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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zusatz-Schmiermittelversorgung,
insbesondere für
einen Turbolader, einen Turbolader mit einer solchen Zusatz-Schmiermittelversorgung
sowie ein Verfahren zur Versorgung einer Lagerstelle einer Turbine
mittels einer solchen Zusatz-Schmiermittelversorgung.
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In
einem Turbolader werden Lagerstellen, in denen eine Turbine gelagert
ist, üblicherweise
geschmiert, indem eine Schmiermittelpumpe Schmiermittel unter Druck
aus einem Haupt-Schmiermittelvolumen in die Lagerstellen fördert, aus
denen das Schmiermittel in das Haupt-Schmiermittelvolumen zurückströmt. Durch
diese Umlaufschmierung wird vorteilhafterweise Wärme aus den Lagerstellen abgeführt. Bei
einem Ausfall dieser Haupt-Schmiermittelversorgung,
beispielsweise aufgrund eines Defekts der Schmiermittelpumpe, können bis
zur Stillsetzung der unter Voll- oder Teillast nachlaufenden Turbine
massive Lagerschäden
auftreten, wenn Schmiermittel aus den Lagerstellen abströmt, ohne nachgefördert zu
werden.
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Nach
der
DE 32 01 008 A1 sind
für Gasturbinen
Zusatz-Schmiermittelversorgungen
bekannt, die ein Zusatz-Schmiermittelvolumen umfassen, aus dem den
Lagerstellen bei einem Versagen der Haupt-Schmiermittelversorgung Schmiermittel
zugeführt
wird. Hierzu ist nach der
DE
32 01 008 A1 entweder das Zusatz-Schmiermittelvolumen höher als die
Lagerstellen angeordnet, so dass Schmiermittel unter Schwerkraftwirkung
zu den Lagerstellen strömt,
oder in dem Zusatz-Schmiermittelvolumen ein Druckluftpolster ausgebildet,
welches das Schmiermittel zu den Lagerstellen austreibt. Im normalen
Betrieb ist die Schmiermittelzufuhr aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
durch eine Reihe von Absperrventilen unterbrochen, die bei einem
Versagen der Haupt-Schmiermittelversorgung manuell oder automatisch
betätigt
werden.
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Nachteilig
kann bei Ausfall der Haupt-Schmiermittelversorgung durch die Schwerkraftwirkung
sogenannter Hochtanks bzw. das in Zusatztanks gefangene geringe
Druckluftpolster nur eine begrenzte Menge Schmiermittel zugeführt werden,
die unter Umständen
nicht ausreicht, die Lagerstellen nach einem Ausfall der Haupt-Schmiermittelversorgung
bis zum Stillsetzen der unter Voll- oder Teillast weiterlaufenden
Turbine ausreichend zu schmieren und zu kühlen. Insbesondere verringert sich
mit dem aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen abströmenden Schmiermittel
dessen Förderdruck.
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Daher
schlägt
die
DE 32 01 008 A1 ebenso wie
die
US 2005/0000753
A1 und die
WO
91/05943 A1 vor, mittels Druckluft eine Luftstrahlpumpe
zu betreiben, die Schmiermittel aus einem Haupt- oder Zusatz-Schmiermittelvolumen
ansaugt und als Sprühnebel
auf die Lagerstellen aufbringt. Die durch eine Venturi-Düse strömende Druckluft saugt Schmiermittel
an und vermischt sich mit diesem zu einem Sprühnebel, der durch eine Austrittsdüse auf die
Lagerstellen gerichtet ist.
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Nachteilig
kann ein solches System jedoch keine Druckschmierung der Lagerstellen
aufrechterhalten, bei der Schmiermittel unter Druck zu den Lagerstellen
gefördert
wird und infolge des nachgeförderten
Schmiermittels aus den Lagerstellen abströmt.
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Aus
der
DE 1 600 333 A ist
eine Zusatz-Schmiermittelversorgung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt, bei der ein neben einem Hauptölbehälter angeordneter Schmiermitteldruckbehälter ein
separates Zusatz-Schmiermittelvolumen bildet, das über eine
Pressluftleitung mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Nachteilig
erfordert diese Lösung
den zusätzlichen
Schmiermitteldruckbehälter und
steht einer kompakten Ausgestaltung der Schmiermittelversorgung
entgegen.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompaktere
Zusatz-Schmiermittelversorgung zur Verfügung zu stellen, mit der eine
Lagerstelle bei Ausfall einer Haupt-Schmiermittelversorgung mit
einer ausreichenden Schmiermittelmenge druckgeschmiert werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist eine Zusatz-Schmiermittelversorgung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale
weitergebildet. Anspruch 10 stellt den gesamten Turbolader, Anspruch
11 das zugehörige
Verfahren unter Schutz.
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders für die Zusatz-Schmiermittelversorgung
einer Lagerstelle geeignet, in der eine Turbine eines Turboladers
gelagert ist. Sie wird daher nachfolgend anhand dieser Anwendung
näher erläutert, ist
jedoch nicht hierauf beschränkt,
sondern kann grundsätzlich
auch zur Zusatz-Schmiermittelversorgung von Lagerstellen anderer
druckgeschmierter Bauteile verwendet werden. Die Zusatz-Schmiermittelversorgung
nach der vorliegenden Erfindung kann auch mehrere Lagerstellen, beispielsweise
mehrere Gleit-, Wälz-,
Axial-, Radial- und/oder
Schublager mit Schmiermittel versorgen.
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Ein
Turbolader nach einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Haupt-Schmiermittelversorgung
mit einer Schmiermittelpumpe, die Schmiermittel unter Druck aus
einem Haupt-Schmiermittelvolumen in eine Lagerstelle fördert, aus
der das Schmiermittel in das Haupt-Schmiermittelvolumen zurückströmt. Hierdurch
wird die Reibung in der Lagerstelle verringert, altes Schmiermittel
aus der Lagerstelle gepresst und gleichzeitig Wärme und Abrieb mit dem Schmiermittel
aus der Lagerstelle abgeführt.
Als Schmiermittel kann beispielsweise Schmieröl verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
ist in einem Schmiermittelzulauf dabei ein zweites Rückströmsperrmittel,
in der Regel ein Rückschlagventil,
angeordnet, das ein Strömen
von Schmiermittel gegen die Förderrichtung der
Schmiermittelpumpe verhindert. Bei Abfall des Förderdruckes der Schmiermittelpumpe
kann dadurch kein Schmiermittel aus der Lagerstelle zur Schmiermittelpumpe
entweichen. Gleichwohl pressen Gewichts- und Kreiselkräfte des
Turbinenläufers der
unter Teil- oder Volllast weiterlaufenden Turbine vorhandenes Schmiermittel
aus der Lagerstelle, was zu einer unzureichenden Schmierfilmdicke
und damit schließlich
zu einer Schädigung
der Lagerstelle führen
würde.
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Erfindungsgemäß ist daher
eine Zusatz-Schmiermittelversorgung vorgesehen, um eine druckgeschmierte
Lagerstelle, beispielsweise in dem vorstehend erläuterten
Turbolader, bei einem Ausfall der Schmiermittelpumpe mit einem Schmiermittel
zu versorgen. Die erfindungsgemäße Zusatz-Schmiermittelversorgung
umfasst ein Zusatz-Schmiermittelvolumen, das durch eine Zusatz-Schmiermittelpassage
mit der Lagerstelle verbunden ist, eine Fluiddruckquelle, und ein
Fluidabsperrmittel, das in einer Öffnungsstellung die Fluiddruckquelle
mit dem Zusatz-Schmiermittelvolumen verbindet, so dass ein Fluid
aus der Fluiddruckquelle Schmiermittel in dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
mit Druck beaufschlagt, und in einer Schließstellung die Fluiddruckquelle
von dem Zusatz-Schmiermittelvolumen trennt.
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Bei
geöffnetem
Fluidabsperrmittel strömt
somit das in der Fluiddruckquelle unter Druck vorliegende Fluid
in das Zusatz-Schmiermittelvolumen und presst darin gespeichertes
Schmiermittel durch die Zusatz-Schmiermittelpassage mit entsprechendem Druck
in die Lagerstelle.
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Eine
solche Zusatz-Schmiermittelversorgung vereint die Vorteile des einleitend
dargestellten Standes der Technik: durch das aus der Fluiddruckquelle
nachströmende
Fluid kann ausreichend lange Schmiermittel unter Druck aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
in die Lagerstelle gepresst werden, ohne dass durch die Entspannung
eines kleinvolumigen gefangenen Druckluftpolsters oder das Nachlassen
der Schwerkraftwirkung mit abnehmender Schmiermittelmasse in einem
Hochtank der Druck des nachströmenden
Schmiermittels auf einen unzureichenden Wert absinken würde. Bei
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann hingegen nahezu das gesamte im Zusatz-Schmiermittelvolumen gespeicherte
Schmiermittel ausgetrieben und zur Schmierung genutzt werden. Zusätzlich wird
die Lagerstelle druckgeschmiert, so dass altes Schmiermittel durch
das nachgeförderte
Schmiermittel aus der Lagerstelle ausgetrieben wird und dabei Wärme und Abrieb
aus der Lagerstelle abführt.
Bevorzugt wird dieses Schmiermittel wieder einem Haupt-Schmiermittelvolumen
zugeführt.
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Bevorzugt
sind Schmiermittel und Fluid nicht miteinander mischbar. Besonders
vorteilhaft wird daher als Schmiermittel eine Flüssigkeit, insbesondere Schmieröl, und als
Fluid ein unter Druck stehendes Gas, insbesondere Druckluft oder
ein Edelgas eingesetzt.
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Wird
die Zusatz-Schmiermittelversorgung in einem Turbolader eingesetzt,
kann die Fluiddruckquelle beispielsweise durch die Turbine mit Druck
beaufschlagt werden. So kann insbesondere Ladeluft des Turboladers
abgezweigt und als druckgeladenes Fluid der Fluiddruckquelle zugeführt werden.
In diesem Fall hängt
der Druck des Fluides, mit dem dieses Schmiermittel in die Lagerstelle
presst, von der Drehzahl des Turboladers ab, die ihrerseits die
Kreiselkräfte
und die Reibung und damit den im Schmierfilm notwendigen Druck,
den in der Lagerstelle produzierten Abrieb und die erzeugte Wärme sowie
den zu deren Abfuhr notwendige Schmiermittelstrom bestimmt. Somit
wird der Lagerstelle bei höherer
Turbinendrehzahl unter höherem
Druck bzw. mehr Schmiermittel zugeführt. Dadurch ergibt sich vorteilhaft
eine Zusatz-Schmiermittelversorgung, bei der zugeführte Schmiermittelmenge
und/oder -druck sich selbsttätig entsprechend
der Schmieranforderung einstellt. Zusätzlich oder alternativ können auch
andere Fluiddruckquellen eingesetzt werden, beispielsweise eine Startluftflasche
einer Gasturbine.
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Erfindungsgemäß ist das
Zusatz-Schmiermittelvolumen durch einen Hohlraum in einem Gehäuse, in
dem die Lagerstelle angeordnet ist, definiert. In einer bevorzugten
Ausführung
wird hierzu einfach das Lagergehäuse,
in dem eine Lagerschale abgestützt
ist, mit Schmiermittel befüllt,
so dass der zwischen Gehäuse
und Lagerstelle ausgebildete Hohlraum als Zusatz-Schmiermittelvolumen genutzt wird. Vorteilhafterweise
kann dann auf eine vollwertige Abdichtung zwischen Lagerstelle und
Gehäuse verzichtet
werden.
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Die
erfindungsgemäße Ausführung bietet eine
Reihe von Vorteilen: zum einen kann ein separater Zusatz-Schmiermitteltank
eingespart werden, so dass die gesamte Zusatz-Schmiermittelversorgung
kompakter ausgestaltet werden kann. Zum anderen temperiert das die
Lagerstelle umgebende Schmiermittel die Lagerstelle. Insbesondere
kann Wärme
nicht nur konvektiv durch das in die Lagerstelle gepresste und aus
dieser wieder abströmende Schmiermittel
abgeführt,
sondern auch über
Wärmeleitung
durch die Lagerschale in das sie umgebende Schmiermittel ausgetragen
werden.
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Besonders
bevorzugt liegt die Füllhöhe des Gehäuses über der
Lagerstelle, so dass zusätzlich die
Schwerkraftwirkung genutzt wird, um Schmiermittel in die Lagerstelle
zu pressen. Zudem kann so Wärme über den
gesamten Außenumfang
der Lagerstelle in das Schmiermittel eingetragen werden. Insbesondere
kann das Gehäuse
vollständig
mit Schmiermittel befüllt
sein.
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Wenn
das Gehäuse
als Zusatz-Schmiermittelvolumen genutzt wird, ist es vorteilhaft,
ein Abströmabsperrmittel
vorzusehen, das in einer Öffnungsstellung
ein Abströmen
von Fluid und/oder Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
gestattet und in einer Schließstellung
verhindert. Im Normalbetrieb kann das Abströmabsperrmittel geöffnet werden,
so dass das Gehäuse
drucklos ist. Erst, wenn bei einem Ausfall der Haupt-Schmiermittelversorgung
das Zusatz-Schmiermittelvolumen durch das Fluid mit Druck beaufschlagt
wird, um Schmiermittel in die Lagerstelle zu pressen, schließt das Abströmabsperrmittel
und gestattet so den Druckaufbau im Zusatz-Schmiermittelvolumen.
Nach Stillsetzen der Turbine kann das Gehäuse wieder entlüftet werden.
Die gleichen Vorteile ergeben sich, wenn das Abströmabsperrmittel
bei einem separaten Zusatz-Schmiermittelvolumen vorgesehen ist,
das dann im Normalbetrieb ebenfalls drucklos ist und nach einem
Ausfall der Haupt-Schmiermittelversorgung wieder entlüftet werden
kann.
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Das
Abströmabsperrmittel
kann in einer Fluidpassage angeordnet sein, die das Zusatz-Schmiermittelvolumen
mit einem Haupt-Schmiermittelvolumen einer Haupt-Schmiermittelversorgung
verbindet. Vorteilhafterweise kann so überschüssiges Schmiermittel im Zusatz-Schmiermittelvolumen
in das Haupt-Schmiermittelvolumen
abströmen
und so wieder der Haupt-Schmiermittelversorgung
zugeführt werden.
Umgekehrt kann so zur Erst- oder
Wiederbefüllung
des Zusatz-Schmiermittelvolumens Schmiermittel aus dem Haupt-Schmiermittelvolumen
zugeführt
werden. Alternativ kann in der Fluidpassage ein drittes Rückströmsperrmittel
angeordnet sein, das ein Abströmen
von Schmiermittel zu dem Zusatz-Schmiermittelvolumen hin verhindert.
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Wird
das Gehäuse
als Zusatz-Schmiermittelvolumen genutzt, kann durch die Fluidpassage
ein Austausch des im Gehäuse
gespeicherten Schmiermittels erfolgen und so Wärme aus dem Gehäuse abgeführt werden.
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Vorteilhafterweise
kann dabei Schmiermittel aus dem Gehäuse über das in Normalbetrieb geöffnete Abströmsperrmittel
durch die Fluidpassage in das Haupt-Schmiermittelvolumen abströmen.
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Für die Zufuhr
von Schmiermittel in das Gehäuse
während
des Normalbetriebs stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist hierzu die Lagerstelle gegen das
Gehäuseinnere
nicht vollständig
abgedichtet, so dass Schmiermittel, welches durch die Schmiermittelpumpe
in die Lagerstelle gepresst wird, im Normalbetrieb aus der Lagerstelle
in das Gehäuseinnere
austritt und von dort über
das geöffnete
Abströmsperrmittel
durch die Fluidpassage in das Haupt-Schmiermittelvolumen abströmt. In einer
anderen Ausführung
ist das Gehäuse
durch eine zweite Schmiermittelpassage mit der Schmiermittelpumpe verbunden,
wobei in dieser zweiten Schmiermittelpassage bevorzugt ein Druckregulierungsmittel
zur Regulierung des Schmiermitteldruckes angeordnet ist, so dass
das Gehäuse
mit einem geringeren Druck beschickt wird als die Lagerstelle.
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Das
Abströmabsperrmittel
umfasst bevorzugt ein normalerweise geschlossenes Ventil, welches
durch den Druck des Schmiermittels in einer Steuerpassage, die mit
der Förderseite
der Schmiermittelpumpe verbunden ist, in die Öffnungsstellung geschaltet
wird. Solange die Schmiermittelpumpe auf ihrer Förderseite ausreichend Schmiermitteldruck
zur Schmierung der Lagerstelle zur Verfügung stellt, wird das Abströmabsperrmittel
durch diesen Druck aktiv gelüftet
und erlaubt ein Entweichen von überschüssigem Fluid
und/oder Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen. Bei
einem Druckabfall auf der Förderseite
der Schmiermittelpumpe schließt das
Abströmabsperrmittel
selbsttätig,
beispielsweise unter der Kraft einer vorgespannten Feder, verhindert so
ein ungewolltes Abströmen
von Fluid oder Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
und ermöglicht den
notwendigen Druckaufbau, um Schmiermittel in die Lagerstelle zu
pressen.
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In
der Zusatz-Schmiermittelpassage, die das Zusatz-Schmiermittelvolumen
mit der Lagerstelle verbindet, kann ein erstes Rückströmsperrmittel angeordnet sein,
das ein Strömen
von Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen
in die Lagerstelle gestattet und ein Strömen vom Schmiermittel aus der
Lagerstelle in das Zusatz-Schmiermittelvolumen verhindert. Ein solches
erstes Rückströmsperrmittel
kann beispielsweise als Rückschlagventil
ausgebildet sein. Hierdurch kann ein Abströmen von Schmiermittel aus der
Lagerstelle in das Zusatz-Schmiermittelvolumen verhindert werden.
Andererseits muss in der Zusatz-Schmiermittelpassage kein schaltbares
Absperrventil vorgesehen werden, da das erste Rückströmsperrmittel selbsttätig öffnet, wenn
durch die Fluiddruckquelle Fluid in das Zusatz-Schmiermittelvolumen
eingeleitet wird und Schmiermittel in die Lagerstelle presst.
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In
der Zusatz-Schmiermittelpassage kann ein Druckregulierungsmittel
zur Regulierung, insbesondere zur Reduzierung des Schmiermitteldruckes angeordnet
sein. Das Druckregulierungsmittel kann beispielsweise als Drossel,
insbesondere als Drosselblende ausgeführt sein. Dadurch kann das
Fluid unter hohem Druck in das Zusatz-Schmiermittelvolumen eingeleitet
werden, während
gleichzeitig das Schmiermittel nur unter einem reduzierten Druck
in die Lagerstelle gepresst wird. Hierdurch kann beispielsweise
auch bei einer Beaufschlagung des Zusatz-Schmiermittelvolumens mit
Ladeluft eines Turboladers der der Lagerstelle zugeführte Schmiermittelstrom
begrenzt werden, um so eine ausreichende Nachschmierzeit nach dem
Ausfall der Haupt-Schmiermittelversorgung zu gewährleisten.
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Die
Zusatz-Schmiermittelpassage kann mit einem Schmiermittelzulauf oder
einem Schmiermittelablauf einer Haupt-Schmiermittelversorgung verbunden sein.
Hierdurch können
vorteilhaft bereits vorhandene Schmiermittelleitungen in der Lagerstelle
genutzt werden. Ist die Zusatz-Schmiermittelpassage mit dem Schmiermittelzulauf
verbunden, kann vorteilhafterweise das Schmiermittel in gleicher
Weise wie bei der Haupt-Schmiermittelversorgung in ein Haupt-Schmiermittelvolumen
zurückgefördert werden.
Hierdurch strömt
beständig
frisches Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmiermittelvolumen nach,
was bezüglich
der Wärmeabfuhr
vorteilhaft ist. Gleichermaßen
kann die Zusatz-Schmiermittelpassage eigenständig mit der Lagerstelle verbunden
sein.
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Das
Fluidabsperrmittel kann ein normalerweise geöffnetes Ventil umfassen, welches
durch den Druck des Schmiermittels in einer Steuerpassage, die mit
der Förderseite
der Schmiermittelpumpe verbunden ist, in die Schließstellung
geschaltet wird. Solange die Schmiermittelpumpe auf ihrer Förderseite
ausreichend Schmiermitteldruck zur Schmierung der Lagerstelle zur
Verfügung
stellt, wird das Fluidabsperrmittel durch diesen Druck aktiv gesperrt
und verhindert, dass Fluid aus der Fluiddruckquelle in das Zusatz-Schmiermittelvolumen
strömt
und Schmiermittel aus diesem presst. Bei einem Druckabfall auf der
Förderseite
der Schmiermittelpumpe öffnet
das Fluidabsperrmittel selbsttätig,
beispielsweise unter der Kraft einer vorgespannten Feder und bewirkt
den notwendigen Druckaufbau, um Schmiermittel in die Lagerstelle
zu pressen.
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Besonders
bevorzugt sind die Steuerleitung für das Fluidabsperrmittel und
das Abströmabsperrmittel
identisch, so dass beide Sperrmittel automatisch wechselweise geschaltet
werden, bei ausreichendem Schmiermitteldruck der Schmiermittelpumpe
das Zusatz-Schmiermittelvolumen drucklos halten und bei einem Ausfall
der Schmiermittelpumpe einen Drucklaufbau im Zusatz-Schmiermittelvolumen
bewirken. Dies ermöglicht
mit geringem Bauaufwand eine ausfallsichere und selbsttätige Zusatz-Schmiermittelversorgung.
Gleichermaßen
können
das Fluidabsperrmittel und/oder das Abströmabsperrmittel natürlich auch
manuell oder elektrisch geschaltet werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und
den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 eine
Zusatz-Schmiermittelversorgung, die keine Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Zusatz-Schmiermittelversorgung nach einer ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung; und
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3 eine
Abwandlung der ersten Ausführung.
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1 zeigt
zur Verdeutlichung in einer Prinzipskizze eine Zusatz-Schmiermittelversorgung,
die keine Ausführung
der vorliegenden Erfindung darstellt. Geschlossene Schmiermittel-
oder Fluidleitungen sind darin durch durchgezogene Linien angedeutet.
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In
an sich bekannter Weise ist ein Turbinenläufer 1 eines Turboladers
in einem Gleitlager 2 drehbar gelagert, das in einem Gehäuse 17 des
Turboladers abgestützt
ist. Eine Schmiermittelpumpe 5 einer Haupt-Schmiermittelversorgung
fördert
im Normalbetrieb Schmieröl
aus einem Haupt-Schmiermittelvolumen in Form eines Schmieröl-Umlauftank 6 durch einen
Schmiermittelzulauf 3 in die Lagerstelle 2. Durch
den Förderdruck
der Schmiermittelpumpe 5 wird in der Lagerstelle 2 vorhandenes
altes Schmieröl
durch einen Schmiermittelablauf 4 in den Schmieröl-Umlauftank 6 zurückgeführt und
trägt dabei
Wärme und
Abrieb aus der Lagerstelle 2 aus. Ein zweites Rückströmsperrmittel
in Form eines zweiten Rückschlagventils 16 ist
stromabwärts
von der Förderseite der
Schmiermittelpumpe 5 so angeordnet, dass es ein Strömen von
Schmieröl
in Förderrichtung
der Schmiermittelpumpe gestattet, jedoch ein Abströmen von
Schmieröl
aus dem Schmiermittelzulauf 3 entgegen der Förderrichtung
verhindert.
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Die
Zusatz-Schmiermittelversorgung umfasst ein Zusatz-Schmiermittelvolumen
in Form eines separaten Zusatz-Schmieröltanks 9, der über eine Zusatz-Schmiermittelpassage 14 mit
dem Schmiermittelzulauf 3 verbunden ist. Ein federbelastetes
erstes Rückschlagventil 15 verhindert
ein Fördern
von Schmieröl
in den Zusatz-Schmieröltank 9 durch
die Schmiermittelpumpe 5. Ein Druckregulierungsmittel in
Form einer Drosselblende (nicht dargestellt) in der Zusatz-Schmiermittelpassage 14 reduziert
zudem den Druck des aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 abströmenden Schmieröls und begrenzt
so dessen Volumenstrom derart, dass die im Zusatz-Schmieröltank 9 gespeicherte
Schmierölmenge
ausreicht, eine Not-Schmierung bis zum Stillsetzen des Turboladers zu
gewährleisten.
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Ein
Abströmabsperrmittel
in Form eines normalerweise geschlossenen Ventils 11 ist
in einer Fluidpassage 13 angeordnet ist, die den Zusatz-Schmieröltank 9 mit
dem Schmieröl–Umlauftank 6 der
Haupt-Schmiermittelversorgung
verbindet. Hierzu verzweigt eine Schmierölleitung 4.2 sich stromaufwärts von
dem Schmieröl–Umlauftank 6 in den
eigentlichen Schmiermittelablauf 4.1 und die Fluidpassage 13.
In der Fluidpassage 13 verhindert ein Rückstromsperrmittel einen Abfluss
von Schmiermittel aus dem Schmiermittelablauf 4.1 in den
Zusatz-Schmieröltank 9.
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Das
normalerweise geschlossene Ventil 11 wird durch den Druck
des Schmiermittels in einer Steuerpassage 12, die mit der
Förderseite
der Schmiermittelpumpe 5 vor dem zweiten Rückschlagventil 16 kommuniziert,
in eine Öffnungsstellung
geschaltet. In der Öffnungsstellung
kann Fluid und/oder Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 abströmen. Sinkt
der Förderdruck
der Schmiermittelpumpe 5 unter einen Mindestwert, der beispielsweise durch
eine veränderliche
Vorspannung einer das Ventil 11 in eine Schließstellung
vorspannenden Feder vorgegeben werden kann, schaltet das Ventil 11 selbsttätig in die
Schließstellung,
in der es ein Abströmen
von Fluid oder Schmiermittel aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 verhindert.
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Ein
Fluidabsperrmittel in Form eines normalerweise geöffneten
Ventils 10 verbindet den Zusatz-Schmieröltank 9 mit einem
Ladeluftkanal 7 des Turboladers, der von Ladeluft des Turboladers
durchströmt
wird und in dem der aktuelle Ladedruck des Turboladers anliegt.
Das normalerweise geöffnete Ventil 10 wird
durch den Druck des Schmiermittels in der Steuerpassage 12 in
eine Schließstellung
geschaltet. In der Schließstellung
ist der Zusatz-Schmieröltank 9 vom
Ladeluftkanal 7 getrennt. Sinkt der Förderdruck der Schmiermittelpumpe 5 unter
einen Mindestwert, der beispielsweise durch eine veränderliche
Vorspannung einer das Ventil 10 in eine Öffnungsstellung
vorspannenden Feder vorgegeben werden kann, schaltet das Ventil 10 selbsttätig in die Öffnungsstellung,
so dass Ladeluft mit dem Ladedruck des Turboladers in den Zusatz-Schmieröltank 9 strömt.
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Im
Normalbetrieb fördert
die Schmiermittelpumpe 5 Schmieröl mit ausreichendem Förderdruck in
die Lagerstelle 2. Das erste Rückschlagventil 15 verhindert
ein Abströmen
von gefördertem
Schmieröl aus
der Schmiermittelzufuhr 3 in den Zusatz-Schmieröltank 9.
Dieser ist durch das geschlossene Ventil 10 vom Ladeluftkanal 7 getrennt
und zudem durch das geöffnete
Ventil 11 entlüftet
und mithin drucklos.
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Fällt der
Förderdruck
der Schmiermittelpumpe 5 unter einen vorgegebenen Mindestwert,
so fällt entsprechend
auch der Druck in der Steuerpassage 12. Dadurch schließt Ventil 11,
während
Ventil 10 öffnet.
Nun strömt
Ladeluft mit dem Ladedruck des Turboladers aus dem Ladeluftkanal 7 in
den Zusatz-Schmieröltank 9.
Aufgrund des geschlossenen Ventils 11 kann die Ladeluft nicht
entweichen und presst daher Schmieröl aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 in
die Zusatz-Schmiermittelpassage 14. Hierdurch öffnet sich
das erste Rückschlagventil 15.
Das Schmieröl
wird in die Ölzufuhr 3 gepresst.
Aufgrund des in dieser Richtung sperrenden zweiten Rückschlagventils 16 kann
das Schmieröl
nicht zur Schmiermittelpumpe 5 entweichen, sondern strömt in die
Lagerstelle 2. Aus dieser wird es durch nachströmendes Schmieröl in den
Schmiermittelablauf 4.1 und schließlich in den Schmieröl-Umlauftank 6 abgeführt.
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Da
der Zusatz-Schmieröltank 9 bei
Ausfall der Schmierölpumpe 5 über das
geöffnete
Ventil 10 dauernd mit dem Ladeluftkanal 7 kommuniziert,
liegt in dem Zusatz-Schmieröltank 9 dauernd
der Ladedruck des Turboladers an. Durch diesen Druck wird Schmieröl in die
Lagerstelle 2 gepresst. Je höher die Drehzahl des Turboladers
ist, desto höher
soll der Druck im Schmierfilm in der Lagerstelle 2 sein
und desto mehr Reibungswarme muss abgeführt werden. Der bei höherer Turboladerdrehzahl
anliegende höhere
Ladedruck bewirkt daher selbsttätig
eine Anpassung des Druckes, mit dem das Schmieröl aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 der
Lagerstelle 2 zugeführt wird.
Damit sich unter diesem Ladedruck, mit dem das Schmieröl beaufschlagt
wird, der zur Kühlung und
Abstützung
notwendige Schmierölvolumenstrom einstellt,
wird der Schmieröldruck
durch die Drosselblende (nicht dargestellt) in der Zusatz-Schmiermittelpassage 14 entsprechend
reduziert. Im Gegensatz zu bekannten Zusatz-Schmiermittelversorgungen
mit Hochtank oder gefangenem Druckluftpolster verringert sich der
Schmiermitteldruck dementsprechend während der Zusatz-Schmiermittelversorgungen nicht.
Zusätzlich
oder alternativ kann auch das Fluidabsperrmittel ein entsprechendes
Druckregulierungsmittel umfassen und so den Druck des das Schmiermittel
im Zusatz-Schmiermittelvolumen beaufschlagende Fluides reduzieren.
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Sobald
die Schmiermittelpumpe 5 wieder ausreichend Förderdruck
zur Verfügung
stellt, schließt
Ventil 10 und trennt den Zusatz-Schmieröltank 9 von dem Ladeluftkanal 7.
Gleichzeitig öffnet Ventil 11,
entlüftet
dadurch den Zusatz-Schmieröltank 9 und
macht ihn drucklos, so dass er beispielsweise problemlos wiederbefüllt werden
kann. Schmieröl
wird im solcherart wieder aufgenommenen Normalbetrieb wiederum nur
durch die Schmierölpumpe 5 gefördert, während aus
dem nun drucklosen Zusatz-Schmieröltank 9 aufgrund der
Sperrwirkung des entsprechend vorgespannten ersten Rückschlagventils 15 kein
Schmieröl
austritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das während der
Zusatz-Schmiermittelversorgung in die Lagerstelle 2 gepresste
Schmieröl
durch den Schmiermittelablauf 4 wieder in den Haupt-Schmiermittelkreislauf
zurückgeführt wird
und somit nicht verloren ist oder die Umwelt belastet.
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2 zeigt
in einer Prinzipskizze eine Zusatz-Schmiermittelversorgung nach
einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Mit der vorstehend beschriebenen Ausführung baugleiche Merkmale
sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend
nur auf die Unterschiede zu der mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführung eingegangen
wird.
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Die
Zusatz-Schmiermittelversorgung nach der ersten Ausführung weist
keinen separaten Zusatz-Schmieröltank
auf. Stattdessen ist das Gehäuse 17 des
Turboladers mit Schmieröl
befüllt,
dessen Füllhöhe die Lagerstelle 2 übersteigt.
Somit bildet das Gehäuse 17 selbst
das Zusatz-Schmiermittelvolumen 9.
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Zur
Befüllung
ist der Innenraum 9 des Gehäuses 17 mit dem Schmiermittelzulauf 3 der Haupt-Schmiermittelversorgung
verbunden. Eine Drosselblende 18 begrenzt den von der Schmiermittelpumpe 5 im
Normalbetrieb dem Gehäuse 17 zugeführten Schmiermittelstrom.
Das Ventil 11 ist im Normalbetrieb durch den Förderdruck
der Schmiermittelpumpe 5 in der Steuerpassage 12 geöffnet und
gestattet ein Abströmen überschüssigen Schmieröls aus dem
Gehäuse 17 in
den Schmieröl-Umlauftank 6.
Hierdurch wird die Lagerstelle 2 auch von ihrer Außenseite
durch umlaufendes Schmieröl
umströmt und
vorteilhaft gekühlt.
Zu diesem Zweck kommuniziert der Innenraum 9 des Gehäuses 17 im
Normalbetrieb über
das geöffnete
Ventil 11 und die separate Fluidpassage 13 mit
dem Schmieröl-Umlauftank 6. Alternativ
kann das Gehäuse
auch separat befüllt werden,
so dass die Leitung mit der Drosselblende 18 entfällt.
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Die
Zusatz-Schmiermittelpassage 14 verbindet in der ersten
Ausführung
den durch das Gehäuse 17 definierten
Zusatz-Schmieröltank 9 mit
der Lagerstelle 2. Hierzu ist eine zweite Öl-Zulaufleitung
der Lagerstelle 2 über
ein U-Rohr, in dem das erste Rückschlagventil 15 sowie
eine Drosselblende (nicht dargestellt) angeordnet sind, mit dem
Gehäuse 17 verbunden.
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Im
Normalbetrieb fördert
die Schmiermittelpumpe 5 Schmieröl aus dem Schmieröl-Umlauftank 6 durch
den Schmiermittelzulauf 3 in die Lagerstelle 2,
aus der altes Schmiermittel über
den Schmiermittelablauf 4 in den Schmieröl-Umlauftank 6 zurückströmt und dabei
Wärme aus
der Lagerstelle 2 austrägt.
Zusätzlich
fördert
die Schmiermittelpumpe 5 einen geringeren Schmierölstrom,
der durch die Drosselblende 18 begrenzt ist, in das Gehäuse 17,
so dass in dem durch das Gehäuse 17 gebildeten
Zusatz-Schmiermittelvolumen 9 stets
ausreichend Schmieröl
gespeichert ist. Überschüssiges Schmieröl tritt
aus dem Ventil 11 aus und strömt über die separate Fluidpassage 13 ebenfalls
in den Schmieröl-Umlauftank 6 zurück. Dabei
wird weitere Wärme von
der Lagerstelle 2 abgeführt.
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Bei
einem Ausfall der Schmiermittelpumpe 5 funktioniert die
Zusatz-Schmiermittelversorgung
der ersten Ausführung
analog zu der vorstehend mit Bezug auf 1 erläuterten
Ausführung:
Ventil 10 öffnet,
so dass Ladeluft des Turboladers entsprechend dessen Ladedruck Schmieröl aus dem Gehäuse 17 in
die Lagerstelle 2 presst. Dieses Öl tritt durch den Schmiermittelablauf 4 aus
und wird in den Schmieröl-Umlauftank 6 zurückgefördert. Obwohl
in der schematischen 2 der Schmierölzulauf
der Zusatz-Schmiermittelversorgung dem Schmiermittelablauf 4.1 benachbart
ist, ist es zu bevorzugen, dass beide so voneinander beabstandet
sind, dass das Schmiermittel die Lagerstelle 2 möglichst
vollständig durchströmt.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die erläuterten Ausführung beschränkt. So
kann beispielsweise die Zusatz-Schmiermittelpassage 14 auch
bei der ersten Ausführungsform
mit dem Schmiermittelzulauf 3 verbunden sein. Gleichermaßen kann
in der unter Bezug auf 1 beschriebenen Ausführung die
Zusatz-Schmiermittelpassage 14 direkt
mit der Lagerstelle 2 kommunizieren, so dass Schmieröl aus dem Zusatz-Schmieröltank 9 durch
den Schmiermittelablauf 4 in den Schmieröl-Umlauftank 6 gepresst
wird.
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In
einer in 3 gezeigten Abwandlung des ersten
Ausführungsbeispiels
ist kein eigentlicher Schmiermittelablauf 4 vorgesehen.
Die Schmiermittelpumpe 5 gleicht insofern lediglich den
Leckageverlust des aus der Lagerstelle 2 in das Gehäuseinnere 9 austretenden
Schmieröls
aus. Überschüssiges Leckageschmieröl strömt im Normalbetrieb
durch das Ventil 11 in den Schmieröl-Umlauftank 6 zurück.
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Bei
Ausfall der Schmiermittelpumpe 5 wird wiederum das Gehäuseinnere 9 mit
Ladeluft aus dem Ladeluftkanal 7 beaufschlagt. Diese presst
im Gehäuseinneren 9 gespeichertes
Schmieröl
rückwärts durch
die Zusatz-Schmiermittelpassage 14 in
die Lagerstelle 2 zurück,
aus der es teilweise in die Schmiermittelzufuhr 3 austritt.
Hierzu ist bei dieser Abwandlung das Gehäuse 17 bevorzugt nicht
mit dem Schmiermittelzulauf 3 der Haupt-Schmiermittelversorgung verbunden.
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- 1
- Turbinenläufer
- 2
- Lagerstelle
- 3
- Schmiermittelzulauf
- 4
- Schmiermittelablauf
- 5
- Schmiermittelpumpe
- 6
- Haupt-Schmiermittelvolumen
(Schmieröl-Umlauftank)
- 7
- Fluiddruckquelle
(Ladelufkanal)
- 9
- Zusatz-Schmiermittelvolumen
(Schmieröl-Zusatztank)
- 10
- Fluidabsperrmittel
(normalerweise geöffnetes Ventil)
- 11
- Abströmabsperrmittel
(normalerweise geschlossenes Ventil)
- 12
- Steuerpassage
- 13
- Fluidpassage
- 14
- Zusatz-Schmiermittelpassage
- 15
- erstes
Rückströmsperrmittel
(erstes Rückschlagventil)
- 16
- zweites
Rückströmsperrmittel
(zweites Rückschlagventil)
- 17
- Gehäuse (Lagergehäuse)
- 18
- Druckregulierungsmittel
(Drosselblende)