DE2306588A1 - Verfahren zur lagerung eines rotationsteils in generatoren in geschossen und lagerungseinrichtung zur lagerung solcher teile - Google Patents

Description

• Verfahren zur Lagerung eines Rotationsteils in Generatoren in Geschossen und Lagerungseinrichtung zur Lagerung solcher Teile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagerung eines Rotationsteils in Generatoren in Geschossen, bei denen der Rotationsteil über einen Generatorrotor, eine Welle für denselben und ein Turbinenrad verfügt, das am vorderen Ende der Welle angebaut und von Stauluft angetrieben ist, die in axialer Richtung auf das Rad auftrifft, wodurch der Rotationsteil einer axialen Belastung ausgesetzt wird.
• Die Betriebsbedingungen für derartige Teile sind ganz spezieller Art. Die Gesamtbetriebszeit ist zwar kurz (Sekunde*, die Zahl der Umdrehungen pro Minute ist dagegen extrem hoch (schätzungsweise 100 000 bis 300 000 UpM). Des weiteren ist die axiale Belastung des Rotationsteils beträchtlich. Während des Abschusses wird der Rotationsteil mit einer großen Kraft zurückgedrückt bzw.
• -gepreßt, wojiingegen der Rotationsteil bei der plötzlichen Beendigung der eschleunigungskraft, wenn das Geschoß das Abschußrohr verläßt, infolge von Trägheitskräften nach vorn gezogen bzw. gedrückt wird. Während des Fluges, d.h. auf der Strecke der Flugbahn, ist der Rotationsteil einer von der das Turbinenrad antreibenden Stauluft stammenden axialen Belastung ausgesetzt.
• Die mit der Lagerung solcher Teile verbundenen Probleme haben sich infolgedessen als sehr groß und schwierig erwiesen. Die Lagerung darf nicht auf komplizierten Konstruktionen mit vielen beweglichen Teilen und auch nicht möglicherweise auf der Zufuhr von Schmiermitteln oder dergleichen von separaten Zufuhrguellen aus basieren, da die Betriebssicherheit unter allen Bedingungen und die Lagerhaltung bzw. Lagerbarkeit über längere Zeiträume eine unumgängliche Forderung bilden. Die Lagerung muß daher so einfach wie möglich sein. Diese Forderungen zu erfüllen hat sich als schwierig erwiesen, und die meisten Lagerung einrichtungen für Rotationsteile in Generatoren oder Dynamos in Geschossen arbeiten mit einem nicht zufriedenstellend kleinen Sicherheitsspielraum, wobei die durchschnittliche Betriebs zeit unbedeutend länger ist als die Gesamtzeit des üblicherweise beim Abschuß des Geschosses geforderten Betriebs.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens und anker Vorrichtung für eine Lagerungseinrichtung der oben genannten Art, wobei die durchschnittliche Betriebszeit beträchtlich verlängert und das Geschoß auf diese Weise beträchtlich sicherer ist.
• Die Erfindung basiert auf der Realisierung des Gedankens, daß durch eine kombinierte Schmierung und Kühlung der Lager mittels Stauluft eine Verwendung von Kugellagern möglich ist, wobei ein gewisser Ausgleich der axialen Belastungen erreicht wird, die während der Bewegung auf der Flugbahn auf den Rotationsteil einwirken.
• Das hierzu vorgesehene erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stauluft vom vorderen Ende des Geschosses zur Rückseite des Rotationsteils geführt, dort um 1800 umgelenkt und mittels des dynamischen Drucks der Stauluft in entgesetzter Richtung durch Kugellager gedrückt wird, die den Rotationsteil drehbar tragen.
• Auf diese Weise wird eine Lagerungseinrichtung geschaffen, die eine sehr wirkungsvolle und ganz einfache Schmierung und Kühlung der Lager gewährleistet, während sie auch für einen gewissen Ausgleich der axialen Belastungen Sorge trägt, denen das Rotationsteil ausgesetzt ist.
• Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Lagerungseinrichtung hat sich gezeigt, daß Lager, denen andererseits eine maximale Betriebszeit von etwa 2 Minuten bei einer Gescha7indigkeit von 250 OOC UpM zukommt, nunmehr eine um den Faktor 100 größere Lebensdauer bz. Laufzeit besitzen, wenn die übrigen Bedingungen dieselben sind.
• Im folgenden wird die Erfindung weiter ins Einzelne gehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Die schematische Teilansicht eines Axialschnitts durch ein Geschoß erläutert in erster Linie den Rotationsteil eines Generators oder Dynamos, der über einen Generatorrotor 1, eine zugehörige Welle 2 und ein Turbinenrad 3 verfügt; letzteres ist am vorderen Ende der Welle 2 angebaut. An seiner Rückseite ist das Turbinenrad 3 mit radialen Rippen bzw. Stegen 3' oder dgl. versehen.
• Der Rotationsteil ist von zwei Lagern 4 und 5 getragen, die über Büchsen 4' und 5' in Teilen 6 und 15 des Gehäuses oder Stators des Generators oder Dynamos angeordnet sind. Der Generator befindet sich in der Frontkapsel des Geschosses; und in der Zeichnung ist ein Schnitt durch die Kapselspitze bzw. -haube 7 des Geschosses dargestellt, die mit einer zentralen öffnung 8 ausgestattet ist; letztere bildet eine Einlaßöffnung für die Stauluft, wenn sich das Geschoß durch die Luft bewegt. Ein Teil dieser Luft treibt das Turbinenrad 3 an und übt eine rückwärts gerichtete Axialkraft auf dasselbe aus.
• Die Lager 4 und 5 sind Standard-Kugellager für den sowohl radialen als auch axialen Anbau der Welle 2. Am vorderen Ende des Rotors 1 ist an der Welle 2 eine Büchse 9 dauerhaft angebracht, während am rückwärtigen Ende des Rotors 1 zwei Scheibenfedern 10 zwischen zwei Unterlegscheiben 11 und 12 vorgesehen sind. Infolge des Drucks der ScheibenfedeX lO wird die vordere Unterlegscheibe 11 gegen das rückwärtige Ende des Rotors 1 gedrückt, während die hintere Unterlegscheibe 12 gegen das rückwärtige Kugellager 5 gedrückt wird. Die Welle 2 ist verschiebbar in den Innenringen der beiden Kugellager 4 und 5 getragen, und die Büchse 9 dient als Distanzstück zwischen der Welle 2 und dem Innenring des vorderen Lagers 4. Zentral im Turbinenrad 3 ist eine nach vorn gerichtete Öffnung 13 zur Aufnahme eines Teils der durch die Öffnung 8 eintretenden Stauluft vorgesehen. Des weiteren ist in der Welle 2 eine durchgehende Axialbohrung 14 vortesehen, die mit der Öffnung 13 in Verbindung steht. Die Teile 15 und 5' bilden zusammen mit den Rückseiten des Kugellagers 5 eine Druckkammer 16, in die sich die Welle 2 hineinerstreckt. Der den Boden der Druckkammer 16 bildende Bereich des Teils 15 ist mit einem konisch geformten Vorsprung 15' versehen, der die Um- bzw. Ablenkung der in die Kammer 16 eingeführten Stauluft unterstützt derart, daß in der Stauluft enthaltene Feststoffteilchen 16' entlang der peripheren Wandung der Kammer 16 angesammelt werden. Der Vorsprung 15' des Teils 15 kann, insbesondere bei rotierenden Geschossenßin Fortfall kommen, da die in der Stauluft enthaltenen Feststoffteilchen 16' bei rotierenden Geschossen infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte gegen die periphere Wandung der Kammer 16 geschleudert werden. Zwischen dem Teil 4' und der Rückseite des Turbinenrades 3 ist ein Spalt 17 und in der Geschoßspitze bzw. -haube 7 sind Auslaßkanäle 18 zur freien Luft bzw. freien Umgebung hin vorgesehen.
• Beim Abschuß bewirkt die auf das Geschoß einwirkende starke Beschleunigung eine Anpressung des Rotors 1 gegen die Scheibenfedern 10 und eine Abstutzung gegen das Statorgehäuseteil 15, und zwar mit einer solchen Kraft, daß keine Rotation des Rotationsteils erwartet werden kann. Trotzdem strömt infolge der Bewegung des Geschosses Stauluft durch die Öffnung 13, durch die in der Welle 2 vorgesehene Bohrung 14 und in die Kammer 16. In der Kammer 16 wird die Luft umgelenkt und anschließend zwangsweise durch das rückwärtige Lager 5 hindurch und am Rotor 1 vorbei durch das vordere Lager 4 hindurch und durch den Radialspalt 17 und die Auslaßkanäle 18 hindurch in die freie Luft bzw. freie Umgebung hinausbewegt.
• Die das Turbinenrad 3 antreibende Luft verläßt dieses an dessen Peripherie und strömt durch die Auslaßkanäle 18 ins Freie ab. Diese Luft strömt in einer solchen Richtung ab, daß Die einen gewissen Saugpumpeneffekt auf die Luft in den Spalten 17 ausübt. Ein ähnlicher bzw. gleicher Pumpeneffekt wird auch von der entlang der Oberfläche der Haube bzw. Spitze 7 und an den Einlaßkanälen 18 vorbeiströmenden Luft ausgeübt. Dieser Effekt sorgt für -die Aufrechterhaltung des gewünschten Luftstroms durch die Lager hindurch.
• Sobald die Beschleunigung nachläßt bzw. aufhört, d.h.
• wenn das Geschoß das Abschußrohr verlassen hat, läßt der kraftvolle Andruck gegen das Statorteil 15 nach, und sorgen die Scheibenfedern 10 sobald wie möglich für eine Rückbewegung des Rotors 1 in eine freie Stellung, wonach die auf das Turbinenrad 3 auftreffende Luft dieses Rad, die Welle 2 und den Rotor 3 in Rotation versetzt. Hierdurch wird am rückwärtigen Ende des Turbinnrades 3 ein Saugeffekt erreicht, der durch die am Turbinenrad 3 vorgesehenen Rippen bzw. Stege 3' verstärkt wird. Dies bewirkt eine zwangsweise Erhöhung bzw.
• Vergrößerung des bereits erreichten Luftstroms sogar dann, wenn die Rotation zur Ausbildung einer rotierenden Wand der Kugeln in den Lagern 4 und 5 führt, durch die der Strömungswiderstand vergrößert wird. Der Luftstrom gewährleistet eine wirkungsvolle Schmierung und Kühlung der Lager 4 und 5, und bei der Durchströmung der Lager bewirkt der Luftstrom eine Verringerung der-axialen Belastung, der die Lager ausgesetzt sind.
• Eine erfindungsgemäße Einrichtung ist auf einem Versuchsstand während mehrewrBetriebsstunden bei sehr hoher Geschwindigkeit getestet worden, und die Untersuchung hat ergeben bzw. bewiesen, daß die Lager selbst bei solch extremen Betriebsbedingungen lediglich handwarm geworden sind.
• Des weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung bzw. -einrichtung aus,- daß sie aus einfachen und starken Teilen aufgebaut ist, die sich für eine Massenherstellung eignen. Infolgedessen ist die Lagerungseinrichtung in wirtschaftlicher Hinsicht besonders vorteilhaft, während gleichzeitig die durchschnittliche Betriebszeit beträchtlich erhöht wird, so daß das Geschoß beträchtlich zuverlässiger ist.
• +) dadurch

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Lagerung eines Rotationsteils in Generatoren in Geschossen, bei denen der Rotationsteil über einen Generatorrotor, eine zugehörige Welle und ein Turbinenrad verfügt, das am vorderen Ende der Welle angebaut und von Stauluft angetrieben ist, die in axialer Richtung,áuf das Rad auftrifft, wodurch der Rotationsteil einer axialen Belastung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichenet, daß die Stauluft vom vorderen Ende des Geschosses zur Rückseite des Rotationsteils geführt, dort um 1800 umgelenkt und mittels des dynamischen Drucks der Stauluft in entgegengesetzter Richtung durch Kugellager hindurchgeführt wird, die den Rotationsteil drehbar tragen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kugellager durchströmende Stauluft durch eine durchgehende Bohrung in der Welle eingeführt und in einer Druckkammer umgelenkt wird, die Lager durchströmt und durch einen radialen Spalt an der Rückseite des Turbinenrades ins Freie strömt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Stauluft enthaltenen und zusammen mit dieser in die Druckkammer eintretenden Feststoffteilchen in der Kammer aufgefangen bzw.

   gesammelt werden, bevor die Stauluft durch die Kugellager hindurchströmt.
4. 4. Lagerungseinrichtung für ein Rotationsteil in Generatoren und Geschossen zur Durchführung des Verfahrens nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotationsteil über einen Generatorrotor, eine zugehöriqe Welle und ein Turbinenrad verfügt, das am vorderen Ende der Welle angebaut und von in axialer Richtung auf das Turbinenrad auftreffender Stauluft angetrieben ist, wodurch das Rotationsteil einer axialen Belastung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) eine durchgehende axiale Bohrung (14) aufweist, die an ihrem vorderen Ende die Stauluft aufnimmt und sich an ihrem rückwärtigen Ende in eine Druckkammer (16) hineinerstreckt, die mit der freien Umgebung über Kugellager (4,5) für den Rotationsteil (1,2,3) und über einen Radialspalt (17) in Verbindung steht, der zur Peripherie des Turbinenrades (3) führt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Turbinenrades (3) mit Rippen bzw. Stegen (3') oder dgl. zur Bildung einer zusätzlichen Druckdifferenz zum Vortrieb der Luft durch die Lager (4,5) hindurch ausgestattet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16) einen Abscheider für die in der durch die Lager (4,5) hindurchgeführterStauluft enthaltenen Feststoffteilchen (16') bildet.

   L e e r s e i t e