CH616727A5

CH616727A5 - Locking device for the rotating shaft of a machine, especially a turbocharger

Info

Publication number: CH616727A5
Application number: CH1139575A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Diebold; Edelwald Lutz
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1980-04-15
Also published as: JPS5232414A; DE2541988C2; PL109939B1; BR7605785A; DK142207C; DE7529797U; JPS608326B2; DE2541988A1; DK142207B; GB1544869A; DK395376A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blockiervorrichtung für die rotierende Welle einer Maschine, insbesondere eines Turboladers. The present invention relates to a blocking device for the rotating shaft of a machine, in particular a turbocharger.

Beim Auftreten einer Havarie eines Turboladers an einer Dieselmotoranlage, beispielsweise durch Schäden an der Beschaufelung oder Lagerschäden, ist es zur Vermeidung eines Totalausfalles der Anlage erforderlich, die Welle stillzusetzen und anschliessend den bisher aufgeladenen Dieselmotor ohne Aufladung weiter zu betreiben. Bei stillgesetztem Turbolader durchströmen die Abgase des Dieselmotors weiterhin die nun stillstehenden Turbinenschaufeln in axialer Richtung und üben damit auf das Turbinenrad ein Drehmoment aus. Um ein Drehen der Welle des Turboladers zu verhindern, muss diese durch eine Vorrichtung blockiert werden, welche ein entsprechendes Gegendrehmoment ausübt. If a turbocharger breaks down on a diesel engine system, for example due to damage to the blading or bearing damage, it is necessary to avoid a total failure of the system, shut down the shaft and then continue to operate the previously charged diesel engine without charging. When the turbocharger is stopped, the exhaust gases from the diesel engine continue to flow through the now stationary turbine blades in the axial direction and thus exert a torque on the turbine wheel. In order to prevent the turbocharger shaft from rotating, it must be blocked by a device which exerts a corresponding counter-torque.

Die heute bekannten und verwendeten Blockiervorrichtungen können beispielsweise an der Verdichterseite, als auch an der Turbinenseite angebracht sein. Dazu werden zwei identische Blockiervorrichtungen verwendet. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und axialen thermischen Dehnungen der durch die Blockiervorrichtung blockierten Welle wird jedoch turbinenseitig ein elastisches Verbindungsglied zwischen der Blockiervorrichtung und dem Maschinengehäuse vorgesehen. The blocking devices known and used today can be attached, for example, to the compressor side and also to the turbine side. Two identical blocking devices are used for this. To compensate for manufacturing tolerances and axial thermal expansions of the shaft blocked by the blocking device, however, an elastic connecting member is provided on the turbine side between the blocking device and the machine housing.

Von Nachteil bei der bekannten Art der Blockierung der Welle des Turboladers ist jedoch die Tatsache, dass die durch beide Blockiervorrichtungen ausgeübten Gegendrehmomente zueinander sehr verschieden sind. Das Turbinenrad ist näher zum einen Endlager der Turbinenwelle angeordnet, wodurch der Hebelarm auf der Verdichterseite wesentlich länger ist. Dadurch ist das auf der Verdichterseite entwickelte Drehmoment kleiner als das auf die Turbinenseite einwirkende Gegendrehmoment, dadurch kann eine Verformung oder Überbeanspruchung des Wellenendes auftreten. A disadvantage of the known type of blocking the shaft of the turbocharger, however, is the fact that the counter torques exerted by both blocking devices are very different from one another. The turbine wheel is arranged closer to one end bearing of the turbine shaft, as a result of which the lever arm on the compressor side is considerably longer. As a result, the torque developed on the compressor side is less than the counter torque acting on the turbine side, which can result in deformation or overstressing of the shaft end.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Blockiervorrichtung zu schaffen, welche an jeder Maschinenwelle auf einfache Weise befestigt werden kann. Vorzugsweise soll dabei der kurze Abstand der Blockierstelle zum Lager des Turbinenrades und damit die geringe Torsionswirkung dieses Wellenteiles ausgenützt werden. It is an object of the present invention to provide a blocking device which can be attached to any machine shaft in a simple manner. The short distance between the blocking point and the bearing of the turbine wheel and thus the low torsional effect of this shaft part should preferably be used.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. The aforementioned object is achieved according to the invention by the characterizing part of patent claim 1.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht insbesondere darin, dass durch die Verbindung einer äusseren Büchse mit einer inneren Büchse über Spannstifte, wobei eine axiale Verschiebbarkeit der beiden Büchsen gegeneinander gewährleistet ist, ein Ausgleich von mechanischen und thermischen Dehnungen auf einfache Weise möglich ist. Die Anordnung von Spannelementen an der inneren Büchse, sowie eines geschlitzten inneren Ringes, welcher, vorzugsweise auf einem Bund, auf der Welle aufliegt, ergibt eine reibschlüssige Blockierung derselben. The advantage of this arrangement is in particular that by connecting an outer sleeve to an inner sleeve by means of dowel pins, whereby axial displacement of the two sleeves against one another is ensured, a compensation of mechanical and thermal expansions is possible in a simple manner. The arrangement of clamping elements on the inner sleeve, as well as a slotted inner ring, which rests on the shaft, preferably on a collar, results in a frictional locking of the same.

Gemäss einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind die Spannstifte jeweils zwischen der äusseren Büchse und der inneren Büchse angeordnet und bestehen die Spannelemente aus einem äusseren Ring und Spannschrauben, wobei der äussere Ring eine konische Aussenfläche und der geschlitzte innere Ring eine konische Innenfläche aufweisen. According to one embodiment of the subject matter of the invention, the clamping pins are each arranged between the outer sleeve and the inner sleeve and the clamping elements consist of an outer ring and clamping screws, the outer ring having a conical outer surface and the slotted inner ring having a conical inner surface.

Durch die Anordnung von Spannelementen, welche sich vorzugsweise aus einem äusseren Ring, Spannschrauben und einem geschlitzten inneren Ring zusammensetzen, ergibt sich die einfache Möglichkeit, durch Anziehen der Spannschrauben die konischen Flächen des geschlitzten inneren Ringes und des äusseren Ringes so gegeneinander anzuziehen, dass der geschlitzte innere Ring entsprechend stark an die Welle, vorzugsweise an einen Wellenbund derselben, angepresst wird, wodurch eine reibschlüssige Verbindung entsteht. The arrangement of tensioning elements, which are preferably composed of an outer ring, tensioning screws and a slotted inner ring, provides the simple possibility of tightening the tensioning screws to tighten the conical surfaces of the slotted inner ring and the outer ring so that the slotted one inner ring is pressed correspondingly strongly against the shaft, preferably against a shaft collar thereof, whereby a frictional connection is created.

Weiterhin können alternierend im äusseren Ring Gewindebohrungen und Abdrückflächen vorgesehen sein. In addition, threaded bores and pressing surfaces can alternately be provided in the outer ring.

Eine vorteilhafte Anordnung von Gewindebohrungen und Abdrückflächen in alternierender Reihenfolge im äusseren Ring ergibt die einfache Möglichkeit, die Spannschrauben sowohl zum Blockieren der Welle, als auch zum Lösen der Blockiervorrichtung zu verwenden, indem diese in die entsprechenden Bohrungen der inneren Büchse eingesetzt werden. An advantageous arrangement of threaded holes and pressing surfaces in an alternating order in the outer ring provides the simple possibility of using the clamping screws both for blocking the shaft and for releasing the blocking device by inserting them into the corresponding holes in the inner sleeve.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform sind in der inneren Büchse gegenüber den Abdrückflächen des äusseren Ringes Abdrückgewinde angeordnet und die Spannschrauben in Durchgangsbohrungen der inneren Büchse und in Gewindebohrungen des äusseren Ringes angeordnet. According to a further embodiment, forcing threads are arranged in the inner sleeve opposite the push-off surfaces of the outer ring and the clamping screws are arranged in through bores of the inner sleeve and in threaded holes of the outer ring.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ohne Verwendung besonderer Spann- bzw. Abdrückschrauben die Blockiervorrichtung mit denselben Spannschrauben sowohl an der Welle fixiert, als auch von dieser gelöst werden kann. This has the advantage that, without using special tensioning or forcing screws, the blocking device can both be fixed to the shaft with the same tensioning screws and can also be released from it.

Ferner ist es zweckmässig, die äussere Büchse mittels Befestigungsschrauben am Maschinengehäuse fixierbar auszubilden und zwischen der äusseren Büchse und dem Haltering eine Feder anzuordnen, welche im gelösten Zustand der Vorrichtung die innere Büchse in die ursprüngliche Lage verschiebt. Furthermore, it is expedient to design the outer sleeve such that it can be fixed on the machine housing by means of fastening screws and to arrange a spring between the outer sleeve and the retaining ring which, when the device is released, shifts the inner sleeve into the original position.

Durch die zweckmässige Anordnung einer Feder zwischen s Due to the appropriate arrangement of a spring between s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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dem Haltering und der äusseren Büchse ist es möglich, axiale Längsverschiebungen der inneren Büchse gegenüber der äusseren Büchse in einfacher Weise auszugleichen. the retaining ring and the outer sleeve, it is possible to easily compensate for axial longitudinal displacements of the inner sleeve relative to the outer sleeve.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Blockiervorrichtung vereinfacht dargestellt. s In the drawing, an embodiment of the blocking device is shown in simplified form. s

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine Blockiervorrichtung in blockiertem Zustand, 1 is a blocking device in a blocked state,

Fig. 2 dieselbe Blockiervorrichtung gemäss Fig. 1 in gelöstem Zustand. î# Fig. 2 the same locking device according to Fig. 1 in the released state. î #

Gemäss Fig. 1 ist mit 1 ein Maschinengehäuse, beispielsweise das Gehäuse eines Turboladers bezeichnet, in welchem eine Welle 2 gelagert ist. Die Welle 2 weist einen Wellenbund 3 auf. Am Maschinengehäuse 1 ist eine äussere Büchse 4 einer is Blockiervorrichtung mit einem Haltering 5 mittels Befestigungsschrauben 6 befestigt. Axial verschiebbar zur äusseren Büchse 4 ist eine innere Büchse 7 mittels Spannelementen, 1, 1 denotes a machine housing, for example the housing of a turbocharger, in which a shaft 2 is mounted. The shaft 2 has a shaft collar 3. On the machine housing 1, an outer sleeve 4 of a locking device with a retaining ring 5 is fastened by means of fastening screws 6. An inner sleeve 7 is axially displaceable relative to the outer sleeve 4 by means of clamping elements,

welche aus einem geschlitzten inneren Ring 8, einem äusseren Ring 9 und Spannschrauben 10 bestehen, am Wellenbund 3 20 reibschlüssig festgeklemmt. Zur Aufnahme der Spannschrauben 10 ist die innere Büchse 7 mit einer Durchgangsbohrung 11 versehen. Der geschlitzte innere Ring 8 weist eine konische Aussenfläche und der äussere Ring 9 eine konische Innenfläche 12 auf. Zwischen der Bohrung der inneren Büchse 7 und 25 der äusseren Büchse 4 sind Spannstifte 13 vorgesehen. Zwischen dem Haltering 5 und der Stirnfläche der äusseren Büchse 4 und der inneren Büchse 7 ist eine Feder 14 angeordnet. Die innere Büchse 7 ist an ihrer, der Welle 2 zugekehrten Innenfläche als Führung 15 ausgebildet, welche auf dieser 30 aufliegt. which consist of a slotted inner ring 8, an outer ring 9 and clamping screws 10, frictionally clamped on the shaft collar 3 20. To accommodate the clamping screws 10, the inner sleeve 7 is provided with a through hole 11. The slotted inner ring 8 has a conical outer surface and the outer ring 9 has a conical inner surface 12. Dowel pins 13 are provided between the bore of the inner sleeve 7 and 25 of the outer sleeve 4. A spring 14 is arranged between the retaining ring 5 and the end face of the outer sleeve 4 and the inner sleeve 7. The inner sleeve 7 is formed on its inner surface facing the shaft 2 as a guide 15 which rests on this 30.

In der Fig. 2 ist die Blockiervorrichtung in gelöstem Zustand dargestellt, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wie in Fig. 1. Die Befestigungsschrauben 6 sind vom Maschinengehäuse 1 gelöst, gleichzeitig sind die Spann- 3s schrauben 10 in Abdrückgewinden 16 der inneren Büchse 7 eingeschraubt und drücken mit ihrer Stirnfläche gegen eine Abdrückfläche 17 des äusseren Ringes 9, wodurch die konischen Flächen 12 des geschlitzten inneren Ringes 8 und des äusseren Ringes 9 voneinander gelöst werden und damit die 40 Blockiervorrichtung vom Wellenbund 3 abgezogen werden kann. Um zu verhindern, dass insbesondere im gelösten Zustand der geschlitzte innere Ring 8 und der äussere Ring 9 aus der inneren Büchse 7 herausfallen, ist in der inneren 2, the blocking device is shown in the released state, the same parts being provided with the same reference numerals as in FIG. 1. The fastening screws 6 are released from the machine housing 1, at the same time the tensioning screws 3 are 10 in forcing threads 16 of the inner Screwed bush 7 and press with its end face against a push-off surface 17 of the outer ring 9, as a result of which the conical surfaces 12 of the slotted inner ring 8 and the outer ring 9 are released from one another and the 40 blocking device can thus be removed from the shaft collar 3. In order to prevent the slotted inner ring 8 and the outer ring 9 from falling out of the inner sleeve 7, in particular in the released state, is in the inner

Büchse 7 ein Sperring, vorzugsweise ein Seegerring 18 vorgesehen. Bush 7 a locking ring, preferably a circlip 18 is provided.

Die Funktionsweise der Blockiervorrichtung ist folgende: Zum Blockieren der Welle 2 wird die aus der äusseren Büchse 4, der inneren Büchse 7, dem Haltering 5, deï Feder 14 und den zwischen den Bohrungen der inneren Büchse 7 und der äusseren Büchse 4 angeordneten Spannstiften 13 bestehende Blockiervorrichtung mit der Führung 15 über die Welle 2 geschoben, die äussere Büchse 4 wird mittels der Befestigungsschrauben 6 am Maschinengehäuse 1 befestigt und die innere Büchse 7 wird mittels der Spannelemente 8, 9 und 10 an der Welle reibschlüssig festgeklemmt, und zwar dadurch, dass die Spannschrauben 10, welche durch die Durchgangsbohrungen 11 der inneren Büchse 7 hindurchragen, in die Gewindebohrungen 19 eingesetzt werden. Durch das Einschrauben der Spannschrauben 10 in die Gewindebohrungen 19 des äusseren Ringes 9 werden die Spannelemente 8, 9 axial so verschoben, dass sie durch die konischen Flächen 12 den auf die Welle 2 aufzulegenden geschlitzten inneren Ring 8 fest gegen die Welle 2 klemmen, um diese mit dem Maschinengehäuse 1 kraftschlüssig zu verbinden. Die Ausbildung der Blockiervorrichtung in die innere Büchse 7 und die äussere Büchse 4, welche gegeneinander verschiebbar sind, ermöglicht ein axiales Verschieben der Welle 2 gegenüber dem Maschinengehäuse 1. Im gelösten Zustand der Vorrichtung verschiebt die Feder 14 die innere Büchse 7 in die Ausgangslage. Die Spannstifte 13 übertragen das Drehmoment von der inneren Büchse 7 auf die äussere Büchse 4. The functioning of the blocking device is as follows: To block the shaft 2, the dowel pins 13, consisting of the outer sleeve 4, the inner sleeve 7, the retaining ring 5, and the spring 14, and the spring pins 13 arranged between the bores of the inner sleeve 7 and the outer sleeve 4 Blocking device with the guide 15 pushed over the shaft 2, the outer sleeve 4 is fastened to the machine housing 1 by means of the fastening screws 6 and the inner sleeve 7 is frictionally clamped to the shaft by means of the clamping elements 8, 9 and 10, namely that the Tensioning screws 10, which protrude through the through bores 11 of the inner sleeve 7, are inserted into the threaded bores 19. By screwing the clamping screws 10 into the threaded holes 19 of the outer ring 9, the clamping elements 8, 9 are axially displaced such that they clamp the slotted inner ring 8 to be placed on the shaft 2 firmly against the shaft 2 by the conical surfaces 12 to be connected to the machine housing 1 in a force-locking manner. The formation of the blocking device in the inner sleeve 7 and the outer sleeve 4, which are displaceable relative to one another, enables the shaft 2 to be axially displaced relative to the machine housing 1. When the device is released, the spring 14 displaces the inner sleeve 7 into the starting position. The dowel pins 13 transmit the torque from the inner sleeve 7 to the outer sleeve 4.

Zur Demontage der Blockiervorrichtung werden die Spannschrauben 10 aus den Gewindebohrungen 19 des äusseren Ringes 9 herausgeschraubt und in zwischen den einzelnen Bohrungen 11 der inneren Büchse 7 angeordnete Abdrückgewinde 16 eingeschraubt, und zwar soweit, bis sie mit ihrer Stirnfläche an der Abdrückfläche 17 des äusseren Ringes 9 anstossen. Bei weiterem Anziehen wird der äussere Ring 9 von der konischen Fläche 12 des geschlitzten inneren Ringes 8 weggedrückt. Der Hub der Spannschrauben 10 ist durch ihre Gewindelänge begrenzt. Durch Lösen der Befestigungsschrauben 6 aus den entsprechenden Bohrungen im Maschinengehäuse 1 kann die Blockiervorrichtung von der Welle 2 abgezogen werden. Durch die Führung 15, deren Innendurchmesser mit dem Aussendurchmesser der Welle 2 übereinstimmt, wird die Montage und Demontage der Blockiervorrichtung erleichtert, und ein Verkanten vermieden. To dismantle the blocking device, the clamping screws 10 are unscrewed from the threaded bores 19 of the outer ring 9 and screwed into forcing threads 16 arranged between the individual bores 11 of the inner sleeve 7, namely until their end face on the pressing surface 17 of the outer ring 9 nudge. When tightened further, the outer ring 9 is pressed away from the conical surface 12 of the slotted inner ring 8. The stroke of the clamping screws 10 is limited by their thread length. The blocking device can be removed from the shaft 2 by loosening the fastening screws 6 from the corresponding bores in the machine housing 1. The assembly and disassembly of the blocking device is facilitated by the guide 15, the inside diameter of which corresponds to the outside diameter of the shaft 2, and tilting is avoided.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Blocking device for the rotating shaft of a machine, in particular a turbocharger, characterized in that an outer sleeve (4) which can be fixed on the machine housing (1) is provided with a retaining ring (5), that an inner sleeve (7) by means of dowel pins (13 ) is rotatably connected to the outer sleeve (4) and axially displaceable in the outer sleeve (4) and that clamping elements (9, 10) are provided in the inner sleeve (7) in order to place a slotted inner one on the shaft (2) Clamp the ring (8) firmly against the shaft (2) and frictionally connect it to the machine housing (1).

2. Blocking device according to claim 1, characterized in that the clamping pins (13) are each arranged between the outer sleeve (4) and the inner sleeve (7).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Blocking device according to claim 1, characterized in that the clamping elements consist of an outer ring (9) and clamping screws (10).

4. Blocking device according to claims 1 and 3, characterized in that the slotted inner ring (8) has a conical outer surface and the outer ring (9) has a conical inner surface (12).

5. Blocking device according to claims 1 and 3, characterized in that threaded bores (19) and pressing surfaces (17) are provided alternately in the outer ring (9).

6. Blocking device according to claims 1 and 5, characterized in that in the inner sleeve (7) opposite the push-off surfaces (17) of the outer ring (9), pull-off threads (16) are arranged.

7. Blocking device according to claims 1 and 3, characterized in that the clamping screws (10) in through holes (11) of the inner sleeve (7) and in threaded holes (19) of the outer ring (9) are arranged.

8. Blocking device according to claim 1, characterized in that the outer sleeve (4) by means of fastening screws (6) on the machine housing (1) can be fixed.

9. Blocking device according to claim 1, characterized in that between the outer sleeve (4) and the retaining ring (5) a spring (14) is arranged, which automatically shifts the inner sleeve (7) into the original position in the released state of the device .