DE102010063391A1

DE102010063391A1 - Lageranordnung für schnelldrehende Wellen von Maschinen

Info

Publication number: DE102010063391A1
Application number: DE102010063391A
Authority: DE
Inventors: Peter Solfrank; Christian Schäfer; Christopher Mitchell; Heiko Schmidt; Gerhard Göß
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20120155793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen von Turboladern, mit einem zumindest eine Ölzufuhrleitung (2) aufweisenden Lagergehäuse (1), in dem zumindest ein Lager eingebaut ist, das die Welle (5) der Maschine zumindest radial führt, wobei das Lager einen Ring mit zumindest einer Ölbohrung (9) aufweist, der mit dem Lagergehäuse (1) einen Ringspalt (6) bildet. Erfindungsgemäß ist das Lager als zumindest einreihiges Wälzlager ausgebildet, in dem die Welle (5) direkt oder unter Zwischenschaltung eines Innenringes, vorzugsweise eines zweiteiligen Innenringes, geführt ist und der Ring als Außenring (3) des Wälzlagers ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen von Turboladern, mit einem zumindest eine Ölzufuhrleitung aufweisenden Lagergehäuse, in dem zumindest ein Lager eingebaut ist, das die Welle der Maschine zumindest radial führt, wobei das Lager einen Ring mit zumindest einer Ölbohrung aufweist, der mit dem Lagergehäuse einen Ringspalt bildet.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Lageranordnung ist aus der Abhandlung „Turbolader: Aufbau und Funktionsweise, Lagerung” der Firma Borg Warner Turbo Systems bekannt und im Internet unter der Adresse www.turbodriven.com/de/turbofacts/design BearingSystem.aspx veröffentlicht. Bei dieser Lageranordnung ist die Rotorwelle des Turbolagers radial über Gleitlager geführt, wobei Öl aus der Brennkraftmaschine über die Ölzufuhrleitung zu einer Schwimmbuchse herangeführt wird, die ihrerseits einen Ringspalt zum Lagergehäuse bildet. Die Rotorwelle ist mittels eines Lagerspalts in der Schwimmbuchse gelagert. Das Öl in dem Ringspalt und dem Lagerspalt haben weiterhin die Aufgabe, auch eine Dämpfungsfunktion zu erfüllen. Die Lagerung ist so ausgelegt, dass die Schwimmbuchse mitrotiert und sich mit halber Drehzahl der Rotorwelle dreht.
In der zuvor genannten Abhandlung ist weiterhin eine Gleitlagerung beschrieben, die als Einbuchsenlagerung ausgebildet ist. Die Rotorwelle dreht sich innerhalb einer feststehenden Buchse, die von außen mit Öl umspült wird und die Rotorwelle in der Buchse schmiert. Es ist weiterhin durch die DE-10 2009 008 434 A1 bekannt, die Ölzufuhrleitung in dem Lagergehäuse so auszubilden, dass sie tangential auf eine Schwimmbuchse trifft, wobei die Drehrichtung der Welle und der Schwimmbuchse der Ölzufuhrrichtung entgegengerichtet sind. Ziel dieser Maßnahme ist es, die Drehzahl der Schwimmbuchse abzubremsen, wozu auch Taschen in der Schwimmbuchsenoberfläche eingearbeitet sind, die radial ausgerichtete Wände haben, auf die der Ölzufuhrstrom trifft.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, die beschriebenen Lagerungen zu vereinfachen, zu verbilligen und die Mantelfläche des Ringes so zu gestalten, dass sie fertigungstechnisch leicht realisierbar ist und eine optimale Versorgung mit Öl für die Schmierung und Quetschöldämpfung ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass das Lager als zumindest einreihiges Wälzlager ausgebildet ist, in dem die Welle direkt oder unter Zwischenschaltung eines Innenringes, vorzugsweise eines zweigeteilten Innenringes, geführt ist und dass der Ring als Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist.
Damit wird ein Wälzlager mit vorzugsweise zwei Wälzkörperreihen, die vorzugsweise mit einem Innenring, insbesondere zweigeteilten Innenring, zusammenwirken vorgeschlagen, wobei die Welle in dem Innenring gelagert ist. Die Wälzkörperreihen sind vorzugsweise in zwei Käfigen geführt, die in dem einteiligen Außenring eingepasst sind. Der Außenring steht mit dem Lagergehäuse über einen Ringspalt in Wirkverbindung, wobei eine Ölzufuhrleitung im Lagergehäuse vorgesehen ist, die vorzugsweise radial in den Ringspalt mündet und wobei weiterhin im Außenring zumindest eine, vorzugsweise ebenfalls radial ausgerichtete Ölbohrung vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich ein einfacher kostengünstiger Aufbau der Lagerung einer schnelldrehenden Welle, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Außenring im Lagergehäuse verdrehgesichert angeordnet ist, so dass eine eindeutige Trennung zwischen Lagerdämpfung im Ringspalt und Lagerung im Wälzlager definiert ist.
Die Verdrehsicherung wird vorzugsweise über die Außenflächen des Außenringes und die Innenfläche des Lagergehäuses und des Ringspaltes bewerkstelligt, wobei auch eine mechanische Verdrehsicherung vorgeschlagen wird. Vorzugsweise übernehmen die Außenflächen des Lagerringes drei Funktionen. Abgesehen von der Verdrehsicherung bildet der Ringspalt einen Quetschöldämpfer und übernimmt gleichzeitig die Ölversorgung des Wälzlagers. Der Außenring weist zur sicheren Versorgung des Wälzlagers mit Öl nut- bzw. rillenförmige Ausdrehungen mit konkavem Querschnitt auf, wobei die Ölbohrung vorzugsweise im Bereich der Rillen so angeordnet ist, dass sie mit dem konkaven Querschnitt der Rille oder Ausdrehung in Wirkverbindung steht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rille symmetrisch zu einer Querschnittsebene durch das Lager ausgebildet ist, wobei der Randabstand der Rille zum Rand des Außenringes größer oder gleich Null ist. Das heißt, die Rille bzw. mehreren Rillen können den gesamten Außenmantel des Außenringes des Wälzlagers einnehmen.
Die Linienabschnitte, die den Querschnitt der Rille beschreiben, können gerade oder auch gekrümmt ausgeführt werden. Vorzugsweise steht die Mittellinie der Ölbohrung senkrecht auf einer Fläche des zugeordneten Linienabschnittes. Die Mittellinie der Ölbohrung muss allerdings nicht senkrecht zu der Fläche des zugeordneten Linienabschnittes stehen, sie kann auch einen gewissen Winkel α einnehmen.
Die besondere, beschriebene Ausgestaltung der Rille erlaubt einen vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt für gute Squeezedämpferversorgung, wobei die Ölbohrung in dem konkaven Querschnitt der Rille einen engen Querschnitt beschreibt, der wie eine zusätzliche Blende wirkt. Dadurch, dass die Mittellinie der Ölbohrung gegenüber der Mitte der Querschnittfläche des zugeordneten Linienabschnittes versetzt angeordnet ist, wird erreicht, dass der Rillenquerschnitt, der die Ölbohrung versorgt, unabhängig von dem Gesamtquerschnitt der Rille eingestellt und als Vordrossel ausgelegt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Lageranordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Lageranordnung für eine schnell drehende Welle;
2 bis 8 Querschnitte der Rille/Rillen einschließlich Ölbohrung in vergrößertem Maßstab.;
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 8 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Lagergehäuse bezeichnet, in dem eine Ölzufuhrleitung 2 eingearbeitet ist. In dem Lagergehäuse 1 ist ein Außenring 3 eines Wälzlagers eingebaut, in dem Wälzkörper 4 geführt sind, die eine Welle 5 abstützen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass, wie in der Beschreibung und den Ansprüchen ausgeführt, zwischen den Wälzkörpern 4 und der Welle 5 ein Innenring, vorzugsweise ein zweigeteilter Innenring, angeordnet sein kann, so dass die Welle 5 dann nicht auf den Wälzkörpern 4 abrollt. Der Außenring 3 steht über einen Ringspalt 6 mit dem Lagergehäuse 1 in Wirkverbindung, wobei der Ringspalt 6 als Quetschöldämpfer ausgebildet ist. Der Außenring 3 ist axial über Federringe 7 geführt, die ggf. auch eine Verdrehsicherung des Außenringes 3 im Lagergehäuse 1 bewirken. Am Außenumfang des Außenringes 3 ist eine Rille 8 eingearbeitet, die ringförmig ausgeführt ist und einen konkaven Querschnitt aufweist. In der Rille 8 ist eine Ölbohrung 9 angebracht, die den Außenring 3 durchdringt und Öl zu den Wälzkörpern 4 leitet. Die Rille 8 kann, wie in 2 dargestellt, einen Querschnitt aufweisen, der gradlinige Linienabschnitte 12, die radial und schräg zur Achsmittellinie ausgerichtet sind, bildet. Die Mittellinie 10 der Ölbohrung 9 ist dabei senkrecht auf einer Fläche eines zugeordneten Linienabschnitts 12 ausgerichtet.
In 3 ist eine Rille 8 dargestellt, die symmetrisch zu einer durch das Lager führenden Querschnittsebene ausgebildet ist und im Wesentlichen aus zwei Rillen 8 gemäß 2 besteht, wobei der Übergang der Querschnitte gegenüber dem Außenumfang des Außenringes 3 rückversetzt ist.
Die Rille 8 gemäß 4 ist flacher ausgebildet, wobei zwei Linienabschnitte 12 des Querschnitts der Rille 8 gekrümmt ausgeführt sind.
In 5 sind die Linienabschnitte 12 des Querschnitts der Rille 8 gradlinig ausgebildet, die Mittellinie 10 der Ölbohrung 9 steht allerdings nicht senkrecht sondern geneigt auf dem Linienabschnitt 12.
In 6 sind zwei Rillen 8 nebeneinander angeordnet, die rechteckige Querschnitte aufweisen, wobei in einem Rillengrund die Ölbohrung 9 vorgesehen ist, deren Mittellinie 10 senkrecht auf dem Grund der Rille 8 steht.
Die Ausgestaltung gemäß 7 ähnelt der von 6, wobei jedoch die beiden Rillen zu einer Stufenrille zusammengefasst sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 8 zeigt eine Rille 8, deren Querschnitt etwa L-förmig ausgeführt ist, wobei die Mittellinie 10 der Ölbohrung 9 gegenüber der Mitte 11 des Linienabschnitts 12 des Querschnitts aus dem Rillengrund nach außen versetzt angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Lagergehäuse
2: Ölzufuhrleitung
3: Außenring
4: Wälzkörper
5: Welle
6: Ringspalt
7: Federringe
8: Rille
9: Ölbohrung
10: Mittellinie
11: Mitte
12: Linienabschnitte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009008434 A1 [0003]

Claims

Lageranordnung für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen von Turboladern, mit einem zumindest eine Ölzufuhrleitung (2) aufweisenden Lagergehäuse (1), in dem zumindest ein Lager eingebaut ist, das die Welle (5) der Maschine zumindest radial führt, wobei das Lager einen Ring mit zumindest einer Ölbohrung (9) aufweist, der mit dem Lagergehäuse (1) einen Ringspalt (6) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager als zumindest einreihiges Wälzlager ausgebildet ist, in dem die Welle (5) direkt oder unter Zwischenschaltung eines Innenringes, vorzugsweise eines zweiteiligen Innenringes, geführt ist und dass der Ring als Außenring (3) des Wälzlagers ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (3) im Lagergehäuse (1) verdrehgesichert angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Außenringes (3) im Bereich der zumindest einen Ölbohrung (9) eine Rille (8) mit konkavem Querschnitt eingearbeitet ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (8) symmetrisch zu einer Querschnittsebene durch das Lager ausgebildet ist, wobei der Randabstand der Rille (8) zum Rand des Außenringes (3) größer oder gleich Null ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linienabschnitte (12), die den Querschnitt der Rille (8) beschreiben, gekrümmt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (10) der Ölbohrung (9) auf der Fläche des zugeordneten Linienabschnitts (12) senkrecht steht.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rillen (8) zu einem Rillenmantel zusammengefügt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) oder einzelne und/oder alle Rillen (8) des Rillenmantels Querschnitte aufweisen, die kreisabschnitts- oder trapezförmig oder rechteckig oder quadratisch ausgeführt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (10) der Ölbohrung (9) gegenüber der Mitte (11) des Linienabschnitts (12) des Querschnitts der Rille (8) versetzt angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (10) so weit versetzt angeordnet ist, dass der Rand der Ölbohrung (9) außerhalb des Linienabschnitts (12) liegt.