DE3617403A1

DE3617403A1 - Schmiersystem fuer einen turbolader

Info

Publication number: DE3617403A1
Application number: DE19863617403
Authority: DE
Inventors: James William Daphne Ala. Brogdon; Joe Albert Mobile Ala. McEachern jun.
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPS627935A; AU5786386A; IT8667438A0; SE8602121L; BR8602391A; GB2175957A; SE8602121D0; NZ216319A; FR2582727A1; GB8612165D0; IT1190576B

Description

Schmiersystem für einen Turbolader

Die Erfindung bezieht sich generell auf Turbolader und insbesondere auf einen Turbolader mit einem verbesserten Schmiersystem.

Es ist eine Anzahl von vorbekannten Einrichtungen bekannt, die eine in einem Gehäuse drehbare Welle hydrostatisch dämpfen (US-PSen 3 181 841, 3 158 413). Bei diesen vorbekannten Einrichtungen ist eine dünne Schmiermittelschicht, gewöhnlich als Quetschfilmdämpfer bezeichnet, zwischen einer äußeren Lauffläche eines Lagers und dem Gehäuse eingeschlossen, in welchem die Welle drehbar gelagert ist. Dieser Quetschfilmdämpfer dämpft Vibrationen der Welle infolge hydrostatischer Wirkung.

Mit diesem hydrostatisch gedämpften Lager ist jedoch eine Reihe von Nachteilen verbunden. Ein Nachteil besteht darin, daß nach einem gewissen Zeitraum das Schmiermittel, welches den Quetschfilmdämpfer bildet, sich verschlechtert. Wenn kein frisches Schmiermittel dem Quetschfilmdämpfer zugeführt wird, wird die Dämpfwirkung immer schlechter. Dies trifft auch dann zu, wenn das Schmiermittel aus dem Quetschfilmdämpfer durch Leckage entweicht.

Die Erfindung schafft eine Turboladerkonstruktion, bei der die geschilderten Nachteile bekannter Einrichtungen 5 vermieden werden.

Der Turbolader gemäß Erfindung weist ein Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung auf, in welcher ein rohrförmiger Lagerträger angeordnet ist. Der Lageträger ist so dimensio- " niert, daß mindestens ein Teil so radial einwärts von dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil angeordnet ist, daß eine ringförmige Kammer gebildet wird.

Die Welle erstreckt sich durch den Lagerträger und trägt eine Turbine am einen Ende und einen Kompressor

am anderen Ende. Zwei in axialem Abstand angeordnete Lager dienen zur Verbindung der Welle mit dem Lagerträger und somit dem Gehäuse.

Unter Druck stehendes Schmiermittel ist strömungsmäßig mit dem einen Ende einer ringförmigen Kammer verbunden. In ähnlicher Weise verbindet ein durch den Lagerträger geführter Fluidkanal das andere Ende der ringförmigen Kammer mit der einen Seite des Lagers in strömungsmäßiger Beziehung. Im Betrieb fließt daher Schmiermittel zuerst durch die ringförmige Kammer,und dann nach Austritt aus der ringförmigen Kammer wird das Lager geschmiert. Das Öl innerhalb der ringförmigen Kammer bildet einen Quetschfilmdämpfer zur hydrostatischen Dämpfung der Lager und führt so zu einer Minimalisierung der Schwingungen zwischen dem Gehäuse und der Welle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt in schematischer

Darstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit daraus und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3

in Fig. 2 .

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Turboladers 10 gemäß Erfindung gezeigt, der ein Hauptgehäuse 12 und eine Welle 14 aufweist, die im Gehäuse in noch zu beschreibender Weise gelagert ist. Ein Kompressor 16 ist an einem Ende der Welle befestigt, während eine Turbine 18 am anderen Ende der Welle 14 sitzt.

Bei Drehung des Kompressors 16 saugt dieser Luft über den schematisch gezeigten Einlaß 20 an und gibt komprimierte Luft am Auslaß 22 an den Einlaß 24 einer Verbrennungskraftmaschine 26 ab. Die Abgasleitung 28 der Verbrennungskraftmaschine 26 ist mit dem Einlaß 30 der Turbine 18 verbunden, und die Abgasleitung 32 der Turbine i8 öffnet sich in die freie Atmosphäre. In konventioneller Weise treibt das Abgas des Motors 26 die Turbine an, die wiederum den Kompressor 16 über die Welle 14 antreibt.

Das Gehäuse 12 weist eine Durchgangsbohrung 34 (Fig. 2) auf, die zur Welle 14 koaxial verläuft. Ein rohrförmiges Lagergehäuse 36 mit einem Flansch 38 am Ende ist in die Durchgangsbohrung 34 mit Preßsitz eingefügt, bis das Flanschende 38 gegen das Hauptgehäuse 12 zur Anlage kommt. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus Aluminium aus Gewichtsgründen, während das Lagergehäuse 36 aus Gründen der Stabilität aus Stahl besteht.

Ein rohrförmiger Lagerträger 40 mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 42 an einem Ende wird dann innerhalb des Lagergehäuses 36 so positioniert, daß die Flansche 38 und 42 flach aneinander liegen. Eine Sicherungsrunganordnung 44 befestigt das Lagergehäuse 36 und den Lagerträger 40 aneinander und daher auch an das Gehäuse 12 gegenüber axialer Bewegung.

Zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Lager 48, 50 halten die Turboladerwelle 14 drehbar an dem Lagerträger 40. Jedes Lager 48, 50 besteht vorzugsweise aus einem Kugellager mit einem Innenlaufring, der mit der Welle 14 verbunden und mit einem Außenlaufring der gegen radiale Bewegung gegenüber dem Innenumfang 52 des Lagerträgers 40 gesichert ist. Die Lager 48 und 50 sind zusätzlich zwischen der Welle 14 und dem Lagerträger 40 nahe dessen Ende montiert.
Der Lagerträger 40 (Fig. 2 und 3) ist so dimensioniert, daß seine beiden Enden einen radialen inneren Abstand zur Innenoberfläche des Lagergehäuses 36 aufweisen, so daß ringförmige Kammern 54 in dem Spalt gebildet werden. Eine federnde Dichtung 56 ist zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 36 und dem Lagerträger 40 nahe des äußeren Endes jeder ringförmigen Kammer 54 angeordnet (Fig. 2), während eine entsprechende federnde Dichtung 58 zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 36 und dem Lagerträger 40 nahe des inneren Endes jeder ringförmigen Kammer 54 sitzt. Die radiale Weite jeder ringförmigen Kammer 54 ist sehr klein, typischerweise nur wenige Tausendstel Zoll breit.

Eine erste ringförmige Sprühdüse 60 ist im Inneren des Lagerträgers 40 enthalten und besitzt ein axiales Ende 62, das am äußeren Laufring des ersten Lagers 48 anliegt. In ähnlicher Weise ist eine zweite ringförmige Sprühdüse 64 im Inneren des Lagerträgers 40 - enthalten und steht mit ihrem äußeren axialen Ende 66 in Anlage zu der äußeren Lauffläche des zweiten Lagers 50. Das innere axiale Ende 70 der Sprühdüse 6 4 liegt an einem sich radial nach innen erstreckenden Teil 72 oder Flansch 72 des Lagerträgers 40 an.

Eine Schraubendruckfeder 74 ist zwischen dem inneren axialen Ende 76 der Sprühdüse 60 und dem Flansch 72 des Lagerträgers gefügt. Die Druckfeder 74 gleicht die Last gleichmäßig zwischen den äußeren Laufringen der Lager 48, 50 aus, um Vibrationen minimal zu halten, die durch ungleich belastete Lager verursacht sein könnten. Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte, unter Druck stehende Schmiermittelquelle 80 ist mit einer Fluidkupplung 82 des Gehäuses 12 verbunden. Die Kupplung 82 steht wiederum in strömungsmäßiger Verbindung mit zwei Kanälen 84, 86, die im Gehäuse 12 angeordnet sind.

Der Kanal 84 ist strömungsmäßig mit einer sich radial erstreckenden Öffnung 88 im Lagergehäuse 36 nahe des äußeren Endes der einen ringförmigen Kammer 54 verbunden. Entsprechend ist der andere Kanal 86 strömungsmäßig mit einer radialen Öffnung 90 im Lagergehäuse 36 nahe des äußeren Endes der anderen ringförmigen Kammer 54 verbunden.

Ein Kanal 91 (Fig. 2) wird durch zueinander fluchtende Bohrungen in der Sprühdüse 6 0 und dem Lagerträger 40 gebildet. Das eine Ende des Kanals 91 öffnet sich nahe des inneren Endes der einen ringförmigen Kammer 54 , während das andere Ende des Kanals 91 an der Innenseite des Lagers 48 liegt. Der Kanal 91 läuft im übrigen schräg mit Bezug auf die Wellenachse, d. h. er erstreckt sich von der ringförmigen Kammer 94 zum Lager 48. Ein ähnlicher schräger Kanal 94 ist in der Sprühdüse 64 und dem Lagerträger 40 gebildet, wobei das eine Ende

des Kanals 94 zur anderen ringförmigen Kammer 54 nahe dessen innerem Ende offen ist, während das andere Ende des Kanals 74 sich zur Innenseite 96 des anderen Lagers 50 öffnet.

Zwei Ölschleuderringe 100 sind in axialem Abstand

auf der Welle 12 befestigt, so daß jeweils ein Ölschleuderring in der Nähe des äußeren Endes jedes Lagers 48 bzw. 50 angeordnet ist. Jeder Ölschleuderring 100 weist ein sich radial erstreckendes Teil 102 , -,(-j vorzugsweise mit Propeller, auf, der auf gleicher Höhe wie die zugeordneten Lager 48 oder 50 und in deren Nähe angeordnet ist. Jeder Ölschleuderring 100 ist ferner frei verbunden mit einer Schmiermittelsammeikammer 104 (Fig.1), die in dem Gehäuse 12 gebildet ist. ,j- Im Betrieb wird Schmiermittel der Quelle 80 unter

Druck zur Fluidkupplung 82 und in das Gehäuse 12 gefördert, wobei das Schmiermittel der Quelle 80 durch die Kanäle 84 und 86 in die äußeren Enden der ringförmigen Kammer 54 fließt. Das Schmiermittel fließt dann axial einwärts durch die ringförmigen Kammern 54, gelangt in die sich schräg erstreckenden Kanäle 91 und 94 und wird auf die Lager 48 bzw. 50 gesprüht, um diese zu schmieren.

Nachdem das Schmiermittel durch die Lager 48, 50 gelangt ist, wird es radial auswärts durch die Ölschleuderringe 100 in die Schmiermittelsammeikammer 104 geschleudert. Von dort wird das Schmiermittel durch einen Anschluß 106 (Fig. 1) abgesaugt und durch das Schmiermittelsystem in konventioneller Weise erneut bereitgestellt.

Da die ringförmigen Kammern 54 eine geringe radiale Weite aufweisen, bilden sie einen Quetschfilmdämpfer zur hydrostatischen Aufhängung des Lagerträgers 40 und daher auch der Lager 48, 50 relativ zum Gehäuse 12.

Ein hauptsächlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ölfilm durch die Quetschfilmdämpfer oder ringförmigen Kammern 54 auch zur Schmierung der Lager 48 und 50 verwendet wird. Entsprechend der Erfindung wird sichergestellt, daß eine konstante und frische Zufuhr

von Öl zum Quetschfilmdämpfer stattfindet , so daß viele der zuvor bekannten Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden werden. Die strömungsmäßige Verbindung der ringförmigen Kammern 54 in Serie mit dem Schmiermittelfluß zu den Hauptlagern 48 und 50 stellt zudem eine wesentlich einfachere, kostengünstigere und doch gänzlich wirkungsvolle Konstruktion dar.

Claims

Teledyne Industries, Inc. 1901 Avenue of the Stars Los Angeles, CA 90067, USA Patentansprüche

1. ) Turbolader mit folgenden Merkmalen:

ein Hauptgehäuse (12) besitzt eine Durchgangsbohrung (34); ein rohrförmiger Lagerträger (40) mit innerem und äußerem Umriß ist innerhalb der Durchgangsbohrung des Gehäuses angeordnet, und zwar radial einwärts vom Gehäuse, und bildet mit dem Gehäuse oder mit Gehäuseteilen (36) mindestens eine ringförmige Kammer (54); eine Welle (14) erstreckt sich durch den Lagerträger (40) und weist eine Turbine am einen Ende und einen Kompressor am anderen Ende auf;

mindestens ein Lager (48, 50) verbindet die Welle (14) mit dem Innenumfang des Lagerträgers (40); eine Quelle (80) liefert unter Druck stehendes Schmiermittel ;

eine Einrichtung (82, 84, 86) verbindet die Quelle (80) mit einem Ende der ringförmigen Kammer (54); Fluidkanaleinrichtungen (91, 94) erstrecken sich durch den Lagerträger (40) und verbinden das andere Ende der ringförmigen Kammer (54) strömungsmäßig mit dem Lager

20 (48, 50);

die ringförmige Kammer (54) ist so dimensioniert, daß Schmiermittel in der ringförmigen Kammer das Lager (48,50) hydrostatisch dämpft.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidabdichtung (56,58) zwischen jedem Ende des Lagerträgers (40) und dem Gehäuse bzw. dem Gehäuseteil (46) vorgesehen ist.

3. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fluiddichtung aus einem nachgiebigen O-Ring besteht.

4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lager (48,50) vorgesehen sind, die in axialem Abstand voneinander angeordnet sind, und daß Fluiddichtungen sich zwischen dem Lagerträger (40) und dem Gehäuse erstrecken, welches mindestens die eine Kammer in axial voneinander beabstandete Ringkammern trennt, daß sich die FluidVerbindungseinrichtung zwischen der Quelle (80) und dem einen Ende der ringförmigen Kammer (54) erstreckt, daß sich die Fluidkanaleinrichtung zwischen dem anderen Ende der einen Kammer und dem einen Lager und dem anderen Ende der anderen ringförmigen Kammer und dem anderen Lager erstreckt.

5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fluidkanaleinrichtung nach einem Ende des Lagers öffnet und einen scheibenförmigen Ölschleuderring (100) aufweist, der an der Welle (14) befestigt ist und sich von der Welle nach außen in der Nähe der anderen Seite des Lagers (48,50) erstreckt.

6. Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine

®0-- ölsammelkammer (104) aufweist, die zum Ölschleuderring (100) offen ist.

7. Turbolader nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung Kugellager enthält.

°

8. Turbolader nach einem der Ansprüche 1-7,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine in der Durchgangsbohrung angeordnete Gehäusebuchse (36) aufweist, in welcher der Lagerträger (40) koaxial angeordnet ist,

und daß das Gehäuse (12) aus Aluminium und die Gehäusebuchse (36) aus Stahl bestehen.