CH365913A - Lagervorrichtung mit gegen Zerstörung gesichertem Lager für schnellaufende Wellen, insbesondere für Sicherheitsprüfstände - Google Patents

Description

  Lagervorrichtung mit gegen Zerstörung gesichertem Lager für schnellaufende Wellen,  insbesondere für Sicherheitsprüfstände    Es wurde bereits ein Sicherheitsprüfstand für  schnellaufende Maschinenteile, insbesondere die In  duktoren von Turbogeneratoren, vorgeschlagen. Die  ser Prüfstand ist grundsätzlich so gebaut, dass der  Prüfling von einer ausreichend dicken Umhüllung,  ähnlich einem Zylindermantel, umgeben ist, deren  Innendurchmesser sich dem Durchmesser des Prüf  lings bis auf einen verhältnismässig kleinen Luftspalt  nähert. Sobald eine Verformung des Prüflings ein  tritt, so berührt dieser nach     Zurücklegung    eines sehr  kleinen Weges die Innenfläche der Umhüllung und  rollt an dieser Fläche ab, wobei entsprechend starke  Reibungskräfte auftreten.

   Diese     Kräfte    bewirken,  dass die Umhüllung, die auf Rollen gelagert sein kann,  selbst in Drehung versetzt wird. Durch die Reibung  und auch durch die dann einsetzende Drehbewegung  der Umhüllung wird die kinetische Energie des Prüf  lings sehr schnell aufgezehrt und eine entsprechende  Drehzahlherabsetzung des Prüflings erzwungen.  



  Wenn es auch durch Massnahmen dieser     Art    ge  lingt, die Explosion eines Induktors unter der Ein  wirkung einer Fliehkraft bzw. Unwucht zu verhin  dern, so können immerhin durch die radial gerichteten  Kräfte schwere Schäden an den Lagern der Welle des  Induktors auftreten, so dass diese für eine weitere  Verwendung unbrauchbar werden.  



  Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit  gegen Zerstörung gesichertem Lager für schnellau  fende Wellen, insbesondere für Sicherheitsprüfstände  elektrischer Maschinen. Die     Erfindung    ist dadurch  gekennzeichnet, dass ein das Lager einschliessendes  inneres Lagergehäuse durch     Sollbruchglieder    und  Federn gegen ein     Lageraussenteil    abgestützt ist, der  art, dass bei einem Bruch die Federn zur Wirkung  kommen und die Welle sich in eine neue Lage ein  stellt.

      Ausführungsbeispiele der     Erfindnug    sind in der  Zeichnung schematisch     dargestellt.    Dabei zeigt:       Fig.    1 die Lagerung eines     Prüflings    in Ansicht,       Fig.    2 in grösserem Massstab eine der Lagervor  richtungen in     Stirnansicht    und in     geöffnetem    Zustand,       Fig.    3 in noch grösserem Massstab einen axialen  Schnitt durch die     Lagervorrichtung,          Fig.    4 teils in Ansicht und teils     im    Schnitt die  Konstruktion einer einzelnen Federanordnung mit  einer hydraulischen Dämpfung.  



  In     Fig.    1 sind auf einem Fundament 1 die Lager  2 für den     Prüfling    3 dargestellt. Dabei kann es sich  um den Induktor eines Turbogenerators     handeln.    Die  ser Induktor wird bei einem     Sicherheitsprüfstand    nach  an anderer Stelle gemachten Vorschlägen mit einer  entsprechend massiven Umhüllung in der Form eines  Zylindermantels umgeben, wobei zwischen der Um  hüllung und dem Induktor nur ein verhältnismässig  kleiner Luftspalt verbleibt. Diese Umhüllung ist  in     Fig.    1 der Einfachheit halber nicht dargestellt.  



  Tritt beim Schleudern des Prüflings eine Unwucht  auf, so wird er sich schon nach     Zurücklegung    des       kleinen    Luftspaltes gegen die     Innenfläche    der Um  hüllung legen, wobei die radial gerichteten Kräfte  in     tangential    gerichtete Reibungskräfte umgesetzt wer  den, die eine schnelle     Abbremsuug    und Drehzahl  herabsetzung erzwingen. Da aber auch bei nur klei  nen Lageänderungen des Induktors eine Zerstörung  der Lager 2 herbeigeführt werden kann, wird im  folgenden eine besondere<U>Lag</U>     erbauform    mit gegen  Zerstörung gesichertem Lager angegeben.  



  Diese     Lagerbauform    ist in den     Fig.    2 und 3 dar  gestellt. Auf der Welle 10 des Prüflings ist eine       Spannhülse    11 angebracht. Auf der Spannhülse     sind     die     Wälzlagerinnenringe    12 befestigt. Zu den Wälz  lagern gehören die     Wälzlageraussenringe    13, und die      Wälzlager werden durch ein Lagergehäuse 14 zusam  mengehalten. Alle bisher beschriebenen Teile bilden  mit der Welle 10 ein einheitliches Ganzes, das vor  aussetzungsgemäss so     ausgeführt    sein soll, dass es  bei der auftretenden Unwucht während des Schleu  derns keine Verformung erfährt und insbesondere  keine Beschädigung der Wälzlager selbst auftritt.

    Durch einen Ring 15 sind die Wälzlager 12, 13  in dem Lagergehäuse 14 gehalten.     Abdeckplatten    16  zu beiden Seiten schützen die Wälzlager gegen Ver  unreinigungen.  



  Ausserdem ist aber ein     Lageraussenteil    17 vorhan  den, das     zweckmässigerweise    mehrteilig ist, um den  Zusammenbau zu erleichtern. Das innere Lager  gehäuse 14 und das     Lageraussenteil    17 werden durch       Ringe    18 und 19 zusammengehalten. Dabei ist der  Ring 18 mit dem     Lageraussenteil    17 und der Ring 19  mit dem inneren Lagergehäuse 14 fest verbunden.  Die beiden Ringe 18 und 19 werden durch     Abscher-          stifte    20 zusammengehalten. Zwischen dem inneren  Lagergehäuse 14 und dem     Lageraussenteil    17 be  finden sich Pakete von Tellerfedern 21. Solche Feder  pakete sind bei jedem Lager mehrfach, z.

   B. sechs  fach, vorhanden und jeweils radial gestellt, so dass  sie radial gerichtete Kräfte aufzunehmen vermögen,  gleichgültig,     in    welcher     Richtung    des Raumes solche  Kräfte gegebenenfalls auftreten.  



  Diese Tellerfedern haben beim Auswuchten eines  Induktors kaum eine Funktion zu erfüllen. Wenn  aber beim Schleudern des     Induktors,    z. B. durch  eine plötzlich eintretende Unwucht     undfoder    durch  wesentliche Überschreitung der vorgesehenen Schleu  derdrehzahl, Lagerbelastungen auftreten, die höher  sind als die für die Wälzlager 12, 13 vorgesehenen  Belastungen, so brechen die     Abscherstifte    20. Der  Querschnitt dieser Stifte ist so bemessen, dass die  Kraft, die zu ihrem Bruch erforderlich ist, wesentlich  kleiner ist als die Kraft, welche die     Wälzlager    zer  stören würde.

   Sind die     Abscherstifte    20 gebrochen,  so stellt sich der Induktor infolge der aufgetretenen  Unwucht und seiner nunmehr elastischen Lagerung  in eine neue Lage mit einer Drehachse ein, die mit  der ursprünglichen Drehachse nicht mehr überein  stimmt, sondern von Grösse und Lage der Unwucht  abhängig ist. Es ist das Kennzeichen dieser neuen  Lage, dass     radial    gerichtete gefährliche     Kräfte    durch  entgegenwirkende Kräfte ausgeglichen werden. Man  wird     zweckmässigerweise    die durch die     Abscherstifte     20 verbundenen Ringe 18 und 19 so formen; dass  die Welle 10 im ganzen auch eine Schwenkbewegung  um den Mittelpunkt des anderen     Induktorlagers    aus  führen kann.  



  Durch eine Anordnung dieser Art wird insbe  sondere bei Prüfständen eine erhöhte Sicherheit gegen  Unfälle durch Explosionen dadurch erreicht, dass die  zunächst starre Lagerung des auszuwuchtenden bzw.  zu     schleudernden    Körpers in eine elastische Lage  rung übergeht. Ein weiterer Sicherheitsfaktor liegt  darin, dass bei plötzlich auftretenden Unwuchten der  zu untersuchende Körper in einem ihn mit geringem    Luftspalt umgebenden Hohlzylinder im wesentlichen  abrollt. Das auf den Hohlzylinder vom Prüfling her  ausgeübte Drehmoment wird dabei durch konzen  trisch angeordnete     Zylindermantelflächen    abgebremst.

    Weiter kann zur Sicherheit beitragen, dass dieser     Hüll-          körper    des Prüflings im gleichen Drehsinn wie der  Prüfling mechanisch angetrieben wird. Diese Mass  nahmen können einzeln oder auch gemeinsam an  gewandt werden.  



  Als     Anzeigemittel    für das überschreiten der zu  lässigen     Lagerreaktionskräfte    können beliebige ge  eignete Anzeigevorrichtungen dienen. Beispielsweise  kann daran gedacht werden, den     piezo-elektrischen     Effekt zur Anzeige der     Lagerreaktionskräfte    zu ver  wenden.  



       Fig.    4 zeigt ein zweites Beispiel der erfindungs  gemässen Lagervorrichtung. Dabei ist die Anordnung  so getroffen, dass ausser der Dämpfung durch Teller  federn eine hydraulische Bremseinrichtung zur Auf  nahme radialer Wellenbewegungen vorgesehen ist.  Diese hydraulische Bremseinrichtung weist vorteilhaft  mehrere Bremsen auf, die zentrisch zu den     Teller-          federpaketen    in diese eingebaut sind. Auf diese  Weise wird dafür gesorgt, dass ein etwaiges radiales  Ausweichen der Welle sehr schnell zum Stillstand  kommt und die Welle in einer neuen Lage festgehalten  wird.  



       Fig.    4 beschränkt sich unter Weglassung verschie  dener bereits beschriebener Einzelheiten im wesent  lichen auf die Darstellung einer hydraulischen Bremse  samt     Tellerfederpaket.    Dabei ist angenommen, dass  wieder ein inneres Lagergehäuse 14 vorhanden ist,  das mehrere Wälzlager umschliesst. Ferner ist eben  falls ein     Lageraussenteil    17 vorhanden. Das innere  Lagergehäuse 14 und das     Lageraussenteil    17 sind  miteinander durch die bereits beschriebenen -und hier  nicht dargestellten     Sollbruchglieder    miteinander ver  bunden.

   Im Raum zwischen dem inneren Lager  gehäuse 14 und dem     Lageraussenteil    17 befinden sich  mehrere     Tellerfederpakete    21.  



  Im inneren Lagergehäuse 14 ist bei jedem     Teller-          federpaket    ein Einsatzstück 30 vorhanden, in dem  eine Kugelkalotte 31 liegt. Der diese Kugelkalotte  aufweisende Körper bildet gleichzeitig den Deckel  eines Zylinders 32. Ausserdem ist an diesem Körper  31 eine Kolbenstange 33 angebracht, die einen Kol  ben 34 trägt. Der Kolben 34 ist mit mehreren par  allel zur Zylinderachse verlaufenden Drosselbohrun  gen 35 versehen, um den Durchtritt einer Brems  flüssigkeit zu ermöglichen.  



  Sinngemäss befindet sich im     Lageraussenteil    17  ein Einsatzstück 36, in dem eine Kugelkalotte 37  liegt. Der diese Kugelkalotte 37 aufweisende Körper  ist mit einem inneren Zylinder 38 versehen, in dem  sich das obere Ende der Kolbenstange 33 verschieben  kann. Der genannte Körper bildet gleichzeitig den  Deckel eines weiteren Zylinders 39, in dem sich der  Kolben 34 bewegen kann. In diesem Zylinder 39 ist  ausserdem der Zylinder 32 geführt. Der innere Zylin  der 40 ist in der gezeichneten Weise mit Drossel-           öffnungen    40 versehen, um den Durchtritt der Brems  flüssigkeit zu     ermöglichen.     



  Die beschriebene Einrichtung ist bei jedem Lager  mehrfach, beispielsweise sechsmal vorhanden und  radial so gestellt, dass die Welle mit dem inneren  Lagergehäuse 14 nach allen Richtungen des Raumes  ausreichend abgestützt ist.  



  Wenn die Welle z. B. durch     überschreitung    einer  Höchstdrehzahl oder durch Auftreten einer Unwucht  ihre Lage ändert, dann bewegt sie sich und das mit  ihr verbundene innere Lagergehäuse 14 beispielsweise  nach oben, sofern die schon erwähnten Sollbruch  glieder nachgegeben haben. Die Tellerfedern 21  wirken dieser Bewegung entgegen und dämpfen sie.  Ausserdem wirkt dieser Bewegung die hydraulische  Bremse entgegen, weil sich dann das aus der     Kugel-          kalotte    31, dem Zylinder 32, der     Kolbenstange    33  und dem Kolben 34 bestehende     Gebilde    gleichfalls  nach oben bewegt.

   Dadurch wird die Bremsflüssig  keit durch die Öffnungen 35 und 40     hindurchgepresst     und wandert je nach der Richtung der Bewegung von  dem einen in den andern Raum. Auf diese Weise wird  gleichfalls zur Dämpfung der Bewegung beigetragen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Lagervorrichtung mit gegen Zerstörung gesicher tem Lager für schnellaufende Wellen, insbesondere für Sicherheitsprüfstände elektrischer Maschinen, da durch gekennzeichnet, dass ein das Lager (12, 13) einschliessendes inneres Lagergehäuse (14) durch Sollbruchglieder und Federn (21) gegen ein Lager aussenteil abgestützt ist, derart, dass bei einem Bruch die Federn zur Wirkung kommen und die Welle sich in eine neue Lage einstellt. UNTERANSPRÜCHE 1. Lagervorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass auf der Welle (10) mittels einer Spannhülse (11), der Innenring (12) eines Wälzlagers befestigt ist, dessen Aussenring (13) sich gegen das Lagergehäuse (14) abstützt.

   2. Lagervorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (14) von dem Lageraussenteil (17) umgeben ist und gegen dasselbe durch mehrere radial gestellte Pakete von Tellerfedern (21) abgestützt ist. 3. Lagervorrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lager gehäuse (14) und dem Lageraussenteil (17) ausserdem eine feste Verbindung besteht, in der Form, dass an dem Lagergehäuse (14) ein Ring (19) und am Lager aussenteil (17) ein Ring (18) angebracht ist und beide Ringe (18 und 19) durch Abscherstifte (20) miteinander verbunden sind. 4.

   Lagervorrichtung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die Abscherstifte (20) so bemessen sind, dass die Kraft, die zu ihrem Bruch er forderlich ist, wesentlich kleiner ist als die Kraft, die das Wälzlager zerstören würde. 5. Lagervorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ausser der Dämpfung durch Tellerfedern eine hydraulische Bremseinrich tung zur Aufnahme radialer Wellenbewegungen vor gesehen ist. 6. Lagervorrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die hydraulische Brems einrichtung aus Bremsen besteht, die zentrisch zu Paketen von Tellerfedern in diese Pakete eingebaut sind. 7.

   Lagervorrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die hydraulische Bremsein richtung aus Bremsen besteht, die je zwei gegenein ander verschiebbare Zylinder (32 und 39) aufweisen. B. Lagervorrichtung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass der eine Zylinder (32) eine. Kolbenstange (33) mit einem Kolben (34) trägt, der in dem anderen Zylinder (39) verschiebbar ist und dessen Innenraum in zwei durch kleine Öffnun gen im Kolben (34) miteinander verbundene Räume teilt. 9. Lagervorrichtung nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass der zweitgenannte Zylin der (39) mit einem Hilfszylinder (38) verbunden ist, in dem sich das eine Ende der Kolbenstange (33) bewegt. 10.

   Lagervorrichtung nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass auch der im Hilfszylinder (38) vorhandene Raum durch kleine Öffnungen in der Wand dieses Zylinders mit dem Raum im mit die sem Zylinder verbundenen Zylinder (39) verbunden ist. 11. Lagervorrichtung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Zylinder (32, 39) gegen das innere Lagergehäuse (14) bzw. das Lageraussen teil (17) durch Kugelkalotten (31, 37) abgestützt sind.