Vorrichtung zur selbsttätigen Schubentlastung einer Welle. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zur Schubentlastung einer Welle, welche die Längsverschiebung der Welle dazu benutzt, einen Drosseldurchlass für die die Entlastung herbeiführende Druckflüssigkeit derart einzustellen, dass hierdurch selbsttätig die auf eine Entlastungsscheibe wirkende Kraft der Druckflüssigkeit entsprechend der Grösse der Schubkraft eingestellt wird.
Gegenüber den bisher bekannten Vor richtungen dieser Art, welche, wie die Er findung, eine von der Welle betriebene Pumpe zur Erzeugung des Druckes in der Entlastungs flüssigkeit verwenden, besitzt die neue Vor richtung die Vorteile, dass sie nicht die Welle lediglich als Antriebsorgan für die Pumpe benutzt, sondern dass ein an der Welle selbst befindlicher Teil als Teil einer Viskositäts pumpe zur Erzeugung des Druckes in dem Druckmittel ausgebildet ist. Hierdurch fällt die Vorrichtung wesentlich einfacher aus.
Durch Verwendung von an sich bekannten auf der Viskosität der Druckflüssigkeit be ruhenden Pumpen wird die Betriebssicherheit der neuen Vorrichtung erhöht, da sich der Betrieb der Viskositätspumpen und ihre Charakteristik, welche die Abhängigkeit zwi schen Druck und Fördermenge angibt, in besonderer Weise den sich durch die Spalt druckregelung ergebenden Anforderungen an Druck und Menge der Pressflüssigkeit anpasst. Die Verwendung einer Viskositätspumpe für die Ausgleichsvorrichtung ermöglicht es ferner in einfacher Weise, die Vorrichtung derart auszubilden, dass sie Achsialschübe wechseln der Richtung aufzunehmen vermag, ohne hierbei, wie dies bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall sein musste, an eine Lage in der Nähe des Wellenendes gebunden zu sein.
Finden im besonderen feine Schrauben gänge in an sich bekannter Weise als Vis- kositätspumpe Anwendung, die in die Welle oder ein sie umgebendes Gehäuse eingeschnit ten sind, so entfällt ausserdem noch jede Sorge um die Abdichtung innerhalb der fördernden Teile der Pumpen. In diesem Falle besteht die Pumpe ausschliesslich aus einem Teil der Welle, deren Schubkraft aufgenommen wird, und aus einem sie umgebenden Zylinder, der auch zugleich als Lager für die Welle aus gebildet sein kann.
In der Zeichnung sind einige Ausführungs und Anwendungsarten der Erfindung schema tisch und teilweise im Schnitt als Beispiele veranschaulicht. Ein nach der Erfindung ausgebildetes selbsttätig entlastetes Stützlager zeigt Fig. 1, die zugleich erkennen lässt, wie einfach ein derartiges Lager wird. Die senkrecht stehende Welle a erweitert sich an ihrem untern Ende zu dem Kolben k, der mit dem Gehäuse b zusammen den Druckraum h begrenzt. Auf dem äussern Umfange des Kolbens k ist die Nutenschraubenpumpe na unmittelbar ange bracht. Sie fördert das Ö1 oder dergleichen in den Druckraum h, so dass die Welle mit der auf ihr ruhenden Last durch die Öl schicht unterhalb des Kolbens k abgefangen wird.
Die Steuerung der Ölmenge und des Druckes im Raume h. und die Einstellung der Welle erfolgt in dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel durch eine Art Nadelventil p, dessen Sitz o von aussen verstellt werden kann. Wird an Stelle des Ventils p ein Steuerschieber verwendet, der in der Richturig der Bewegung der Welle a verstellbar ist, so wird hierdurch der Drosseldurchlass nach stellbar.
Wegen des grossen Durchgangswiderstan des auf dein dicht an der Wellenachse liegen den und daher denkbar kleinsten Ringquer schnitt stellt sich der Drosselspalt l und da mit auch die Höhe des Druckraumes verhält nismässig gross ein, wodurch die Gefahr einer Berührung und eines Schleifens der Kolben unterseite auf dem Boden des Gehäuses ver ringert wird.
Die Anordnung lässt ferner erkennen, dass sich die Frage der Abdichtung des Druck raumes lt infolge der Anwendung der Schrau bennutenpumpe m völlig erübrigt, da die Pumpe m selbst zugleich die Stelle einer Dichtung übernimmt. Das Öl kann hierbei entweder dem nicht unter Druck stehenden Raum oberhalb des Kolbens k oder besser mittelst einer Leitung t einem der obersten Gänge der Viskositätsschraubennutenpumpe in zugeführt werden.
Wechselt die Welle, deren Achsialschub aufgenommen werden soll, im Betriebe ihre Drehrichtung und kehrt hierbei, wie dies wohl meistens der Fall sein wird, auch der Achsialschub seine Richtung um, so kann die in vorstehendem beschriebene Ausgleichsvor richtung ohne weiteres Anwendung finden, wenn beispielsweise nach Art der Fig. 2 symmetrisch zur Schraubenpumpe in zwei Druckräume<I>lt</I> mit Tragspalten<I>l</I> für die Drosselung des Ölaustrittes u vorgesehen werden, während die Schraubenpumpe m selbst keinerlei Änderung zu erfahren braucht. Das Öl wird entweder jeweils dem als Saug raum dienenden Raum lt durch eine zweck mässig regelbare Leitung zugeführt, oder es kann durch eine Leitung t etwa der Mitte der Schraubengänge m zufliessen.
Sollte der Fall eintreten, dass der Drucköl verbrauch der Vorrichtung zur selbsttätigen Schubentlastung der Welle zu gross wird, so hilft eine Ausführung der Entlastungs vorrichtung nach Art der Fig. 3 diesem Nach teil ab. Hier ist ausser der Viskositätspumpe m, welche den Entlastungsdruck erzeugt, noch eine zweite gegenläufige, aber zweckmässig einen etwas schwächeren Druck erzeugende Schraubenpumpe irri in den Olabfluss gelegt. Beide Pumpen arbeiten, wie ohne weiteres ersichtlich ist, gegeneinander und erhöhen damit den erzielbaren Druck bei vermindertem Ölverbrauch.
Zugleich dient diese Anordnung zweier gegenläufiger Gewinde dazu, einen andern erheblichen Nachteil der jetzt all gemein gebräuchlichen Schubentlastung zu beseitigen, der teilweise noch in der Aus führungsform nach Fig. 1 und 2 vorhanden ist. Die Breite des Drosselspaltes l harn nämlich bei diesen Ausführungsformen zur Erzielung der erforderlichen Empfindlichkeit der Regelung nicht genügend gross gewählt werden, um hierdurch die Gefahr einer un mittelbaren Berührung und eines Festlaufens der Drosselfläche vollständig zu beseitigen.
Durch die Verwendung des Gegengewindes m1, welches in sehr kräftiger Weise die Wirkung der Drosselung durch den Spalt unterstützt, erhöht sich die Breite des Drosselspaltes l auf ein Vielfaches der sonst auftretenden Spaltbreite, ohne dass die Empfindlichkeit der Regelung hierdurch ungünstig beeinflusst wird. Mit t ist der Ölzulauf, mit u der Ölabfluss bezeichnet.
Der Nachteil eines zü engen Drossel spaltes kann dadurch volllkommen beseitigt werden, dass nicht mehr ein Spalt zwischen zwei Flächen, sondern eine oder mehrere an beliebiger Stelle des Druckraumes liegende Öffnungen zur Drosselung des Druckmittels angeordnet. werden, Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Hiernach ist der Drosselspalt nicht mehr als ein die Welle umgebender Ringspalt (vergleiche Fig. 1-3) ausgeführt, sondern durch ein Loch ersetzt, das an beliebiger Stelle des Druckraumes h, beispielsweise in dem Kolben k oder auch der gegenüberliegen den Stirnwand angeordnet sein kann, wie dies bei g angedeutet ist.
Obwohl das Ö1 nun nicht mehr (wie in Fig. 3) an der Welle, wenn auch durch das gegenläufige Gewinde m1 stark gedrosselt, entlang abströmt, sondern durch das Loch g, so ist es doch zweckmässig, das Gewinde m1 beizubehalten, es aber so auszubilden; dass auch dieses Gewinde dem Druckraum h 01 zuführt. Hierdurch kann nicht nur die insgesamt dem Druckraum h. zufliessende Ölmenge ohne Vergrösserung des für die Gesamtvorrichtung erforderlichen Raumes wesentlich erhöht werden, sondern vor allem auch die Drosselfähigkeit des durch das Loch g gebildeten Drosseldurchlasses be liebig hoch gewählt werden, weil der für den Abfluss der Ölmenge aus dem Druckraum h zur Verfügung stehende Lochquerschnitt im Gegensatz zu dem Umfangsquerschnitt eines Ringspaltes beliebig klein ausgeführt werden kann.
Hierbei bleibt die Entfernung zwischen dem regelnden Teil der Kolbenstirnwand k1 und der Stirnfläche des auswechselbaren Bolzens g1, in den zweckmässig die Drossel bohrung g verlegt wird, stets so gross, dass keine Betriebsschwierigkeiten entstehen. Soll bei Stillstand eine Anlagefläche zur Ver fügung stehen, so können auch die Drossel bohrungen g in einem etwas vorstehenden, als Anlage dienenden Ring angeordnet wer den, der zur Vermeidung grösserer Wärme entwicklung zweckmässig nur schmal gewählt wird, wobei die Drosselöffnungen mit läng lichem Querschnitt ausgeführt werden können.
Zwei Sonderanwendungsgebiete der Er findung seien - etwas eingehender behandelt. Sehr gut eignet sich der Erfindungsgegen stand, beispielsweise die Ausführungsform nach Fig. 3 und besonders Fig. 4 zur Auf nahme des Schubes von Schiffswellen; bei spielsweise kann die Vorrichtung in Ver bindung mit dem üblichen Schiffskammlager in der Weise in dem Wellenstrang angeord net sein, dass das Kammlager den Schub für kleine Geschwindigkeiten aufnimmt, während die Schubentlastungsvorrichtung gemäss der Erfindung mit steigender Geschwindigkeit mehr und mehr in Wirksamkeit tritt. Hier durch ist es möglich, das übliche Kammlager in wesentlich geringeren Abmessungen her zustellen, als dies bisher angängig war. Ausser dem steigt die Betriebssicherheit der Vor richtung erheblich.
Ein zweites Anwendungsgebiet sind Wellen mit Stützkugellager, welch letztere gleichfalls bei hoben Umdrehungszahlen nicht als be triebssicher anzusehen sind, während sie bei langsamer Drehung mit Sicherheit grosse Kräfte aufnehmen. Eine einfache und ge drungene Bauart bei der Anwendung der Erfindung auf Stützkugellager kann beispiels weise dadurch erreicht werden, dass das Kugel lager in dem Druckraum der Ausgleichvor- richtung zwischen dessen Gehäuse und dem Arbeitskolben angeordnet wird, der zweck mässig den Druckraum nach aussen durch feine fördernde Schraubennuten abschliesst.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt Fig. 5.
In dem an der Drehung nicht teilnehmen den Gehäusekörper b sitzt ein Stützring di für die Kugeln d des Kugellagers, gegen dessen andern Stützring d2 sich im Ruhe zustand und bei kleiner Umdrehungszahl der Welle a infolge der auf sie wirkenden Schub kraft ein von der Welle getragener, als Aus gleichskolben dienender Körper k legt. Dieser Körper k ist mindestens an einer seiner zylindrischen Flächen, zum Beispiel am äussern Umfang mit feinen Schraubennuten in ver sehen. Beginnt die Welle bei Inbetriebsetzung sich zu drehen, so fördern die Schrauben nuten m allmählich Öl in den Druckraum h1 zwischen dem Gehäuseteil b und dein Kolben k; dieses Öl dringt auch in den Druckraum h, da der zylindrische Spalt zwischen beiden Räumen öldurchlässig ist.
Bei entsprechender Ausbildung des Schraubengewindes m steigt der Druck in den Räumen h1 und h mit der Drehzahl der Welle, so dass die auf die innere Kolbenstirnfläche entfallende Schub kraft des Öls von einer bestimmten Dreh zahl an ausreicht, um den Achsialschub voll ständig aufzunehmen, während das Kugel lager d, di, d2 entsprechend entlastet wird. Damit der Kugellagerstützring d2, der vor der Entlastung des Kugellagers mit der Welle rotierte, nun, nach der Entlastung mit Sicher heit zum Stillstand kommt und in steter Berührung mit den Kugeln d bleibt, sind auf dem innern Umfang d3 und dem äussern Um fang d4 dieses Ringes d2 Schraubennuten so angebracht, dass sie Ö1 aus dem Innenraum des Kugellagers, in welchem sich die Kugeln d befinden, herauszupumpen suchen.
Der durch die Förderung dieser Nuten entstehende Energieverbrauch setzt den Ring allmählich still.
Beim Übergang der Aufnahme des Achsial schubes von dem Kugellager auf den Kolben körper k allein verschiebt sich dieser gegen über dem Kugellager etwas in achsialer Rich tung, so dass sich innerhalb des Druckraumes h ein Spalt l zwischen der äussern Stirnfläche des Ringes da und der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers k bildet. (Diese. Lage der Teile ist in Fig. 5 dargestellt).
Der Spalt d wirkt nun wie der Drossel- und Regulierspalt bei den bekannten Achsialschubausgleichvor- richtungen mit Spaltdruckregelung; er lässt so viel Ö1 in den Raum h3 hindurchtreten, welches von hier durch den zylindrischen Spalt bei in, abfliesst, dass der Druck in den Räumen h1 und lt. gerade ausreicht, damit der für die Dauer nicht gleichbleibende Ach- sialsehub stets durch die innern Stirnflächen des Kolbenkörpers k aufgenommen wird.
Die durch die Schraubennuten m hervorge rufene Wirkung hängt in vergleichweise starkem Masse von der in radialer Richtung gemessenen Breite des an der Stelle der Nuten m liegenden zylindrischen Spaltes zwischen den Körpern k und b ab. Um diese Spaltbreite nicht durch Verlagerungen der Welle a in radialer Richtung zu beeinflussen, ist es zweckmässig, dem Gehäuseteil b eine Bewegungs- und Einstellungsmöglichkeit in 'radialer Richtung zu geben. Hierzu dient einesteils der Federkeil s, der den Teil b am Drehen verhindert, ihm dagegen eine kleine Beweglicheit in radialer Richtung ge stattet; andernteils erfolgt die Abstützung des Gehäuseteils b gegen das Hauptgehäuse c zweckmässig durch die Ringe e, f , mittelst einer Kugelfläche und einer senkrecht zur Achse stehenden Fläche.
Vorteilhaft ist es, auch hier gemäss der Anordnung der Fig. 3 ein zum Förderge- winde in gegenläufiges Gewinde m1 auf dem zylindrischen Teil des Kolbens k anzuordnen, welcher den Spalt bei m1 begrenzt. Man kann jedoch auch dieses Gewinde so aus bilden, dass sein Förderdruck entsprechend der Ausbildung nach Fig. 4 ebenso gross ist, wie derjenige des Gewindes in, so dass auch das Gewinde 1111 Öl in den Druckraum h fördert.
In diesem Falle erfolgt zweckmüssig der Austritt und die Regelung des Drucköls durch eine an beliebiger Stelle des Druck raumes h angebrachte Drosselungsöffnung g derart, dass der Kolben, bei seiner Abhebung vom Stützkugellager beispielsweise mittelst seines auswechselbaren Ringes ks, den Durch lassquerschnitt für das Öl vergrössert. Das Gehäuse v ist an der Lagerstelle zweckmässig als Ölbehälter ausgebildet, derart, dass das in die Gewindegänge m und m1 eintretende und durch die Drosselbohrung g abfliessende Öl einen steter Kreislauf ausführt.