WO2013064638A1

WO2013064638A1 - Hydrodynamisches axiallager

Info

Publication number: WO2013064638A1
Application number: PCT/EP2012/071729
Authority: WO
Inventors: Peter Neuenschwander; Bruno Ammann; Marco Di Pietro; Markus Städeli
Original assignee: Abb Turbo Systems Ag
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-05-10
Also published as: CN103906936A; EP2773877A1; US20140241887A1; CA2852164A1; BR112014010582A2; JP2014533342A; DE102011085681A1; SG11201401938WA; KR20140083051A; HK1199084A1

Abstract

Ein hydrodynamisches Axiallager zur Lagerung einer drehbar in einem Lagergehäuse (20) gelagerten Welle (40) umfassend einen Axialanschlag (21) des Lagergehäuses sowie einen mit der Welle drehenden Lagerkamm (10). Zwischen dem Axialanschlag (21) und dem Lagerkamm (10) ist ein durch eine profilierte Kreisringfläche (31) und eine Gleitfläche (11) begrenzter, mit Schmieröl beaufschlagter Schmierspalt (52) ausgebildet. Die profilierte Kreisringfläche (31) und die Gleitfläche (11) sind derart ausgebildet, dass sich der Schmierspalt (52) radial nach aussen bezüglich der axialen Richtung verengt. Dadurch können im Betrieb auftretende Temperaturdeformationen sowie Deformationen wegen Flieh-, Schub- und weiteren Kräften im Lagerkamm kompensiert werden.

Description

Hyd rodynam isches Axia l lager

B E S C H R E I B U N G Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der hydrodynamischen Axiallagerung von rotierenden Wellen, wie sie etwa in Strömungsmaschinen, insbesondere in Abgasturboladern eingesetzt werden.

Stand der Technik

Werden schnell drehende Rotoren mit axialen Schubkräften beaufschlagt, kommen tragfähige Axiallager zum Einsatz. Beispielsweise bei Strömungsmaschinen, wie etwa Abgasturboladern, werden hydrodynamische Axiallager zur Aufnahme von strömungsbedingt hohen Axialkräften und zur Führung der Welle in axialer Richtung eingesetzt. Um bei solchen Anwendungen das Schiefstellungskompensationsvermögen und das Verschleissverhalten zu verbessern, können bei hydrodynamischen Axiallagern zwischen einem mit Wellendrehzahl rotierenden Lagerkamm und einem nicht rotierenden Axialanschlag am Lagergehäuse frei im Schmieröl schwimmende Scheiben, sogenannte Schwimmscheiben, eingesetzt werden. Die Schmierspalte zwischen rotierendem Lagerkamm und der Schwimmscheibe sowie zwischen der Schwimmscheibe und dem stillstehenden Axialanschlag am Lagergehäuse sind vorteilhafterweise jeweils von einer profilierten Kreisringfläche und einer der profilierten Kreisringfläche gegenüberliegenden, ebenen Gleitfläche begrenzt sind. Die profilierte Kreisringfläche dient der Optimierung des für die Tragkraft des Axiallagers entscheidenden Druckaufbaus im Schmierspalt. Zur Verteilung des im radial innen liegenden Bereichs der profilierten Kreisringfläche zugeführten Schmieröls sind radial nach aussen führende Schmierölnuten vorhanden. Den Schmierölnuten benachbart sind den Schmierspalt in Umfangsrichtung verengende Keilflächen ausgebildet, über welche das in die Schmierölnuten eingebrachte Schmieröl austritt. Das Schmieröl wird dabei möglichst über die gesamte radiale Höhe der Schmierölnuten in die Keilfläche geführt. Der für die Tragfähigkeit des Axiallagers notwendige Druckaufbau erfolgt im Wesentlichen im Bereich der Keilflächen. In Umfangsrichtung an die Keilflächen angrenzend sind Rastflächen ausgebildet, welche eine ebene Fläche umfassen und welche die Tragfläche der profilierten Kreisringfläche ausmacht

Beispiele derartiger Axiallager finden sich unter anderem in GB1095999, EP0840027, EP1 199486, EP1644647 und EP2042753. Die radiale Führung der Schwimmscheibe erfolgt entweder auf dem rotierenden Körper, d.h. auf der Welle bzw. auf dem Lagerkamm durch ein in die Schwimmscheibe integriertes Radiallager, wie es beispielsweise in EP0840027 offenbart ist, oder aber auf einem feststehenden, den rotierenden Körper konzentrisch umgebenden Lagerbund, wie es beispielsweise in EP1 199486 offenbart ist. Die Schmierung eines solchen hydrodynamischen Axiallagers erfolgt in der Regel mittels Schmieröl aus einem eigenen Schmierölsystem oder bei Abgasturboladern via das Schmierölsystem einer mit dem Abgasturbolader verbundenen Brennkraftmaschine.

Alle Tragflächen herkömmlicher Axiallagerungen stehen im kalten Zustand, im Stillstand, senkrecht zur Rotationsachse des Rotors oder aber zumindest parallel zueinander. Im Betrieb können sich die Tragflächen wegen Temperaturgradienten, Flieh-, Schub- und weiteren Kräften verformen. Eine derartige Verformung der Lagertragflächen kann die Tragkraft der Lagerung beeinträchtigen. Besonders grosse Auswirkungen können Temperaturgradienten über dem Kamm des Kammlagers haben. Der gegenüber der Welle radial hervorstehende Kamm verformt sich aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Tragfläche und Rückseite schirmförmig. Diese Verformung kann zum Anstreifen des Kammlagers an der Schwimmscheibe führen, besonders bei tiefem Ölversorgungsdruck. Die Verformung aufgrund des Temperaturgradienten ist mit einer herkömmlichen Kammlagerkonstruktion besonders kritisch, da sie einen gegen aussen sich erweiternden Schmierspalt verursacht. Einerseits verkleinert diese Konstellation die Tragfähigkeit aus geometrischen Gründen und andererseits vermindert sie den fliehkraftbedingten Druckaufbau in radialer Richtung, da der Abflusswiderstand für das Schmieröl nach radial aussen reduziert wird. Kurze Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Tragfähigkeit eines hydrodynamischen Axiallagers zur Lagerung einer drehbar in einem Lagergehäuse gelagerten Welle zu verbessern. Wird der zwischen den Tragflächen des Axiallagers ausgebildete Spalt in radialer Richtung nach aussen verengt ausgebildet, indem die Tragflächen zumindest im radial äusseren Bereich schief relativ zueinander angeordnet sind, ergibt sich im Betrieb aufgrund der oben angesprochenen Deformation der rotierenden Tragfläche eine Reduktion der relativen Schiefstellung der Tragflächen. Die Verengung im radial äusseren Bereich wird vermindert, so dass die Tragflächen im Betrieb gleichmässiger aufeinander aufliegen.

Wird etwa der Lagerkamm mit einer konischen, also zur gegenüberliegenden Tragfläche hin geneigten Tragfläche gefertigt, kann die Temperaturdeformation im Kammlager kompensiert werden. Bei der Kompensation müssen die Deformationen wegen Flieh-, Schub- und weiteren Kräften ebenfalls in Betracht gezogen werden.

Da die Kammlagerdeformationen betriebspunktabhängig sind, wird der Schmierspalt unter gewissen Betriebsbedingungen in radialer Richtung kleiner. Diese Situation ist günstiger als die heutige mit erweitertem Schmierspalt, da die Tragfähigkeit weniger reduziert und der fliehkraftbedingte Druckaufbau in radialer Richtung begünstigt wird. Die Kompensation wegen Tragflächendeformationen durch Temperaturgradienten, Flieh-, Schub- und weiteren Kräften kann auch an der Schwimmscheibe, beziehungsweise bei einem schwimmscheibenlosen Axiallager am Axialanschlag des Lagergehäuses erfolgen. Allfällige temperaturbedingte Deformationen im Bereiche des Axialanschlags am Lagergehäuse können in ähnlicher Weise ausgeführt werden wie am Kammlager.

Falls eine doppelseitig konische Schwimmscheibe oder eine sehr dünne, sich im Betrieb an sich verändernde geometrische Verhältnisse anpassende Schwimmscheibe verwendet wird, kann die Kammlagerdeformation auch durch eine konische Ausbildung des Axialanschlags am Lagergehäuse kompensiert werden. Dank Kompensation der Deformation wird die Axiallagerung gegen Anstreifen der Schwimmscheibe oder des Lagerkamms, beziehungsweise - bei einem schwimmscheibenlosen Axiallager - des Axiallagers, an den benachbarten Lagerteilen robuster. Der Turbolader wird betriebssicherer und verschleissbedingte Kosten können reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 im rechten Teil einen entlang der Drehachse geführten Schnitt durch eine gemäss dem Stand der Technik ausgebildete Ausführungsform eines Axialgleitlagers mit einem rotierenden Lagerkamm, einem feststehenden Axialanschlag sowie einer Schwimmscheibe, und im linken Teil eine Frontansicht in axialer Richtung auf die entsprechende Schwimmscheibe mit einer profilierten Kreisringfläche,

Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager nach Fig .1 , wobei in dieser und in allen nachfolgenden Figuren der Lagerkamm jeweils im kalten Zustand dargestellt ist, und zusätzlich die Verformung des Lagerkamms im Betriebszustand aufgrund der Erwärmung und der schnellen Rotation und der daraus resultierende Schmierspalt mit gestrichelten Linien angedeutet ist,

Fig. 3 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer ersten, erfindungsgemässen Ausführungsform, mit einem konisch geformten Lagerkamm, und einem daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalt,

Fig. 4 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer zweiten, erfindungsgemässen Ausführungsform mit einer lagerkammseitig konisch geformten Schwimmscheibe, und einem daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalt,

Fig. 5 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer dritten, erfindungsgemässen Ausführungsform, mit einem konisch geformten Axiallager und einem konisch geformten Lagerkamm, und zwei daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalte, Fig. 6 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer vierten, erfindungsgemässen Ausführungsform mit einem konisch geformten Axiallager und einer lagerkammseitig konisch geformten Schwimmscheibe, und zwei daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalte,

Fig. 7 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer fünften, erfindungsgemässen Ausführungsform mit einer beidseitig konisch geformten Schwimmscheibe, und zwei daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalte, Fig. 8 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer sechsten, erfindungsgemässen Ausführungsform mit einem konisch geformten Lagerkamm und einer axiallagerseitig konisch geformten Schwimmscheibe, und zwei daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalte, Fig. 9 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer siebten, erfindungsgemässen Ausführungsform, ohne Schwimmscheibe, mit einem konisch geformten Lagerkamm, und einem daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalt, und

Fig. 10 ein schematisch dargestelltes Axialgleitlager gemäss einer achten, erfindungsgemässen Ausführungsform, wiederum ohne Schwimmscheibe, mit einem konisch geformten Axialanschlag, und einem daraus resultierenden, sich radial nach aussen hin verjüngenden Schmierspalt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt beispielhaft ein hydrodynamisches Axiallager gemäss dem Stand der Technik, wobei im rechten Teil der Figur in einem axial entlang der Rotationswelle geführten Schnitt die drei wesentlichen Komponenten des Axiallagers sichtbar gemacht sind. Der Lagerkamm 10 ist auf der rotierenden Welle 40 aufgesetzt - oder optional mit der Welle stoffschlüssig verbunden bzw. mit der Welle aus einem Stück gefertigt - und rotiert mit der Welle mit. Axial zwischen einem Axialanschlag 21 an dem Lagergehäuse 20 und dem Lagerkamm ist eine Schwimmscheibe 30 angeordnet. Zwischen Axialanschlag und Schwimmscheibe einerseits, und Schwimmscheibe und Lagerkamm andererseits, ist jeweils ein Schmierspalt ausgebildet, in welchem sich zwischen den Tragflächen eine dünne Schmierölschicht befindet. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Tragfläche 22 am Axialanschlag und die Tragfläche 1 1 am Lagerkamm jeweils eine in Umfangsrichtung eben ausgestaltete Gleitfläche auf, während die beiden Tragflächen der Schwimmscheibe Teil einer profilierten Kreisringfläche sind. Dieser grundsätzliche Aufbau der beiden Schmierspalte wird auch in allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen hydrodynamischen Axialgleitlager mit Schwimmscheibe übernommen. Für alle diese Ausführungsformen gilt, dass die Gleitflächen und die profilierten Kreisringflächen bei einem oder beiden der Schmierspalte auch auf der jeweils anderen Seite des Schmierspalts angeordnet sein können, so dass beispielsweise die Schwimmscheibe beidseitig je eine ebene Gleitfläche aufweist während die profilierte Kreisringfläche auf der Tragfläche des Lagerkamms und dem Axialanschlag des Lagergehäuses angebracht sind. In einer Ausführungsform ohne Schwimmscheibe, wäre entsprechend die profilierte Kreisringfläche auf dem rotierenden Lagerkamm angeordnet und die ebene Gleitfläche auf dem Axialanschlag des Lagergehäuses oder allenfalls umgekehrt, also die ebene Gleitfläche auf dem rotierenden Lagerkamm und die profilierte Kreisringfläche auf dem Axialanschlag des Lagergehäuses.

Der Aufbau der profilierten Kreisringfläche ist aus dem linken Teil der Fig.1 ersichtlich, in welchem die Schwimmscheibe um 90° gedreht, so dass in einer Aufsicht die eine der Stirnseiten der Schwimmscheibe zu sehen ist.

Die profilierte Kreisringfläche dient der Optimierung des für die Tragkraft des Axiallagers entscheidenden Druckaufbaus im Schmierspalt zwischen den Tragflächen. Die Profilierung der Kreisringfläche umfasst mehrere Segmente mit jeweils einer radial nach aussen führenden Schmierölnut 33 zum Verteilen des im radial innen liegenden Bereichs der profilierten Kreisringfläche zugeführten Schmieröls. Entgegen der mit dem schwarzen Pfeil angedeuteten Rotationsrichtung der profilierten Kreisringfläche sind den Schmierölnuten 33 benachbart den Schmierspalt in Umfangsrichtung verengende Keilflächen 34 ausgebildet, über welche das in die Schmierölnuten 33 eingebrachte Schmieröl gemäss den dicken Pfeilen austritt. Das Schmieröl wird dabei möglichst über die gesamte radiale Höhe der Schmierölnuten 33 in die Keilfläche 34 geführt. Der für die Tragfähigkeit des Axiallagers notwendige Druckaufbau erfolgt im Wesentlichen im Bereich der Keilflächen. In Umfangsrichtung an die Keilflächen 34 angrenzend sind Rastflächen 35 ausgebildet, welche eine ebene Fläche umfassen, die den geringsten Abstand zur Gegenkontur, als der oben beschriebenen Gleitfläche aufweisen. Die axiale Ausdehnung (Dicke) des Schmierspaltes kann somit als Abstand zwischen den Rastflächen 35 und der gegenüberliegenden Gleitfläche beschrieben werden. Zur Optimierung des Druckaufbaus in radialer Richtung in der Schmierölnut sowie über den Keilflächen können Schmierölnut und Keilfläche radial nach aussen mit einem den Schmierspalt verengenden Steg abgeschlossen sein. Der Steg kommt dabei typischerweise bis auf die Höhe der Rastfläche zu liegen, so dass Rastfläche und Steg in einer Ebene liegen.

Für die nachfolgend beschriebenden Ausführungsformen wird die Ausbildung der Schmierölnut und der Keilfläche vernachlässigt. Entsprechend werden nachfolgend die Begriffe der profilierten Kreisringfläche und der Gleitfläche nicht mehr verwendet. Für die praktische Umsetzung wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Schmierspalte, wie oben beschrieben, vorteilhafterweise jeweils von einer profilierten Kreisringfläche und einer ebenen Gleitfläche begrenzt sind. Beim nachfolgend verwendeten Begriff der wirksamen Tragfläche ist derjenige Bereich der profilierten Kreisringfläche gemeint, welcher allgemein als Rastfläche bezeichnet wird. Die Rastflächen befinden sich typischerweise in Flussrichtung des Schmieröls gesehen anschliessend an die Keilflächen.

Wie in Fig. 1 und im vergrösserte dargestellten Detail gemäss Fig. 2 angedeutet, sind die Tragflächen der Axiallagerungen im kalten Zustand, also im Stillstand des Rotors, senkrecht zur Rotationsachse des Rotors oder aber zumindest parallel zueinander ausgebildet. Im Betrieb kann sich die Tragfläche im Lagerkamm wegen Temperaturgradienten, Flieh-, Schub- und weiteren Kräften verformen. Der gegenüber der Welle radial hervorstehende Kamm verformt sich aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der für das Axiallager relevanten Tragfläche und der dieser abgewandten Rückseite schirmförmig. Diese Verformung, in der Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet, kann zum Anstreifen des Kammlagers an der Schwimmscheibe im radial inneren Bereich führen, da die Tragkraft des Schmierspalts aufgrund der radial nach aussen divergierenden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Axiallagers und dem damit verbundenen ungehinderten Austreten des Schmieröls nachlässt, besonders bei tiefem Ölversorgungsdruck, bei welchem nicht ausreichend Schmieröl nachgeführt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer ersten, erfindungsgemässen Ausführungsform. Dabei ist die wirksame Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet. Die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms hingegen, ist zur Schwimmscheibe 30 hin geneigt geformt, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 52 eine Verengung in axialer Richtung ergibt. Die Neigung der Tragfläche 1 1 des Lagerkamms kann in dieser Ausführungsform, ebenso wie in den nachfolgend beschriebenen, weiteren Ausführungsformen durch eine gleichmässige, gerade Neigung oder durch eine kurvenförmige Neigung realisiert sein. In den Figuren sind die Verformungen der rotierenden Bauteile sowie die Verengungen der Schmierspalte stark übertrieben dargestellt. Tatsächlich bewegen sich die erfindungsgemäss vorgesehenen Neigungswinkel über dem gesamten Radius des geneigten Bauteils im Bereich einiger hundertstel Grad, wodurch sich etwa bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von 200 Millimeter eine Verengung des Schmierspalts am radial äusseren Rand von einigen hundertstel Millimeter ergibt. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss streckt sich die im kalten Zustand zur Schwimmscheibe hin geneigte Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel zueinander oder, unter Aufrechterhaltung einer gegenüber dem kalten Zustand weniger stark ausgeprägten Schmierspaltverengung, zumindest nahezu parallel zueinander verlaufen. Dass im kalten Zustand, also im Stillstand und auch bei kleinen Drehzahlen, die erfindungsgemässe Ausbildung des Axialgleitlagers zu einer Verengung des Schmierspalts im radial äusseren Bereich führt, ist kein Problem, da das aufgestaute Schmieröl für einen zusätzlichen Druckaufbau sorgt. Fig. 4 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer zweiten, erfindungsgemässen Ausführungsform. Dabei ist die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet. Dafür ist die Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 in dieser Ausführungsform zum Lagerkamm 10 hin geneigt ausgebildet, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 52 wiederum die Verengung in axialer Richtung ergibt. Die Schwimmscheibe ist somit auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite konusförmig ausgebildet, während sie auf der anderen, dem Axialanschlag am Lagergehäuse zugewandten Seite senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet ist. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss biegt sich die im kalten Zustand senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtete Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

In den Ausführungsformen gemäss den Fig. 5 bis 8 ist neben dem Schmierspalt 52 zwischen der Schwimmscheibe 30 und dem Lagerkamm 10 auch der Schmierspalt 51 zwischen dem Axialanschlag 21 und der Schwimmscheibe 30 mit einer Verengung in axialer Richtung im radial äusseren Bereich ausgebildet.

Fig. 5 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer dritten, erfindungsgemässen Ausführungsform. Dabei ist die Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet. Die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms hingegen, ist zur Schwimmscheibe 30 hin geneigt geformt, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 52 eine Verengung in axialer Richtung ergibt. Der zweite, ebenfalls mit einer Verengung in axialer Richtung im radial äusseren Bereich versehene Schmierspalt erstreckt sich zwischen der streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40, ausgerichteten Tragfläche 32 auf der dem Axialanschlag zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 und der zur Schwimmscheibe 30 hin geneigten Tragfläche 22 des Axialanschlags 21 an dem Lagergehäuse. Die Schwimmscheibe ist somit mit zwei senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichteten, parallel zueinander verlaufenden Seiten versehen. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms 10, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss streckt sich die im kalten Zustand zur Schwimmscheibe hin geneigte Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

Fig. 6 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer vierten, erfindungsgemässen Ausführungsform, welches sich von der vorhergehenden dadurch unterscheidet, dass die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet und dafür die Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 zum Lagerkamm 10 hin geneigt ausgebildet ist. Der zweite, ebenfalls mit einer Verengung in axialer Richtung im radial äusseren Bereich versehene Schmierspalt erstreckt sich wiederum zwischen der streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichteten Tragfläche 32 auf der dem Axialanschlag zugewandten Seite der Schwimmscheibe und der zur Schwimmscheibe 30 hin geneigten Tragfläche 22 des Axialanschlags 21 an dem Lagergehäuse. Die Schwimmscheibe ist somit auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite konusformig ausgebildet, während sie auf der anderen, dem Axialanschlag am Lagergehäuse zugewandten Seite senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet ist. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss biegt sich die im kalten Zustand senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtete Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

Fig. 7 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer fünften, erfindungsgemässen Ausführungsform. Dabei ist die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet . Die Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 hingegen ist zum Lagerkamm 10 hin geneigt ausgebildet, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 52 eine Verengung in axialer Richtung ergibt. Der zweite, ebenfalls mit einer Verengung in axialer Richtung im radial äusseren Bereich versehene Schmierspalt erstreckt sich zwischen der streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet Tragfläche des Axialanschlags 21 an dem Lagergehäuse und der zum Axialanschlag hin geneigten Tragfläche 32 auf der dem Axialanschlag zugewandten Seite der Schwimmscheibe. Die Schwimmscheibe 30 ist somit beidseitig konusförmig ausgebildet. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms 10, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss biegt sich die im kalten Zustand senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtete Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

Fig. 8 zeigt ein schematisch dargestelltes hydrodynamisches Axialgleitlager gemäss einer sechsten, erfindungsgemässen Ausführungsform, welches sich von der vorhergehenden dadurch unterscheidet, dass die Tragfläche 31 auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe 30 streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet und dafür die Tragfläche 1 1 des Lagerkamms, zur Schwimmscheibe 30 hin geneigt geformt ist, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 52 wiederum eine Verengung in axialer Richtung ergibt. Der zweite, ebenfalls mit einer Verengung in axialer Richtung im radial äusseren Bereich versehene Schmierspalt erstreckt sich wiederum zwischen der streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet Tragfläche 22 des Axialanschlags 21 an dem Lagergehäuse und der zum Axialanschlag hin geneigten Tragfläche 32 auf der dem Axialanschlag zugewandten Seite der Schwimmscheibe. Die Schwimmscheibe ist somit auf der dem Axialanschlag am Lagergehäuse zugewandten Seite konusförmig ausgebildet, während sie auf der anderen, dem Lagerkamm zugewandten Seite senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet ist. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss streckt sich die im kalten Zustand zur Schwimmscheibe hin geneigte Tragfläche 1 1 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 52^' verringert und die beiden Tragflächen 31 und 1 1 ^' des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

Die beiden letzten Figuren zeigen jeweils ein hydrodynamisches Axialgleitlager ohne Schwimmscheibe, bei denen eine Tragfläche 12 auf dem rotierenden Lagerkamm 10 und eine Tragfläche 22 auf dem Axialanschlag 21 des Lagergehäuses 20 angeordnet ist. Der sich dazwischen ergebende Schmierspalt 53 ist erfindungsgemäss wiederum radial nach aussen konvergierend ausgebildet, das heisst, dass sich der Schmierspalt im radial äusseren Bereich verjüngt.

Die in der Fig. 9 gezeigte, siebte erfindungsgemässe Ausführungsform eines hydrodynamischen Axialgleitlagers weist eine Tragfläche 12 des Lagerkamms 10 auf, welche zum Axialanschlag 21 des Lagergehäuses 20 hin geneigt geformt ist, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 53 die Verengung in axialer Richtung ergibt. Die Tragfläche 22 des Axialanschlags 21 des Lagergehäuses 20 ist in dieser Ausführungsform streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte wiederum eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss streckt sich die im kalten Zustand zur Tragfläche des Axialanschlags 21 hin geneigte Tragfläche 12 des Lagerkamms derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 53^' verringert und die beiden Tragflächen 12^' und 22 des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen.

Die in der Fig. 10 gezeigte, achte erfindungsgemässe Ausführungsform eines hydrodynamischen Axialgleitlagers weist eine Tragfläche 12 des Lagerkamms 10 auf, welche streng radial, das heisst senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtet ist. Dafür ist die Tragfläche 22 des Axialanschlags 21 am Lagergehäuse 20 in dieser Ausführungsform zum Lagerkamm 10 hin geneigt ausgebildet, so dass sich im radial äusseren Bereich des Schmierspalts 53 wiederum die Verengung in axialer Richtung ergibt. Der Axialanschlag ist somit auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite konusförmig ausgebildet. Im Betrieb ergibt sich aufgrund der oben beschriebenen Erwärmung des Lagerkamms sowie durch Einwirkung der genannten Kräfte wiederum eine Verformung des Lagerkamms, welche wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäss biegt sich die im kalten Zustand senkrecht zur Drehachse der Welle 40 ausgerichtete Tragfläche 12 des Lagerkamms 10 derart, dass sich im Nennbetrieb der Winkel der Verengung des Schmierspalts 53^' verringert und die beiden Tragflächen 12^' und 22 des Lagers parallel zueinander oder nahezu parallel zueinander verlaufen. In allen Ausführungsformen ist jeweils eine der Tragflächen als von der Ebene abweichend, welche senkrecht zur Drehachse der Welle ausgerichtet ist und die andere Tragfläche als streng radial, also entlang ebendieser Ebene verlaufend, welche senkrecht zur Drehachse der Welle ausgerichtet ist, beschrieben. Erfindungsgemäss können die sich verengenden Schmierspalte auch realisiert werden, indem die jeweiligen Tragflächen beide von jeweiligen Ebenen, welche senkrecht zur Drehachse der Welle ausgerichtet sind, abweichen, jedoch in einem Winkel zueinander stehen. Beispielsweise können in der Ausführungsform mit einer Schwimmscheibe sowohl die Tragfläche auf der dem Lagerkamm zugewandten Seite der Schwimmscheibe als auch die Tragfläche auf dem Lagerkamm zum Schmierspalt hin geneigt gegenüber der Ebene, welche senkrecht zur Drehachse der Welle ausgerichtet ist, verlaufen und so den sich verengenden Schmierspalt begrenzen.

Auch wenn in allen oben genannten Ausführungsformen jeweils nur von Tragflächen die Rede war, sei hier nochmals darauf hingewiesen, dass falls eine oder beide der einen jeweiligen Schmierspalt begrenzenden Bauteile eine profilierte Oberfläche mit Schmierölnut, Keilflächen und Rastflächen auf, so ist mit dem Begriff Tragfläche jeweils derjenige Bereich der profilierten Oberfläche gemeint, welcher als Rastfläche bezeichnet wird. Bei fehlender Rastfläche erstrecht sich die Tragfläche entlang der maximalen Erhebung der Keilflächen im Übergangsbereich zu den jeweils nächsten Schmierölnut.

Bezugszeichenliste

Lagerkannnn

, 12 Tragfläche am Lagerkamm

' , 12^' Tragfläche am Lagerkamm (im Betriebszustand)

Lagergehäuse

Axialanschlag

Gleitfläche

Schwimmscheibe

, 32 Tragfläche der Schwimmscheibe

Schmierölnut

Keilfläche

Rastfläche

Welle

Schmierspalt zwischen Axialanschlag und Schwimmscheibe

Schmierspalt zwischen Schwimmscheibe und Lagerkamm

' Schmierspalt zwischen Schwimmscheibe und Lagerkamm (im Betriebszustand)

Schmierspalt zwischen Axialanschlag und Lagerkamm

' Schmierspalt zwischen Axialanschlag und Lagerkamm (im Betriebszustand)

Claims

P AT E N TA N S P R Ü C H E

Hydrodynamisches Axiallager zur Lagerung einer drehbar in einem Lagergehäuse (20) gelagerten Welle (40), umfassend einen Axialanschlag (21 ) des Lagergehäuses (20) sowie einen mit der Welle drehenden Lagerkamm (10), wobei zwischen dem Axialanschlag (21 ) und dem Lagerkamm (10) mindestens ein durch eine profilierte Kreisringfläche und eine der profilierten Kreisringfläche gegenüberliegende, ebene Gleitfläche (22) begrenzter, mit Schmieröl beaufschlagter Schmierspalt (51 , 52, 53) ausgebildet ist, wobei die profilierte Kreisringfläche um die oder mit der Welle (40) rotierend ausgebildet ist, wobei die Profilierung der Kreisringflächen mehrere Segmente mit jeweils einer radial verlaufenden Schmierölnut (33), einer in Umfangsrichtung mit der Schmierölnut (33) verbundenen Keilfläche (34) und einer in Umfangsrichtung an die Keilfläche (34) angrenzende Rastflächen (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Schmierspalt (51 , 52, 53) die Rastflächen (35) und die ebene Gleitfläche (22) derart ausgebildet sind, dass sich der durch die Rastflächen (35) und die ebene Gleitfläche (22) begrenzte Schmierspalt (52) radial nach aussen bezüglich der axialen Richtung verengt.

Hydrodynamisches Axiallager nach Anspruch 1 , wobei eine ebene Gleitfläche (22) des Axialanschlags, welche den sich radial nach aussen verengenden Schmierspalt (51 , 53) begrenzt, zumindest in einem radial äusseren Teil abweichend von der Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse steht, zum Lagerkamm (10) hin geneigt ausgebildet ist.

Hydrodynamisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine ebene Gleitfläche (22) des Lagerkamms (10), welche den sich radial nach aussen verengenden Schmierspalt (52, 53) begrenzt, abweichend von der Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse steht, zum Axialanschlag (21 ) hin geneigt ausgebildet ist.

Hydrodynamisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei axial zwischen dem Axialanschlag (21 ) und dem Lagerkamm (10) eine Schwimmscheibe (30) angeordnet ist, und wobei ein durch eine profilierte Kreisringfläche und eine gegenüberliegende, ebene Gleitfläche (22) begrenzter und sich radial nach aussen verengender Schmierspalt (52) zwischen der Schwimmscheibe (30) und dem Lagerkamm (10) ausgebildet ist.

5. Hydrodynamisches Axiallager nach Anspruch 4, wobei die profilierte Kreisringfläche der Schwimmscheibe (30) und eine ebene Gleitfläche des Lagerkamms (10) den sich radial nach aussen verengenden Schmierspalt (52) begrenzen, und wobei die ebene Gleitfläche zumindest in einem radial äusseren Teil abweichend von der Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse steht, zum Axialanschlag (21 ) hin geneigt ausgebildet ist.

6. Hydrodynamisches Axiallager nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei von dem Axialanschlag (21 ) und der Schwimmscheibe (30) ein weiterer Schmierspalt (51 ) begrenzt ist, wobei die diesen weiteren Schmierspalt (51 ) begrenzende ebene Gleitfläche (22) des Axialanschlags (21 ), abweichend von der Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse steht, zur Schwimmscheibe (30) hin geneigt ausgebildet ist. 7. Strömungsmaschine, umfassend eine in einem Gehäuse (20) drehbar gelagerte Welle (40), mit einem hydrodynamischen Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Abgasturbolader, umfassend eine in einem Gehäuse (20) drehbar gelagerte Welle (40), mit einem hydrodynamischen Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 9. Abgasturbolader nach Anspruch 8, wobei der Lagerkamm (10) und die Welle (40) stoffschlüssig verbunden oder aus einem Stück gefertigt sind.