DE2448785A1

DE2448785A1 - Kombinierte lagerung

Info

Publication number: DE2448785A1
Application number: DE19742448785
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Korrenn; Horst Dipl Ing Voll
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1974-10-12
Filing date: 1974-10-12
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2287615A1; DE2448785C3; DE2448785B2; FR2287615B3; US4000559A; GB1486369A

Description

KUGELFISCHER GEORG SCHÄFER & CO.

ΤΟΡ-380-wa-gr 11. lo. 1974

Kombinierte Lagerung

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Kombination eines axial belasteten Wälzlagers mit einem hydrostatischen Axiallager in Tandemanordnung für eine Stützlagerung, die trotz veränderlicher Last eine möglichst konstante Lage beibehält, wobei sich das hydrostatische Axiallager über einen Kolben im Gehäuse abstützt und fremderzeugtes, mengenmäßig konstantes Drucköl vom Kolbenraum über eine gedrosselte Varbindungsleitung zum hydrostatischen Axiallager geführt wird.

Wälzlager sind relativ einfache und billige Lager. Sie werden daher bei den verschiedensten Anwendungsfällen in großer Zahl benutzt. Bestimmte 3auformen, wie Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager können außer Radial- auch Axialkräfte übernehmen. Bei vielen Anwendungsgebieten, wie z. B. Verbrennungsturbinen, werden die Anforderungen an die Lagerungen hinsichtlich Drehzahl und Belastuna, und zwar insbesondere axiale Belastung immer höher, so daß oft eine niedrige Lebensdauer zu erwarten ist. In solchen Fällen könnten nun hydrodynamisch oder hydrostatisch arbeitende Gleitlager verwendet werden. Diese haben aber auch wesentliche Nachteile. Die hydrodynamischen Gleitlager arbeiten nämlich nur unvollkommen beim Anfahren und Stillsetzen bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Maschine. Die hydrostatischen Lager sind nicht betriebssicher genug, denn zum Beispiel beim Ausfall der Ölversorgung können wegen der direkten Anlage der relativ zueinander bev/egten Teile große Schaden an der öiaschine eintreten.

Aus diesen Gründen sind schon verschiedentlich kombinierte Lagerungen ähnlich der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden. Dabei wird die zu übertragende Last auf zwei Lager verteilt. Da die Ölmenge, der Druck vor und hinter dem Kolben und die Last genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine funktionierende Lagerung zu erreichen, ist ein großer Aufwand an Meß- und Steuermitteln nötig. Trotzdem ist es aber bei sich verändernder äußerer Last nicht möglich, eine bestimmte Lastvertei-

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lung zu erreichen. Bei den bisher bekannten, mit Fremdöl versorgten Lagerungen wirkt sich nämlich eine Eelastungsveränderung, in erster Linie nur auf das Wälzlager aus, während die Beanspruchung des hydrostatischen Lagers nahezu konstant bleibt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine kombinierte Lageruna dar eingangs genannten Art aufzuzeigen, bei der unabhängig von der Größe der äußeren Belastung immer gleiche Anteile von beiden Lagern übertragen werden, und zwar ohne daß komplizierte und teuere Kontroll- und Regelcreräte erforderlich sind.

Die Lösuna dazu wird mit den "erkmalen im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs erreicht.

Vorzugsweise besteht das hydrostatische Steuerlager aus einem einfachen, über den ganzen umfang sich erstreckenden Abströmspalt der in eine Umfangsnut des Gehäuses mündet. Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau.

Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kolben des hydrostatischen Axiallagers in der kolbenähnlichen Büchse angeordnet sein. Beide sind axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar. In diesen Fall ist es konstruktiv am einfachsten, wenn auf der der Zwischenbüchse zugewandten Stirnseite ein gemeinsamer Öldruckraum vorgesehen ist, der Verbindungskanäle überflüssig macht. Es ergibt sich damit ein einfacher und platzsparender Aufbau.

Um eine Berührung der relativ zueinander bewegten Teile im hydrostatischen Axiallager mit Sicherheit bei fehlendem Öldruck zu vermeiden, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung zweckmäßig, den Kolben des hydrostatischen Axiallagers durch Federn von der Lagergegenfläche wegzuziehen. Der Federdruck kann unter diesen Umständen klein gehalten werden.

Durch die Umfassung des Wälzlagers, der kolbenähnlichen Büchse und des hydrostatischen Axiallagers samt Kolben mit einer im Teilguerschnitt L-förmigen Büchse mit Deckel ergibt sich eine einbaufertige, in ihren Außenmaßen normbare Einheit einer kom-

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binierten Lagerung mit einfachsten Mitteln, die in beliebigen Maschinen Verwendung findet und im Bedarfsfall durch Lösen und Festziehen von einigen Schrauben ausgewechselt werden kann.

Da der Kolben des hydrostatischen Axiallagers und die Stirnfläche des hydrostatischen Steuerlagers eine bestimmte konstante Größe besitzen und der Druck wegen der ungedrosselten Verbindung in beiden Druckräumen immer gleich groß bleibt, wird bei sich verändernder äußerer Belastung automatisch immer der gleiche Lastanteil übertragen* Die Anteile können lediglich durch Veränderung der Kolbenfläche variiert werden, um eine stabile Lagerung zu erreichen, muß noch dafür gesorgt werden, daß die ölmenge, die normalerweise konstant gehalten wird und die entsprechend der maximal zu erwartenden Belastung relativ groß bemessen ist, wobei noch ein Sicherheitszuschlag erfolgt, die Verhältnisse im hydrostatischen Axiallager nicht stört. Dies erfolgt hier in einfacher Weise durch das Abfließen des Drucköls durch das hydrostatische Steuerlager in die Umfangsnut der Zwischenbüchse, von wo eine Rückführung in den Druckölvorratsbehälter erfolgt. Damit wird ohne konstruktiven Aufwand und zusätzliche Meß- und Regeleinrichtungen automatisch immer die gewünschte Verteilung aufrechterhalten.

Es ist zwar schon eine kombinierte Lagerung der hier in Rede stehenden Art bekannt (DT-OS 2 o59 836), bei der eine anteilmäßig konstante Lastverteilung erfolgt; hier handelt es sich aber um eine Lagerung einer Axialkolbenpumpe mit eigenerzeugtem Öldruck. Die hier vorhandenen Betriebsbedingungen sind aber bei Anwendungsfällen mit fremderzeugtem Öldruck, auf die sich diese Erfindung bezieht, nicht gegeben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, Die einzige Figur zeigt einen Teilquerschnitt durch die erfindungsgemäße Kombination eines Wälzlagers mit einem hydrostatischen Axiallager .

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Auf der Welle 1 ist ein Radial-Rillenkugellager 2 anaeordnet, das sowohl Axial- als auch Radiallasten übertragen kann. Der Axiallast-.anteil wird dabei von Außenring 2' über die kolbenähnliche Büchse 3 auf den im Querschnitt L-förmigen Zwischenring 4 übertragen.
Parallel zum Rillenkugellager 2 ist ein hydrostatisches Lager angeordnet. Letzteres umfaßt die Lagerscheiben 5 und den als Kolben β¹ ausgebildeten Stützring 6 mit dem ölzufuhrkanal 7, der Drossel 7' und der Taschen 8. Sowohl die Büchse 3 als auch der Stützring sind als Kolben ausgebildet und besitzen einen gemeinsamen Druckraum 9. Der ölzufuhrkanal 10 führt durch den Druckraum 9 und setzt sich über den Kanal 7 fort, bis zu den Taschen 8 des hydrostatischen Lagers.

Die Lagerung funktioniert in folgender Weise:

Bei Auftreten einer äußeren Axiallast F und stillgesetzter Ölpumpe geht zunächst die gesamte Belastung durch das Rillenkugellager 2 über die Büchse 3 an der Stelle 3¹ in den im Gehäuse 11 befestigten Zwischenring 4. Bei Inbetriebsetzten der nicht gezeigten ölpumpe füllt sich dann über den Zufuhrkanal Io der Druckraum 9 mit öl und drückt den Stützring 6 wegen der Drossel T in Richtung zur Lagerscheibe 5. Das hydrostatische Lager wird dadurch in Betrieb gesetzt und entlastet das Rillenkugellager 2. Bei weiter ansteigender ölmenge und damit ansteigendem Öldruck wird infolge der Drosselwirkung bei 7¹ erreicht, daß sich auch die Büchse 3 an der Stirnfläche 3¹ vom Gehäusering 4 abhebt. Die ölmenge, die für ein ordnungsgemäßes Funktionieren des hydrostatischen Axiallagers nicht
benötigt wird, läuft durch den Spalt bei 3¹ in die ümfangsnut 15
und von dort zurück in den ölvorratsbehälter. Es bildet sich also ein hydrostatisches Steuerlager, wobei der Ringteil im Bereich der Stirnfläche 3·' als Taschenwand wirkt.

Die Fläche 3' sowie die Stirnfläche der in die Büchse 3 eingearbeiteten Ümfangsnut 3" einerseits sowie die Stirnfläche fr⁴ des Kolbens 6¹ andererseits bestimmt die Anteile der Lasten, die über die beiden Lager übertragen werden. Da diese Flächen und der Öldruck auf beide Kolben konstant bleiben, ist auch keine Veränderung der Anteile bei sich verändernder äußerer Belastung möglich. Die ölmengenregulierung erfolgt mit einfachen Mitteln durch Abfließen über den Spalt bei 3'. Hier ist also ein einwandfreies Funktionieren des

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hydrostatischen Lagers ohne zusätzliche Meß- und Regeleinrichtungen bei sich verändernder äußerer Belastung gewährleistet. Durch die Wahl geeigneter Kolbenflächen kann außerdem eine ausreichende Lebensdauer des Kugellagers erreicht werden.

Da der Kolben 6, der als Stützring des hydrostatischen Axiallagers dient/ in der Abstandbüchse 3, die auch gleichzeitig als Kolben wirkt, angeordnet ist, beide axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar sind und da ein gemeinsamer Öldruckraum 9 vorgesehen ist, ergibt sich ein einfacher Aufbau der kombinierten Lagerung, ohne daß darunter die Funktionsfähigkeit leidet.

Da damit gerechnet werden muß, daß bei Inbetriebsetzen der Haschine der Öldruck des hydrostatischen Axiallagers noch nicht aufgebaut ist, ist eine Feder 12 vorgesehen, die den Stützring β von der sich drehenden Lagerstüt ζ scheibe 5 wegzieht. Damit wird, eine direkte Berührungund die damit verbundene evtl. Serstörung der Scheiben 5 und des Stützrings 6 vermieden.

In vielen Anwendungsfällen wird gewünscht, daß die Lagerungen als Einheiten geliefert werden, deren Abmessungen sogar genormt sein sollen. Eine solche Einheit wird hier dadurch erreicht, daß ein im Teilquerschnitt L-förmiger Zwischenring 4 vorgesehen ist, dessen offenes Ende nach Einbringung der Einzelteile durch einen Dekkel 13 verschlossen ist. über letzteren erfolgt hier mittels Schrauben bei 14 eine Befestigung der Einheit am Gehäuse 11.

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Claims

KUGELFISCHER GEORG SCHÄFER & CO.

TOP-38o-wa-gr Ansprüche

Kombination eines axial belasteten Wälzlagers mit einem hydrostatischen Axiallager in Tandemanordnung für eine Stützlagerung, die trotz veränderlicher Last eine möglichst konstante Lage beibehält, wobei sich das hydrostatische Axiallager über einen Kolben im Gehäuse abstützt und fremderzeugtes, mengenmäßig konstantes Drucköl vom Kolbenraurr über eine gedrosselte Verbindungsleitung zum hydrostatischen Axiallager geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftübertragende Stirnseite des axial verschiebbaren Wälzlageraußenrings (2') auf eine kolbenähnliche Büchse (3) einwirkt, die auf der der Zwischenbüchse (4) zugewandten Stirnfläche (3¹) als hydrostatisches Steuerlager ausgebildet ist, wobei eine Druckölverbindung mit dem Kolbenraum (9) des hydrostatischen Axiallagers besteht.
2. Lagerkombination nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Steuerlager aus einem einfachen, sich über den ganzen Umfang erstreckenden Abströmspalt bei (3¹) besteht, der in eine Umfangsnut (15"*) der Zwischenbüchse (4) mündet.
3. Lagerkombination nach den Ansprüchen 1 bzw. 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) des hydrostatischen Axiallagers in der kolbenähnlichen Büchse (3) angeordnet ist, beide axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar sind und auf der der Zwischenbüchse (4) zugewandten Stirnseite einen gemeinsamen öldruckraura (9) besitzen.
4. Lagerkombination nach den Ansprüchen 1, 2 bzw. 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6¹) durch Federn (12) mit geringem Druck von der Lagergegenfläche (5¹) weggezogen wird.
5. Lagerkombination nach den Ansprüchen 1, 2, 3 bzw. 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2), die kolbenähnliche Büchse 3 und das hydrostatische Axiallager samt Kolben (6¹) in einer im Teilquerschnitt L-förmigen Zwischenbüchse (4) mit Deckel (13) angeordnet sind, die im Gehäuse (11) befestigt ist.

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