks 14 nach aufwärts gestoßen wird und somit das Oberteil 17 stärker an den Laufring 13 herangebracht wird. Auf diese Weise wird der Lagerspalt verkleinert, und es stellt sich ein höherer Druck in der Drucktasche 21 ein. Dabei wird eine ausbalancierte Lage erreicht, wenn beide Lagerblöcke 14 und 15 eine ihrejr verhältnismäßigen Auslegung entsprechende Teillast übernehmen, wobei sie mit einer ungefähr gleichen Spaltweite am Laufring 13 anliegen. Da Druckschwankungen in der Drucktasche 21 des Lagerblocks 15 in. erster Linie allein die Stellung des Kolbens 27 beeinflussen, hat das Lagersystem sehr gute Dämpfungseigenschaften.
Wenn der hydrostatische Druck in Stillstand der Maschine abgeschaltet wird, sinken die Oberteile I7 der Lagerblöcke in ihre unterste Stellung, in welcher die Kugeln 25 auf den Sitzflächen 23 der Unterteile 16 aufruhen. In dieser Stellung wird die gesamte Belastung über die Kugeln übertragen. Die Sitzflächen 23 in den Unterteilen 16 sind ausreichend groß, um annehmbare Flächendrücke zu erhalten. Kippbewegungen der Oberteile 17 treten im Stillstand nicht auf, da die Kugeln 25 bereits beim Niedersinken auf die Sitzflächen 23 in der richtigen Lage aufsetzen. Wenn dann wieder Druckflüssigkeit zugeführt wird, steigt der Druck in allen Lagerblöcken an und die Kugeln werden durch den von unten auf die Oberteile I7 wirkenden hydrostatischen Druck entlastet. Gleichzeitig werden auch die Kolben 27a. in jedem der beiden Lagerblöcke I5 bis in ihre obere Endstellung verschoben. Die Verteilung der Lastaufnahrae zwischen den einzelnen Lagerblöcken geschiet dann auto-' matisch in der oben beschriebenen Weise. Es ist natürlich möglich, auf jeder Seite der senkrechten Ebene durch die Lagerachse mehr als zwei Lagerblöcke vorzusehen. Es ist ebenfalls möglich, einen Lagerblock der mit 15 bezeichneten Art in zentraler Lage in der senkrechten Ebene durch die Lagerachse anzuordnen, welcher dann als Bezugseinheit für eine Reihe an-
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derer symmetrisch, dazu auf "beiden Seiten angeordneter Lagerblöcke dient. Bei Lagerungen, die zur Aufnahme extrem, schwerer Belastungen unter schwierigen Betriebsbedingungen bestimmt sind, kann natürlich auch, eine größere Anzahl von Lagerblöcken als vorstehend im Zusammenhang mit einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben, vorgesehen' sein.
Pat ent ansprüche
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Claims (9)

  1. Pat entansprüclie
    Hydrostatische Lagerung für rotierende Teile, insbesondere Radiallager für schwere oder stark belastete Maschinenteile, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hydrostatische Lagerblöcke (14, 15) mit Drucktaschen (21) nebeneinander angeordnet sind, deren Anpreßkraft gegen die Lagerflache (13) des rotierenden Teiles (1o bis 12) jeweils in Abhängigkeit von deren Lage mit Bezug auf den Lagerblock regelbar ist und daß die Anpreßkraft einzelner Lagerblöcke (14-) zusätzlich in Abhängigkeit von der Anpreßkraft anderer Lagerblöcke (15) regelbar ist.
  2. 2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerblöcke (14,15) jeweils aus einem fest gelagerten Unterteil (16), welches auf der Oberseite einen Zylinder bildet, und einem mit einem dazu passenden' kolbenförmigen unteren Ende ausgebildeten Oberteil (17) bestehen, und der Zylinder an die hydraulische Druckleitung (19) zur Drucktasche (21) angeschlossen ist, wobei für jede derselben ein einzelner, unabhängiger Druckanschluß (31 bis 34) vorgesehen ist.
  3. 3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenförmige Ende des Oberteils (17) um einen bestimmten Ablenkwinkel kippbar im Zylinder des Unterteils (16) geführt ist.
  4. 4. Lagerung nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, daß in zentraler Lage im Zylinder zwischen gegenüberliegenden Sitzflächen (23, 24) am Ober- und Unterteil. (16, 17) eine Kugel (25) eingesetzt ist.
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  5. 5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Teilbereich der Sitzfläche (23) der Kugel (25) am Unterteil (16) von der Stirnfläche einer Kolbenstange (28) gebildet wird, welche unter der Wirkung eines mit Druckmittel beaufschlagt ar en Kolbens (27, 27a) gegen die Kugel (25) anpreßbar ist.
  6. 6. Lagerung'nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (27, 27a) mit dem Druck des Zylinders (zwischen 16 und 17) desselben Lagerblocks (14, 15) beaufschlagbar ist.
  7. 7. Lagerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennz e ic h η e t, daß die Kolben (27, 27a) der einzelnen Lagerblöcke (14, 15) unterschiedliche Durchmesser und einen unterschiedlich langen, anschlagbegrenzten Hub haben.
  8. 8. Lagerung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Kolben (27, 27a) aufnehmenden Zylinder (26) bestimmter Lagerblöcke (14) Anschluß haben an Drucktaschen (21) oder Zylinder (zwischen 16 und 17]bzw. 26) anderer Lagerblöcke.
  9. 9. Lagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennz e i c h η et, daß die Zylinder (26) aller Lagerblöcke (14, 15) einer Stützlagerung auf jeder Seite einer senkrechten Axialebene durch das Lager untereinander verbunden sind.
    1o. Lagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (26) von Lagerblöcken (14) einer Stützlagerung zu beiden Seiten eines mittleren, in einer senkrechten Axialebene durch das Lager liegenden Lagerblocks (15) an dessen Zylinder (26) angeschlossen sind.
    so1 8145/6.I0.1970
    109818/1858
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