CH673052A5

CH673052A5 -

Info

Publication number: CH673052A5
Application number: CH329/87A
Authority: CH
Inventors: Ambrogio Perego
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1990-01-31
Also published as: DE3801590C2; US4789253A; JPS63195410A; JP2574358B2; DE3801590A1; GB2200696B; GB2200696A; GB8802171D0

Description

BESCHREIBUNG 6s Davon und von einer stabileren Wellenlage infolge der

Die vorliegende Erfindung betrifft eine axial vorgespannte einstückigen Büchse abgesehen, besteht jedoch auch beim Wälzlagerung einer Welle in einem Gehäuse, wobei die Gegenstand dieser DE-OS der Nachteil einer axialen Vor-

Welle an mindestens einem ihrer beiden Wellenenden einen Spannung der beiden Kugellager, die genau wie bei der ein-

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gangs genannten Bauart mit zwei Büchsen ständig in gleicher Stärke wirkt und ebenfalls nicht unerhebliche Lagerreibungsverluste zur Folge hat.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemässen Lagerung soll zur Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades der letztgenannte Nachteil der erwähnten bekannten Bauart von Lagerungen für hochtourige Läufer und ähnliche Maschinenteile vermieden werden. Zu diesem Zweck wird auf eine konstante Belastung der Kugellager durch Federn verzichtet und eine axiale Vorspannung allein durch Ausnützung der vom Schmieröldruck erzeugten und drehzahlabhängigen hydraulischen Druckwirkungen erreicht. Man erhält dadurch eine mit steigender Drehzahl zunehmende axiale Vorspannung, wobei diese im Stillstand gleich Null und im unteren Bereich viel geringer ist als bei den oben erwähnten Bauarten mit konstant grosser Vorspannung und dadurch auch bei tieferen Drehzahlen entsprechend grösserer Reibungsverlustleistung. Der drehzahlabhängige Verlauf der Vorspannung führt also zu einem wenigstens annähernd idealen Betriebsverhalten der Lagerung, da mit der Drehzahl auch die Lagervorspannung zunimmt und dadurch die eingangs genannten Nachteile der bekannten Lagerungen vermieden werden.

Die erfindungsgemässe axial vorgespannte Wälzlagerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsbüchsen im wesentlichen aus zwei Büchsenteilen unterschiedlicher Aus-sendurchmesser besteht, von welchen der grössere Büchsenteil mit dem grösseren Durchmesser den Aussenring des zugeordneten Wälzlagers aufnimmt und mit radialem Spiel in der Lagerbüchse sitzt, so dass die Aussenfläche dieses grösseren-Büchsenteiles mit der ihn aufnehmenden Bohrung der Lagerbüchse einen Ringraum begrenzt, und der kleinere Büchsenteil mit einer kreiszylindrischen Aussenfläche verschieblich in einer Bohrung der Lagerbüchse sitzt und mit einer einen Ringkanal begrenzt, wobei die kleineren Büchsenteile je eine Bohrung aufweisen, die gemeinsam mit einer auf der Welle angeordneten Distanzhülse Ringspalte begrenzen, welche die Wälzlagerräume mit dem Kanal zur Schmiermittelabfuhr verbinden, dass der Kanal zur Zufuhr von Schmieröl zu den Wälzlagern über erste ölzufuhrboh-rungen in der Lagerbüchse mit den erwähnten Ringräumen zwischen den Aussenflächen der grösseren Büchsenteile und der Lagerbüchse kommunizieren, dass der Kanal ferner über zwei Ölzuführbohrungen in der Lagerbüchse mit den Ringkanälen kommuniziert, und dass diese Ringkanäle über Ölzuführbohrungen in den Dämpfungsbüchsen mit dem Wälzkörperraum der Wälzlager in leitender Verbindung stehen, wobei der Querschnitt der Ölzuführbohrungen in den Dämpfungsbüchsen kleiner ist als der Querschnitt der zweiten Ölzuführbohrungen in der Lagerbüchse.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader mit einer erfindungsgemässen Wälzlagerung, und die

Fig. 2 einen Querschnitt dieses Laders gemäss dem in Fig. 1 eingezeichneten Schnittverlauf II-II.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung

In Fig. 1 ist das Gehäuse 1 des Abgasturboladers nur so weit, wie für das Verständnis der Erfindung notwendig, dargestellt. Es enthält im Inneren ein Lagergehäuse 2, das in seinem oberen Teil eine Ölzuführbohrung 3 und in seinem unteren Teil einen Ölablaufkanal 4 aufweist. Das Lagergehäuse 2 nimmt eine Lagerbüchse 5 auf, die sich über die ganze Länge des Lagergehäuses 2 erstreckt und einseitig einen Flansch 6 aufweist, mit der sie durch Schrauben 7 auf der Seite des schematisch dargestellten Verdichterlauf rades 8 an der Stirnseite des Lagergehäuses 2 befestigt ist. Das Verdichterlaufrad 8 sitzt auf einem Wellenzapfen 9 einer Turbo-5 laderwelle 10, an deren anderem Ende das Turbinenlaufrad 11 mit der Welle 10 durch Schweissung verbunden ist.

Die Wälzlager sind im vorliegenden Falle zwei Schrägkugellager 12 und 13, die in gleich gestalteten Dämpfungsbüchsen 14 bzw. 15 sitzen. Diese sind im Durchmesser abge-lo setzt, wobei der grössere Büchsenteil 16 bzw. 17 das betreffende Kugellager 12 bzw. 13 aufnimmt, während der jeweilige, im Durchmesser kleinere Büchsenteil 18 bzw. 19 die Turboladerwelle 10 mit Spiel anschliesst und mit einem an seinem freien Ende vorgesehenen Kragen 20 bzw. 21 mit 15 Schiebesitz in einer Bohrung der Lagerbüchse 5 sitzt. Die grösseren Büchsenteile 16,17 der beiden Dämpferbüchsen 14 bzw. 15 sitzen hingegen mit einem nennenswerten Spiel in den für sie bestimmten Bohrungen der Lagerbüchse 5. Diese Bohrungen sind in etwa der Mitte ihrer axialen Länge mit 20 Ringnuten 22,23 versehen, die über Ölzuführbohrungen 24 bzw. 25 mit einem im Querschnitt etwa rechteckigen Ölverteilkanal 26 in der Lagerbüchse 5, dem das Schmieröl über die Ölzuführbohrung 3 zugeleitet wird, sowie über im Querschnitt ebenfalls rechteckige Schmierölnuten 27 bzw. 28 in 25 der Lagerbüchse 5 in leitender Verbindung stehen. Vom Ölverteilkanal 26 zweigen an den beiden Enden der Lagerbüchse 5 ausserdem je eine Ölzuführbohrung 29 bzw. 30 ab, durch die das im Betrieb unter Druck stehende Öl in einen Ringkanal 31 bzw. 32 zwischen der Lagerbüchse 5 und der 30 betreffenden Dämpfungsbüchse 14 bzw. 15 und durch mindestens je eine weitere Ölzuführbohrung 33,34 in den Dämpfungsbüchsen 14 bzw. 15 auf die Kugeln und Lauf rillen der Kugellager 12,13 gelangt.

Das über die Bohrungen 29 bzw. 30 in die Ringkanäle 31, 35 32 strömende Öl staut sich dort in den Ringkanälen 31 bzw. 32, bevor es durch die Ölzuführbohrungen zur Schmierung in die Lager 12,13 gelangt. Da die beiden Dämpfungsbüchsen 14,15 verschiebbar in der Lagerbüchse 5 sitzen, werden sie und mit ihnen die Aussenlaufringe in beiden 40 Kugellagern durch das in den Ringkanälen gestaute Öl in Richtung zum Verdichter- bzw. Turbinenläufer gedrückt. Vorhandene Kugellagerspiele werden also ausgeglichen, wobei die axiale Vorspannkraft mit zunehmender Turboladerdrehzahl und entsprechend steigendem Ölförderstrom 45 gemäss hydraulischen Gesetzmässigkeiten wächst.

Aus den Ringkanälen 31,32 gelangt das Öl, wie gesagt, durch die Ölzuführbohrungen 33,34, zur Schmierung in die Kugellager und von dort, wie durch den Strömungspfeil 35 angedeutet, in den Ölsumpf und wieder in den Ölkreislauf so zurück.

Ein weiterer Teil des von oben zugeführten Schmieröls gelangt durch die Ölzuführbohrungen 24,25 in der Lagerbüchse 5 in die Ringnuten 22 und 23 im Bereich der zylindrischen Aussenfläche der grösseren Büchsenteile 16,17 der Dämpfungsbüchsen 14 bzw. 15. Zwischen diesen Aussenflächen und den entsprechenden Bohrungen in der Lagerbüchse 5 ist ein merkliches, in der Zeichnung nicht darstellbares Spiel vorhanden, das im Betrieb durch den sich aus den Ringnuten 22,23 verteilenden Ölstrom ausgefüllt wird und dadurch die im Betrieb auftretenden Stossbelastungen dämpft. Das an den Stirnseiten der Dämpfungsbüchsen 14, 15 austretende Öl läuft über die Kugellager ebenfalls in den Ölsumpf und in den Schmierölkreislauf zurück.

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65 Die Distanzscheiben 36 im Bereich der Ringkanäle 31,32 zwischen den Dämpfungsbüchsen 14,15 und der Lagerbüchse 5 dienen zur Einstellung eines axialen Minimalspiels der Kugellager im kalten Zustand. Im betriebswarmen

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Zustand erwärmt sich die Welle 10 mit den beiden Kugellagerinnenringen und der zwischen diesen sitzenden Distanzhülse 37 von den im Gehäuse befindlichen Elementen am stärksten, wobei das auftretende Axialspiel, wie beschrieben, durch den Öldruck in den Ringkanälen 31,32 aufgehoben wird. Zwischen der Turbine und dem Gehäuse 1 ist ein Hitzeschild 38 angeordnet, um die Erwärmung des Gehäuses und seines Inhaltes möglichst niedrig zu halten.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

673052 2 PATENTANSPRÜCHE scheibenförmigen, rotationssymmetrischen, fliegend gela-

1. Axial vorgespannte Wälzlagerung einer Welle (10) in gerten Bauteil aufweist und die beiden, einwärts der Wellen-einem Gehäuse (1), wobei die Welle (10) an mindestens enden angeordneten Wälzlager mit ihrem Innenring auf der einem ihrer beiden Wellenenden einen scheibenförmigen, Welle axial starr verspannt sind und mit ihrem Aussenring in rotationssymmetrischen, fliegend gelagerten Bauteil (8,11) s je einer Dämpfungsbüchse sitzen, welche ihrerseits im aufweist und die beiden, einwärts der Wellenenden angeord- Inneren einer in einem Lagergehäuse befestigten Lager-neten Wälzlager (12,13) mit ihrem Innenring auf der Welle büchse an deren beiden Enden axialverschieblich gelagert (10) axial starr verspannt sind und mit ihrem Aussenring in sind, ferner mit Kanälen zur Zufuhr von Schmieröl zu den je einer Dämpfungsbüchse (14,15) sitzen, welche ihrerseits Wälzlagern bzw. aus ihnen weg zurück in einen Ölsumpf im Inneren einer in einem Lagergehäuse (2) befestigten io eines Schmierölkreislaufs.

Lagerbüchse (5) an deren beiden Enden axialverschieblich Stand der Technik gelagert sind, ferner mit Kanälen (3,4) zur Zufuhr von Die erfindungsgemässe Wälzlagerung eignet sich vorwie-

Schmieröl zu den Wälzlagern (12,13) bzw. aus ihnen weg gend für die dynamisch stabile Lagerung von hochtourig zurück in einen Ölsumpf eines Schmierölkreislaufes, angetriebenen Wellen, beispielsweise in Abgasturboladern,

dadurch gekennzeichnet, dass jede Dämpfungsbüchse (14, is deren Läuferz. B. mit bis zu 60 000 U/min rotieren. Um 15) im wesentlichen aus zwei Büchsenteilen unterschied- einen stabilen, ruhigen Lauf der Welle zu erreichen, die an licher Aussendurchmesser besteht, von welchen der grössere ihren beiden Enden ein fliegend gelagertes Turbinenrad bzw. Büchsenteil (16,17) mit dem grösseren Durchmesser den Verdichterrad trägt, und um unkontrollierte Schlupfzu-Aussenring des zugeordneten Wälzlagers (12,13) aufnimmt stände in den Wälzlagern, bei denen es sich gewöhnlich um und mit radialem Spiel in der Lagerbüchse (5) sitzt, so dass 20 Schrägkugellager handelt, zu vermeiden, werden diese axial die Aussenfläche dieses grösseren Büchsenteiles (16,17) mit vorgespannt. Dazu dienen meistens zur Welle koaxial der ihn aufnehmenden Bohrung der Lagerbüchse (5) einen angeordnete Schrauben- oder Tellerfedern, durch welche die Ringraum begrenzt, und der kleinere Büchsenteil (18,19) mit Innenringe der Lager über die Kugeln gegenüber den Auseiner kreiszylindrischen Aussenfläche verschieblich in einer senringen verspannt werden.

Bohrung der Lagerbüchse (5) sitzt und mit dieser einen Ring- 25 Um diese Vorspannung für jeden Betriebszustand auf-kanal (31,32) begrenzt, wobei die kleineren Büchsenteile (18, rechtzuerhalten, darf sie nicht zu klein sein, was eine nicht 19) je eine Bohrung aufweisen, die gemeinsam mit einer auf unbedeutende Lagerverlustleistung zur Folge hat. Sie beein-der Welle (10) angeordneten Dichthülse (37) Ringspalte trächtigt die Lebensdauer der Kugellager und im Fahrbetrieb begrenzen, welche die Wälzlagerräume mit dem Kanal (4) das Hochbeschleunigen des Läufers bei einer Lastzunahme zur Schmiermittelabfuhr verbinden, dass der Kanal (3) zur 30 des Fahrzeugs.

Zufuhr von Schmieröl zu den Wälzlagern (12,13) über erste Bei einer in der DE-OS 3 531 313 beschriebenen Lagerung Ölzuführbohrungen (24,25) in der Lagerbüchse (5) mit den eines Turboladerläufers, die dort als zum Stand der Technik erwähnten Ringräumen zwischen den Aussenflächen der gehörend erwähnt ist, erfolgt die axiale Vorspannung der grösseren Büchsenteile (16,17) und der Lagerbüchse (5) kom- beiden Kugellager durch eine die Lagerwelle koaxial umge-muniziert, dass der Kanal (3) ferner über zweite Ölzuführ- 35 bende Schraubenfeder, die sich auf zwei Büchsen abstützt, bohrungen (29,30) in der Lagerbüchse (5) mit den Ringka- welche die Kugellager aufnehmen und die mit radialem Spiel nälen (31,32) kommuniziert, und dass diese Ringkanäle (31, schwimmend in der Bohrung des Lagergehäuses sitzen, in 32) über Ölzuführbohrungen (33,34) in den Dämpfungs- der die Wellenlagerung untergebracht ist. Im Betrieb wird büchsen (14,15) mit dem Wälzkörperraum der Wälzlager das radiale Spiel zwischen den besagten Büchsen und der sie (12,13) in leitender Verbindung stehen, wobei der Quer- 40 aufnehmenden Bohrung durch das unter Druck stehende schnitt der Ölzuführbohrungen (33,34) in den Dämpfungs- Lagerschmieröl ausgefüllt, wodurch eine beschränkt nach-büchsen ( 14,15) kleiner ist als der Querschnitt der zweiten giebige, aber stabile Lage der Wellenachse erreicht werden Ölzuführbohrungen (29,30) in der Lagerbüchse (5). soll.

2. Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Dass die beiden, die Kugellager aufnehmenden Büchsen zeichnet, dass die Lagerbüchse (5) einen mit der Ölzuführ- 45 voneinander getrennt sind und sich daher unabhängig von-bohrung (3) des Lagergehäuses (2) kommunizierenden einander bewegen können, hat gemäss der erwähnten DE-OS Ölverteilkanal (26) aufweist, von dem Schmierölnuten (27, den Nachteil, dass die Stabilität der Drehbewegung bzw. die 28) zu den ersten Ölzuführbohrungen (24,25) für die Ring- Lage der Laderwelle nicht in erwünschtem Masse gewährlei-räume zwischen den Aussenflächen der erwähnten grösseren stet ist. Darüber hinaus soll bei dieser Ausführung die axiale Büchsenteile (16,17) und der Lagerbüchse (5) abzweigen, so Vorspannkraft ziemlich gross sein mit der Folge einer Ver-dass diese ersten Ölzuführbohrungen (24,25) in Ringnuten ringerung der Lagerlebensdauer und des mechanischen Wir-(22,23) in der Lagerbüchse (5) münden, welche Ringnuten kungsgrades.

(22,23) die erwähnten Ringräume umgeben, und dass aus Als Abhilfe wird daher dort vorgeschlagen, für die zwei dem Ölverteilkanal (26) auch die zweiten Ölzuführboh- Kugellager eine einteilige Büchse vorzusehen. Durch einen rangen (29,30) abzweigen, die in die Ringkanäle (31,32) zwi- ss lose in die Büchse und in das Lagergehäuse eingreifenden sehen der Lagerbüchse (5) und der Aussenfläche der klei- Stift wird eine Verdrehung der Büchse verhindert und durch neren Büchsenteile (18,19) der Dämpfungsbüchsen (14,15) Spiele zwischen den beiden Stirnseiten der Büchse und der einmünden. Lagergehäusebohrung sowie durch eine gegen das turbinen-

3. Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- seitige Kugellager gerichtete Bohrung in der Büchse gelangt zeichnet, dass die Wälzlager Schrägkugellager (12,13) sind. 60 Schmieröl in das Innere der Büchse und zerstäubt zu einem

Schmierölnebel, der eine sichere Schmierung der beiden Kugellager gewährleistet. Durch die genannte Bohrung wird das Öl auch gegen das stärker wärmebelastete turbinenseitige Kugellager gespritzt und dieses dadurch auch gekühlt.