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Drucklager Die Erfindung betrifft ein Drucklager jener Bauart, bei
welcher ein sich drehender Ring auf einem Kranz nicht drehbarer Schuhe Abstützung
findet, die in bezug auf diesen Ring derart angeordnet sind, daß sich beim Anfahren
der vom Lager gehaltenen Maschinenwelle zwischen den einander anliegenden Flächen
von Ring und Schuhen ein Ölfilm bildet, der während des Maschinenlaufs erhalten
bleibt.
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Lager der angegebenen Art werden zur Aufnahme sehr hoher Lasten benutzt,
beispielsweise für die Rotoren hydroelektrischer Aggregate, die aus einem Turbinenrad,
einer Welle und dem Rotor eines Generators bestehen und die zusammen ein Gewicht
von mehreren hundert Tonnen aufweisen können. Unter solchen Voraussetzungen ist
es unerläßlich, daß die Last auf sämtliche Lagerschuhe gleichmäßig verteilt wird,
um ein Fressen oder doch eine übermäßige Erhitzung eines oder mehrerer Schuhe zu
verhüten.
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Es gibt nun bereits verschiedene Anordnungen, welche eine gleichmäßige
Lastverteilung auf die Schuhe ermöglichen. Hierbei handelt es sich einerseits um
mechanische Mittel, die aber deswegen unvollkommen sind, weil die auftretenden Reibkräfte
das Auswuchten der einzelnen Organe stören. Andererseits hat man hydraulische Mittel
vorgeschlagen, die so wirken, daß die Belastung, die der sich drehende Ring den
Lagerschuhen mitteilt, über ein unter Druck stehendes Ölvolumen auf das Lagergehäuse
übertragen - wird. Man, kann mit
Hilfe dieser hydraulischen Lastübertragung
die Belastungen der einzelnen Schuhe völlig ausgleichen. In der Praxis wird hierbei
der Kranz aus Schuhen durch mindestens einen Kolben getragen, der sich in einem
das unter Druck stehende Öl enthaltenen Zylinder derart verstellen kann, daß sich
die Schuhe an die entsprechende Fläche des Drehringes anpassen können.
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Da nun aber bei einer derartigen Einrichtung das Öl, welches zur Lastübertragung
benutzt wird, durch eine Pumpe geliefert wird, besteht die Gefahr, daß jede Betriebsführung
der Pumpe ein Stillsetzen der Maschine erforderlich macht, zu der das betreffende
Lager gehört.
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Das Drucklager gemäß der Erfindung ist von jener Bauart, bei welcher
jeder Schuh von einem Kolben getragen wird, der sich in einem Zylinder verstellen
kann, in dem wenigstens zeitweise Öl unter Druck wirksam ist, wobei die einzelnen
Zylinder untereinander derart in Verbindung stehen, daß eine gleichmäßige Verteilung
des Lagerdruckes auf sämtliche Schuhe gewährleistet wird.
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Von Drucklagern bekannter Art unterscheidet sich nun aber der Erfindungsgegenstand
dadurch, daß zwischen jeden Schuh und den zugehörigen Teil des Lagergehäuses eine
regulierbare Keilvorrichtung eingefügt ist, die an Stelle des unter Druck stehenden
Öles die Schuhbelastung auf das Lagergehäuse unter Beibehaltung der gleichmäßigen
Lastverteilung übertragen kann.
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In der Zeichnung sind schematisch und beispielhaft mehrere Ausführungsformen
des Drucklagers gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. I gibt einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
wieder; Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie II-II der Fig. I; Fig. 3 ist ein axialer
Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform; Fig. 4 gibt ein Schnitt nach Linie
IV-IV zu Fig. 3 wieder; Fig. 5 ist ein Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform;
Fig. 6 ist ein Axialschnitt durch ein viertes Beispiel.
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Das in Fig. I und 2 dargestellte Drucklager weist einen. Drehring
I auf, der sich auf einen Kranz nicht drehbarer Schuhe 2 abstützt. Jeder dieser
Schuhe 2 ist fest mit einem Kolben 3 verbunden, der in einem Zylinder 4 derart gleiten
kann, daß sich der Schuh an die entsprechende Fläche des Drehringes anlegen kann.
Die Zylinder 4 sind in einem festen Ring 5 ausgebildet, der durch das Lagerbett
6 getragen wird. Aus Fig. 2 ersieht man, daß sämtliche Zylinder 4 miteinander über
Kanäle 7 in Verbindung stehen.
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Die vom Lager aufzunehmende Maschinenlast wird durch die Welle 8 übertragen,
die mit einer Büchse 9 verkeilt ist. Die letztere ruht auf dem Ring I auf und ist
mit diesem durch Zapfen Io drehfest verbunden.
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Zwischen jeden Schuh 2 und das Lagerbett 6 ist eine Keilvorrichtung
eingeschaltet; sie ist im Ausführungsbeispiel der Fig. I und 2 zwischen dem Kolben
3 und dem Boden des Zylinders 4 angeordnet und besteht aus einem festen Körper i
i, im Zeichnungsbeispiel aus einer Stahlkugel, die sich in bezug auf die Lagerachse
radial zwischen der Unterseite I2 des Kolbens 3 und der entsprechenden Fläche I3
des Zylinderbodens verstellen läßt.
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Die beiden Flächen I2 und I3 sind je mit einem besonderen Teil 14
bzw. 15 ausgestattet, das mit der Kugel i i in Berührung ist. Aus Fig. 2 ersieht
man, daß die Teile 14 und 15 kreisbogenförmige Rinnen darstellen, deren Erzeugende
gegen das Äußere des Lagers hin konvergieren. Die Kugel i i ist von einem Ring 16
umgeben, an den ein Gewindebolzen -17 angesetzt ist. Der letztere ragt durch die
Wandung des Zylinders 4 nach außen, und eine auf ihm sitzende Mutter 18 gestatte
es, die Kugel i i einerseits im Innern des Ringes 5 zu verstellen, sie aber andererseits
auch in einer bestimmten Stellung zu arretieren.
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Im übrigen dienen Segmente 2o des Kolbens 3 dazu, diesen abzudichten.
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Das Anfahren einer Maschine, die ein derartiges Drucklager aufweist,
vollzieht sich in folgender Weise: Solange die Maschine noch steht, speist man die
Zylinder 4 mit Drucköl, und zwar mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe. Hierdurch
wird es möglich, die Last gleichmäßig auf sämtliche Schuhe :2 zu verteilen. Nachdem
man so sämtliche Zylinder 4 unter Druck gesetzt hat, mag es sein, daß sich die Kolben
3 gegenseitig in verschiedener Höhe befinden, ünd zwar können derartige Unterschiede
hauptsächlich von ungleichmäßigen Deformationen des Lagergehäuses unter dem Einfluß
der vorhandenen Belastung auftreten. Indem man nun die Mutter 18 betätigt, verschiebt
man die Kugeln i i derart, daß sie sowohl mit dem Teil 15 als mit,dem Teil 14 in
Berührung kommen. Dies hat zur Folge, daß die Belastung des einzelnen Schuhes über
die Kugeln ii auf das Lagerbett 6 übertragen werden kann. Anschließend kann man
die Speisepumpe für das Öl abschalten. Sobald hierbei der Öldruck in den Zylinder
4 absinkt, wird die Lagerbelastung ganz von den Kugeln i i übernommen.
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Wenn das Drucklager in dieser Weise eingeregelt ist, kann die Maschine
angelassen werden.
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Die Ausführungsform eines Drucklagers gemäß den Fig.3 und 4 weist
im wesentlichen alle diejenigen Organe auf, die auch im ersten Ausführungsbeispiel
vorhanden sind. Der Unterschied besteht in folgendem: Die Kugeln ii sind durch zylindrische
Körper 21 ersetzt, deren beide Enden von Kugelkalotten oder anderen konvexen Flächen
gebildet werden. Die Segmente oder Kolbenringe 2o sind durch eine Dichtung 22 aus
Kautschuk oder ähnlichem Material ersetzt.
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Darüber hinaus unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel vom
ersten dadurch, daß mindestens einer der Schuhe 2, der zusammen mit dem Kolben 3
einen Block bildet, in diesem Block einen Kanal 23 aufweist, der die Verbindung
des zwischen der aktiven Lagerfläche 24 des Schuhes
und dem Ring
I gebildeten Ölfilmes mit dem entsprechenden Zylinder 4 sicherstellt.
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Auf diese Weise werden beim Lauf der Maschine alle Zylinder 4 von
dem genannten Film aus mit Drucköl gespeist.
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Des weiteren weist der gleiche Schuh 2 einen Auslaßkanal 25 auf, der
es gestattet, den in den Zylindern 4 herrschenden Druck zu begrenzen. Zu diesem
Zweck wird für den Kanal eine Reguliervorrichtung vorgesehen, die den Ölauslaß steuert.
Diese Vorrichtung besteht aus einem Abschlußorgan, z. B. einem Kolben 26, der eine
Steuerkante 27 aufweist. Der Kolben 26 kann in der Mündung des Kanals 25 gleiten,
und seine Kante 27 arbeitet dabei mit einer Gegenkante 28 am Einlaß des Kanals 25
zusammen.
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Ein Mechanismus gestattet es, die Höheneinstellung der Steuerkante
27 gegenüber dem Lagerbett 6 zu verändern und dabei zugleich die Höheneinstellung
der Schuhe 2 beim Lauf der Maschine zu regeln. Es ist zu diesem Zweck eine Stange
29 vorgesehen, die sich im Ring 5 quer verschieben läßt und über einen Lenker
30 mit dem Kolben 26 verbunden ist. Andererseits steht die Stange 29 fest
mit einem Kolben 31 in Verbindung, der unter dem Einfluß des in den Zylindern herrschenden
Druckes dauernd versucht, die Stange 26 nach links (Fig. 3) zu verschieben und hierdurch
den Kolben 26 in eine den Kanal 25 öffnende Stellung zu verschieben. Ein im einzelnen
nicht dargestellter Anschlag 32 wirkt auf den Kolben 21 ein, um die Stellung des
Kolbens 26 und damit die Höhe der Steuerkante 27 zu bestimmen.
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Die Anschaltung einer Maschine mit einem Lagergemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird in folgender Weise bewerkstelligt: Solange die Maschine steht, speist man,
wie im ersten Beispiel, die Zylinder 4 mit unter Druck stehendem Öl durch eine nicht
dargestellte Pumpe. Hierdurch kann die Lagerlast gleichmäßig auf sämtliche Schuhe
verteilt werden. Die Körper 21 werden dann verschoben, um die Höhenunterschiede
der Kolben 3 in bezug auf den Boden der Zylinder 4 auszugleichen, derart, daß Kolben
3, Körper 2 1 und Zylinderboden, naturgemäß über die Zwischenstücke I4 und 15, miteinander
in Berührung kommen.
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Wenn diese Operation beendet ist, kann die Speisepumpe entweder abgeschaltet
werden oder in Betrieb bleiben, während die Maschine in Gang gesetzt wird. Wenn
die Speisepumpe vor dem Anlassen der Maschine nicht stillgesetzt wurde, schaltet
man sie ab, sobald die Maschine ihre normale Geschwindigkeit erlangt hat. Denn sobald
der Ring I sich dreht, gewährleistet der Ölfilm zwischen ihm und den Schuhen 2 die
Speisung der Zylinder 4 mit Drucköl. Die Steuerkante 27 des Kolbens 26 läßt sich
dann auf eine Höhe einstellen, bei welcher der Kontakt zwischen dem Kolben 3 und
den Körpern 21 sichergestellt ist. Vorzugsweise wird die Kante 27 leicht über diesem
Niveau eingestellt, derart, daß während des Maschinenbetriebs die Kolben 3 etwas
von den Körpern 2I abgehoben sind und die gleichmäßige Verteilung der Last auf alle
Schuhe 2 durch das Drucköl trotz der Vibrationen, etwaiger Senkungen und eventueller
Abnutzung der Schuhe 2 gesichert bleibt. Bei der beschriebenen Ausführungsform bilden
also die Körper 21 die Sicherheitselemente, die eine normale Funktion des Lagers
auch dann gewährleisten, wenn in den Zylindern 4 ein Druckabfall auftritt.
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Die Beispiele, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind, unterscheiden
sich von der ersten. Ausführungsform dadurch, daß die Schuhe 2, anstatt mit dem
zugehörigen Kolben ein Stück zu bilden, zwei getrennte Stücke bilden. Wie man aus
den Fig. 5 und 6 ersieht, weist jeder Schuh 2 an der Unterseite einen Ansatz 33
auf, durch den er mit der Oberfläche 34 des zugehörigen Kolbens 3 in Berührung steht.
Die Abstützung 33 läßt demgemäß dem Schuh jede Möglichkeit, sich in vollkommener
Weise an die Unterseite des Ringes I anzupassen.
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Die Ausbildung des Körpers II, des Zylinders 4 und der Regelungsmittel
16 bis 18 für die Kugel II ist hier so wie im Falle der Fig. I gewählt.
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Im Falle der Fig. 6 hat der zwischen den Boden 13 des Zylinders 4
und die Unterseite 12 des Kolbens 3 eingefügte Körper die Gestalt eines Prismas
35 von trapezoidem Querschnitt. Ein Teil 1d: oder 15 wird in diesem Falle weder
an der Unterseite 12 des Kolbens noch an der Bodenfläche 13 des Zylinders vorgesehen;
vielmehr ist hier der Boden 13 im wesentlichen horizontal, während die Fläche ia
dazu gegen das Äußere des Lagers hin konvergiert.
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Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung könnten so abgewandelt
werden, daß die Reguliereinrichtungen für den Körper i i, 2i oder 35 ein Federaggregat
aufweisen, das versucht, den genannten Körper 1i, 21 oder 35 radial zu verschieben.
Auch könnte dazu ein Differentialkolben ähnlich dem Kolben 31 (Fig. 3) verwendet
werden, der :den Körper 1i, 2i oder 35 radial nach außen zu verschieben versucht.