DE2049402C3 - Hydrostatisches Lager für rotierende Teile, insbesondere Radiallager für schwere Maschinenteile, wie Trommeln - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lager für rotierende Teile, insbesondere Radiallager für schwere Maschinenteile, wie Trommeln, mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, in ihrer Lagerfläche jeweils mit einer Drucktasche versehenen, hydraulisch gegen den rotierenden Teil nachstellbaren Lagerschuhen.

Bei Trommelmühlen für Steine, Erz, Kohle u. dgl., wie sie im Bergbau Verwendung finden, geht die Entwicklungsrichtung dahin, die Maße des rotierenden Zylinders und auch den Durchmesser der stirnseitigen Einführöffnung immer weiter zu vergrößern, um auch sehr großstückiges Material verarbeiten zu können. Um dieser Entwicklung folgen zu können, müssen auch die Drehlager derartiger Zerkleinerungvorrichtungen sehr groß ausgelegt werden. Es werden bisher zu diesem Zweck Wälz- oder Gleitlager und auch Lagerungen mit Stützrollen benutzt. Da die Trommel oft sehr lang ist, unterliegt sie bei der normalen Belastung einer merklichen Durchbiegung, und Temperaturänderungen führen zu verhältnismäßig großen Längenänderungen.

Es ist daher verständlich, daß die Lagerung derartiger Trommeln große Probleme bereitet Wenn z. B. Wälzlager verwendet werden, stellt allein bereits der Durchmesser ein Problem dar, denn dieser liegt oft in der Größenordnung von 2,5 Meter. Gleitlager wiederum haben keine ausreichende Tragfähigkeit, und ihre Abnutzung ist wegen der verhältnismäßig langsamen Gleitgeschwindigkeit zu groß. Werden Stützrollen gewählt, die mit einem Laufring auf Seiten der Trommel zusammenwirken, so ist wegen der Durchbiegung des Trommelzylinders mit sehr großen örtlichen Beanspruchungen an den Enden der Rollen zu rechnen. Das läßt sich zwar durch Verwendung eines balligen Lauf ringes vermeiden; dadurch wird jedoch andererseits wieder eine ständig hohe Flächenpressung verursacht. In beiden Fällen tritt nach kurzer Zeit ein Abblättern an der zu hoch beanspruchten Oberfläche auf. Dagegen hilft es auch nicht, die Materialliärte des Laufringes und der Rollen zu vergrößern, denn es treten dann am Laufring bald Risse und Brüche als Ermüdungserscheinung auf.

Auch der Einsatz hydrostatischer Lager in der bisher bekannten Form mit starr abgestützten Lagerblöcken (vgl. zum Beispiel USA.-Patentschrift 2 710 234) würde zu unbefriedigenden Ergebnissen führen. Bei derartigen Lagern ist der Abfluß der Druckflüssigkeit eine Funktion der dritten Potenz der Spaltweite des Lagers. Bei den oben angegebenen Größenverhältnissen ergibt sich nur dann ein in wirtschaftlichen Grenzen bleibender Druckflüssigkeitsdurchlauf, wenn die Spaltweite des Lagers im Bereich weniger zehntel Millimeter bleibt. Es ist offensichtlich, daß sich ein solches Spiel mit normalen, in sich starren Lagern, weiche nicht gegen die Lagerfläche des rotierenden Teils nachstellbar sind, nur sehr schwer erreichen läßt. Fertigungstoleranzen, Temperaturschwankungen und Verformungen unter Belastung machen es praktisch unmöglich, die gewünschte Spaltweite im Lager zu garantieren. Erst eine Steuerung und Anpassung der Anpreßkraft, mit welcher die tragenden Lagerblöcke gegen die Lagerfläche des rotierenden Teils gepreßt werden, können hier Abhilfe schaffen.

Es sind auch hydrostatische Lager mit gegen das rotierende Teil nachstellbaren Lagerschuhen bekannt (britische Patentschrift 1 110 344, USA.-Patentschrift 3 052 505). Dabei sind jedoch alle Lagerschuhe unabhängig voneinander nachstellbar, und zwar in einem Fall mechanisch über von Hand zu betätigende Stellspindeln, wahrend im anderen Fall die Nachstellung eines jeden Lagerschuhs in Abhängigkeit von der jeweiligen Spaltweite über eine mechanisch beeinflußte hydraulische Nachlaufsteuerung und Stcllhebel erfolgt. Die Nachstellung ist also in einem Fall nicht selbsttätig und erfordert im anderen Fall aufwendige Steuervorrichtungen.

Bei einer Trommellagerung auf Rollen ist es

schließlich auch bekannt, jeweils die Rollen eines Rollenpaars auf einem gelenkig gelagerten Tragbalken zu lagern und dadurch Auslenkungen der Trommel gleichmäßig folgen zu lassen sowie in äquivalenter Ausführung als Ersatz für den Tragbalken eine hydraulische Verbindung zwischen die Rollen tragenden Stützzylindern vorzusehen (deutsche Patentschrift 110606). Diese Art gegenseitiger Kopplung der Lagerrollen ist jedoch im Hinblick auf die Erzeugung einer Rückstellkraft neutral, so daß die Übertragung dieses Gedankens auf die bekannte hydrostatische Lagerung mit mehreren nebeneinanderliegenden, aber unabhängigen Lagerschuhen ebenfalls keine Förderung der Rückstelleigenschaften mit sich brächte.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, jeweils wenigstens einen Lagerschuh abhängig von der hydraulischen Anstellung eines anderen Lagerschuhs gegen den rotierenden Teil nachzustellen, um bei Verformungen und Lageänderungen des rotierenden Teils bei allen Lagerschuhen eine geringe Lagerspaltweite und damit eine Verteilung der Last auf die Lagerschuhe zu erreichen.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerschuhe mit ihrer der Drucktasche abgekehrten Seite jeweils in einen mit der Druckmittelzuleitung zu der Drucktasche verbundenen Druckzylinder eines ortsfesten Widerlagers eingreifen und in diesem als Kipplager eine zcnmsch in den Lagerschuh und den Druckzylinderboden eingreifende Kugel aufweisen, daß ferner der mittlere Teil der Sitzfläche jeder Kugel im Bereich des Druckzylinderbodens von jeweils einer Kolbenstange gebildet ist, von denen jede gegen einen in einen eigenen Druckraum eingreifenden, an seiner der Kolbenstange abgekehrten Seite mit Druckmittel beaufschlagten Kolben abgestützt ist, und daß diese Kolben gruppenweise mit dem Druck beaufschlagt sind, der in einer der Drucktaschen der zur Gruppe gehörenden Lagerschuhe herrscht.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung haben die Kolben an den die Kugeln in den einzelnen Gruppen abstützenden Kolbenstangen unterschiedliche Durchmesser und einen unterschiedlich langen, anschlagbegrenzten Hub. Dadurch wird der die größere Kolbenfläche besitzende Kolben durch die Druckflüssigkeit früher in seine obere Endstellung verschoben und dort gehalten und kann deshalb als Bezugseinheit für die übrigen zu einer Gruppe verbundenen Lagerschuhe verwendet werden.

Um bei einem radialen Stützlager für einen im wesentlichen horizontal angeordneten rotierenden Teil eine symmetrische Lagerung mit Bezug auf eine vertikale Mittellängsebene durch das rotierende Teil zu erhalten, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, entweder die zu beiden Seiten der die Achse enthaltenen Vertikalebene liegenden Lagerschuhe jeweils eine Gruppe bilden zu lassen oder die Gruppenbildung mit Hilfe eines im Bereich der die Achse enthaltenden Vertikalebene liegenden Lagerschuhs mit zu beiden Seiten der Ebene liegenden Lagerschuhen vorzunehmen, wobei der erstere Lagerschuh die Drucktasche enthält, mit deren Druck die die übrigen Kolbenstangen abstützenden Kolben beaufschlagt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer hohltrommelförmigen Steinmühle, die mit einer hydrostatischen Lagerung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig.2 eine abgebrochene Stirnansicht auf die Trommel nach Fig. 1 und eine ihrer endseitigen Lagerungen,

F i g. 3 eine vereinfachte Schemazeichnung, welche die hydraulischen Anschlüsse und Verbindungen der in F i g. 2 dargestellten hydrostatischen Lagerschuhe zeigt,

Fig.4 einen Querschnitt durch einen der beiden inneren hydrostatischen Lagerschuhe nach Fig.2 und 3,

Fig.5 einen Querschnitt durch einen der beiden

»5 äußeren Lagerschuhe nach F i g. 2 und 3.

Die in F i g. 1 dargestellte Steinmühle besteht aus einem rotierenden Hohlzylinder 10, dessen Drehantrieb nicht gezeigt ist. Die beiden Enden 11 und 12 der Drehachse des Zylinders sind jeweils in einer Lagerung der nachfolgend näher beschriebenen Art gelagert. Das in der Mühle zu zerkleinernde Material wird durch das zu diesem Zweck hohl ausgeführte rechte Achsende 12 in den Zylinder eingefüllt. Das Achsende 12 ist, wie in F i g. 2 gezeigt, mit einem äa-

»5 ßeren Laufring 13 versehen. Dieser Laufring bildet die Lagerfläche, welche mit vier Lagerschuhen zusammenwirkt, von denen die beiden inneren mit 114 und die beiden äußeren mit 15 bezeichnet sind. Alle Lagerschuhe sind auf einem gemeinsamen Funda-

ment abgestützt.

Die Lagerschuhe 14 und 15 und die Elemente zu ihrer Abstützung sind im einzelnen in F i g. 4 bzw. 5 dargestellt. Jedem Lagerschuh ist ein ortsfestes Widerlager 16 bzw. 17 zugeordnet, welches auf seiner Oberseite als Zylinder ausgebildet ist. Dieser wirkt zusammen mit dem unteren, kolbenförmigen Ende des Lagerschuhs 14 bzw. 15. Die Umfangsfläche des kolbenförmigen Endes ist in axialer Richtung gewölbt, so daß der Lagerschuh 14 bzw. 15 mit Bezug auf den Zylinder im Widerlager 16 bzw. 17 nicht nur axial verschieblich ist, sondern auch gewisse Schwenkoder Kippbewegungen ausführen kann, um sich Lageänderungen der zu lagernden Achse anzupassen. Ein Kolbenring 18 sorgt für dichten Sitz des Kolbens im Zylinder. Dieser kann über eine Leitung 19 mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt werden, wodurch der Lagerschuh 14 bzw. 15 mit Bezug auf den Zylinder im Widerlager 16 bzw. 17 axial verschoben wird. Die auf dem Lagerschuh ruhende Belastung wird zum wesentlichen Anteil durch die ihn im Zylinderraum beaufschlagende Druckflüssigkeit aufgenommen. Um zu verhindern, daß sich der Lagerschuh 14 bzw. 15 im ortsfesten Widerlager 16 bzw. 17 um seine Achse dreht, ist in die Oberseite des letzteren ein Arretierungsstift 20 eingesetzt, der in eine entsprechende Bohrung an der Unterseite des Lagerschuhs 14 bzw. 15 eingreift. Die Oberseite des Lagerschuhs 14 bzw. 15 ist der Lagerfläche des Laufringes 13 angepaßt. Es ist jedoch eine Drucktasche 21 ausgespart, die einen wesentlichen Teil der Oberseite des Lagerschuhs 14 bzw. 15 einnimmt. Diese Drucktasche 21 steht über einen Kanal 22 mit dem Zylinderraum zwischen Lagerschuh und Widerlager in Verbindung und hat somit auch Anschluß an die Druckflüssig-

6s keicleitung 19. Während des Betriebs muß die Spaltweite zwischen den die Drucktasche 21 umgebenden Randbereichen und der Lagerfläche des Laufrings 13 innerhalb verhältnismäßig kleiner Grenzen gehalten

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werden, denn die Spaltweite bestimmt den Ausfluß an Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß der

öl aus der Drucktasche 21 und den momentanen Zylinderraum unterhalb des Kolbens 27a bei den

Druck innerhalb der Drucktasche. Lagerschuhen direkt mit der Leitung 19 in Verbin-

Im Zentrum der Oberfläche des Widerlagers 16 dung steht und daß beide Widerlager einer jeden bzw. 17 ist eine kalottenförmige Sitzfläche 23 vorge- 5 Gruppe wirkungsmäßig über eine Leitung 29 versehen, der eine entsprechende Sitzfläche 24 auf der bunden sind. Der Zylinderraum unterhalb des KoI-Unterseite des Lagerschuhs 14 bzw. 15 gegenüber- bens 27 bei den Lagerschuhen 14 hat jedoch keine liegt. Zwischen diesen Sit7flächen 23 und 24 ist eine Verbindung mit der Druckleitung 19. Kugel 25 eingesetzt, über die sich der Lagerschuh am Wegen der größeren Querschnittsfiäche des Kolortsfesten Widerlager abstützt, wenn der hydrauli- ¹⁰ bens 27« und seines im Verhältnis zum Kolben 27 sehe Lagerdruck abgeschaltet ist. kürzeren Hubs wird bei Beaufschlagung der Zyün-

Auf der Unterseite des Widerlagers 16 bzw. 17 ist der 26 mit Drucköl der Kolben 27a in seine obere ein weiterer Zylinder 26 angebracht, in welchem ein Endstellung verschoben werden, während gleichzeitig Kolben 27 arbeitet. Mit dem letzteren ist eine nach der Kolben 27 des Widerlagers 16 in einer Zwisehenobcn gerichtete Kolbenstange 28 verbunden, deren 15 stellung ausbalanciert verharrt. obere Stirnfläche schalenförmig eingewölbt ist, ent- Wenn nun beispielsweise einer der mit 15 bezeichsprechend dem Radius der Kugel 25. Wenn der Zy- neten Lagerschuhe einer höheren Belastung unterlinder 26 über eine Leitung 29 bzw. im Falle der worfen wird als die anderen Lagerschuhe, verkleinert Widerlager 17 über einen Kanal 30, der an die Lei- sich dadurch die Spaltweite zwischen der Oberseite tung 19 angeschlossen ist, mit Druck beaufschlagt ao der Lagerschuhe und der Lagerfläche des Laufrings wird, hebt die Kolbenstange 28 die Kugel 25 von der 13. Dadurch steigt der Druck in der Drucktasche 21, Sitzfläche 23 ab. da der normale Ausfluß nicht stattfinden kann, und

Ein Unterschied zwischen den ortsfesten Wider- dieser Druckanstieg überträgt sich über den Kanal lagern besteht, wie ein Vergleich der Fig. 4 und 5 30 und die Leitung29 auf den Zylinderraum unterzeigt, darin, daß der mit 27a bezeichnete Kolben im as halb des Kolbens 27. Da der Kolben 27a des Wider- Zylinder 26 des ortsfesten Widerlagers 17 einen etwas lagers 17 sich bereits in seiner obersten Position begrößeren Durchmesser hat als der Kolben 27 in dem findet, hat der Druckanstieg keinen weiteren Einfluß ortsfesten Widerlager 17. Außerdem besteht, wie er- auf die Lage der Kugel 25. Der vergrößerte Druck wähnt, bei dem Zylinder 26 des Widerlagers 17 über auf den Kolben 27 mit der Kolbenstange 28 führt den Kanal 30 eine Verbindung zur Druckmittellei- 30 aber dazu, daß die Kugel 25 des Widerlagers 16 nach tung 19. Die Lagerung insgesamt setzt sich somit aus aufwärts gestoßen wird und somit der Lagerschuh zwei Gruppen von Widerlagern zusammen. In beiden 15 näher an den Laufring 13 herangebracht wird. Fällen sind die Zylinder 26 mit einem Anschlag ver- Auf diese Weise wird der Lagerspalt verkleinert, und sehen, gegen den die Kolben 27 bzw. 27a anliegen. es stellt sich ein höherer Druck in der Drucktasche wenn der hydrostatische Lagerdruck abgeschaltet ist. 35 21 ein. Dabei wird eine ausbalancierte Lage erreicht.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß der wenn beide Lagerschuhe 14 und 15 eine ihrer ver-

Kolbcn 27a im ortsfesten Widerlager 17 einen kürze- hältnismäßigen Auslegung entsprechende Teillast

ren Hub hat als der Kolben 27 im ortsfesten Wider- übernehmen, wobei sie mit einer ungefähr gleichen

lager 16. Da ersterer eine größere Kolbenfläche hat, Spaltweite zum Laufring 13 liegen. Da Druckschwan-

wird er durch das Drucköl eher in seine obere End- 40 kungen in der Drucktasche 21 des Lagerschuhs 15 in

Stellung verschoben und dort gehalten und kann des- erster Linie allein die Stellung des Kolbens 27 beein-

halb als Bezugseinheit für danebenliegende, wir- flüssen, hat das Lagersystem sehr gute Dämpfungs-

kungsmäßig zu einer Gruppe verbundene Widerlager eigenschaften.

dienen. Wenn der hydrostatische Druck im Stillstand der

Die Kolbenflächen werden so ausgelegt, daß die 45 Maschine abgeschaltet wird, sinken die Lagerschuhe

Summe der wirksamen Kolbenflächen am Lagerschuh in ihre unterste Stellung, in welcher die Kugeln 25

15 und des Kolbens 27 der wirksam tragenden Fläche auf den Sitzflächen 23 der Widerlager 16 aufruhen,

zwischen dem Lagerschuh 15 und dem Laufring 13 In dieser Stellung wird die gesamte Belastung über

entspricht. Außerdem wird das Verhältnis zwischen die Kugeln übertragen. Die Sitzflächen 23 in den

den beiden genannten Kolbenflächen so gewählt, daß 50 Widerlagern 16 sind ausreichend groß, um annehm-

es dem gewünschten Verhältnis zwischen der von der bare Flächendrücke zu erhalten. Wenn dann wiedei

Druckflüssigkeit einerseits und von der Kugel 25 an- Druckflüssigkeit zugeführt wird, steigt der Druck ir

dererseits zu übertragenden Belastung entspricht. Es allen Zylinderräumen an, und die Kugeln werden

sollte bemerkt werden, daß die Kugel 25 während des durch den von unten auf die Lagerschuhe 15 wirken-

Betriebs auf der schalenförmig eingewölbten Stirn- 55 den hydrostatischen Druck entlastet. Gleichzeitig

seite der Kolbenstange 28 ruht, so daß während werden auch die Kolben 27a bei jedem der beider

Kippbewegungen des Lagerschuhs 15 mit Bezug auf Lagerschuhe 15 bis in ihre obere Endstellang ver·

das Widerlager 17 nur ein kleiner Reibungswider- schoben. Die Verteilung der Lastaufnahme zwischer

stand überwunden werden muß. den einzelnen Lagerschuhen geschieht dann automa

Die hydraulische Schaltung geht aus F i g. 3 hervor. 60 tisch in der oben beschriebenen Weise. Es ist natür Hiernach sind jeweils ein Widerlager 16 und ein lieh möglich, auf jeder Seite der senkrechten Ebern Widerlager 17 auf jeder Seite einer senkrechten durch die Lagerachse mehr als zwei Lagerschuhf Ebene durch die Lagerachse wirkungsmäßig zu einer bzw. Widerlager vorzusehen. Es ist ebenfalls mög Gruppe verbunden. Jeder von einem Lagerschuh mit- Hch, ein Widerlager der mit 15 bezeichneten Art ii

begrenzte Zylinderraum wird von jeweils einer 65 zentraler Lage in der senkrechten Ebene durch di<

Pumpe 31, 32, 33 und 34, die in beliebiger Weise Lagerachse anzuordnen, welches dann als Bezugs

angetrieben sein können, über Leitungen 19 mit einheit für eine Reihe anderer symmetrisch dazu au

Drucköl versorgt. beiden Seiten angeordneter Widerlager dient Be

Lagerungen, die zur Aufnahme extrem schwerer Belastungen unter schwierigen Betriebsbedingungen bestimmt sind, kann natürlich auch eine größere Anzahl von Lagerschuhen mit Widerlagern, als vorstehend im Zusammenhang mit einem speziellen Ausfiihrungsbeispiel beschrieben, vorgesehen sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Hydrostatisches Lager für rotierende Teile, insbesondere Kacuailager iür schwere Maschinenteile, wie Trommeln, mit mehreren in Unüangsrichiung nebeneinander angeordneten, in ihrer Lagemache jeweils mit einer Drucktasche versenenen, hydraulisch gegen den rotierenden Teil nachstellbaren Lagerscnuhen, dadurch ge- _ao kennzeichnet, daß die Lagerschuhe(14, i5) mit ihrer der Drucktasche (21) abgekehrten Seite jeweils in einen nut der Druckmmeizuieitung (19) zu der Drucktasche verbundenen Druckzylinder eines ortsfesten Widerlagers (16,17) eingreifen und in diesem als Kipplager eme zenmsch in den Lagerschuh und den Druckzylinderboden eingreifende Kugel (25) aufweisen, daü tarner der mitacre Teil aer Sitzfläche jedor Kugel im Bereich des Druckzylinderbodens von jeweils einer Kolbenstange (28; gebildet jst, von denen jede gegen emen in einen eigenen Druckraum eingreitenden, an seiner der kolbenstange abgekehrten Seite mit Druckmittel beautschlagien Kolben abgestützt ist, und daß diese Kolben (27, 27a) gruppenweise mit dem Druck beaufschlagt sind, der in einer der Drucktaschen der zur Gruppe gehörenden Lagerschuhe herrscht.
2. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (27, 27 a) an den die Kugeln (25) in den einzelnen Gruppen abstützenden Kolbenstangen (28) unterschiedliche Durchmesser und einen unterschiedlich langen, anschlagbegrenzten Hub haben.
3. 3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem radialen Stützlager für einen im wesentlichen horizontal angeordneten rotierenden Teil (iO) die zu beiden Seiten der die Achse enthaltenden Vertikalebene liegenden Lagerschuhe (14, 15) jeweils eine Gruppe bilden.
4. 4. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem radialen Stützlager für einen im wesentlichen horizontal angeordneten rotierenden Teil (10) ein im Bereich der die Achse enthaltenden Vertikalebene liegender Lagerschuh mit zu beiden Seiten der Ebene liegenden Lagerschuhen eine Gruppe bildet und die Drucktasche (21) enthält, mit deren Druck die die übrigen Kolbenstangen (28) abstützenden Kolben (27) beaufschlagt werden.