DE102020215701A1 - Bearing arrangement in a turbomachine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung (10) für eine Welle (30) in einer Strömungsmaschine (100) mit einem Lagergehäuseabschnitt (12) zur Aufnahme eines Wellenlagers (20). Es ist ein Fixierstift (60) zur Fixierung des Lageraußenrings (21) an dem Lagergehäuseabschnitt (12) vorgesehen. In dem Lagergehäuseabschnitt (12) ist eine zu einer Außenseite desselben geöffnete Kavität (11) ausgebildet, die in einer Fixierposition der Lageranordnung (10) durch eine äußere Fixierstiftaufnahme (16) des Lagergehäuseabschnitts (12) hindurch zu einer inneren Fixierstiftaufnahme (26) eines Lageraußenrings (21) führt.The present invention relates to a bearing arrangement (10) for a shaft (30) in a turbomachine (100) with a bearing housing section (12) for accommodating a shaft bearing (20). A fixing pin (60) is provided for fixing the outer bearing ring (21) to the bearing housing section (12). A cavity (11) is formed in the bearing housing section (12) which is open to an outside thereof and which, in a fixing position of the bearing arrangement (10), passes through an outer fixing pin receptacle (16) of the bearing housing section (12) to an inner fixing pin receptacle (26) of a bearing outer ring (21) leads.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau einer Lageranordnung in einer Strömungsmaschine zur Lagerung einer Welle für ein Laufrad der Strömungsmaschine, und insbesondere eine Fixierung des Wellenlagers in Bezug zu einem Lagergehäuseabschnitt einer Strömungsmaschine.The present invention relates to the structure of a bearing arrangement in a turbomachine for supporting a shaft for an impeller of the turbomachine, and in particular to fixing the shaft bearing in relation to a bearing housing section of a turbomachine.
Zu möglichen Strömungsmaschinen im Anwendungsbereich der Erfindung gehören Arbeitsmaschinen wie Kreiselpumpen, Gebläse oder Verdichter, in denen Fluidströme durch Flügel eines Laufrads gefördert werden, Kraftmaschinen wie Turbinen, in denen ein Laufrad mit Flügeln von einem Fluidstrom angetrieben wird, sowie kombinierte Maschinen wie einen Abgasturbolader, in dem ein erstes Laufrad durch einen ersten Fluidstrom angetrieben wird während ein zweiter Fluidstrom durch ein zweites Laufrad gefördert wird. Im Vergleich zu umlaufenden Verdrängungsmaschinen werden Strömungsmaschinen, insbesondere Turboverdichter mit höheren Drehzahlen betrieben, sodass je nach Typ gehobene Erfordernisse an eine Schmierung oder auch eine Kühlung einer Wellenlagerung bestehen können.Possible turbomachines within the scope of the invention include working machines such as centrifugal pumps, fans or compressors in which fluid flows are conveyed by blades of an impeller, prime movers such as turbines in which an impeller with blades is driven by a fluid flow, and combined machines such as an exhaust gas turbocharger, in in which a first impeller is driven by a first fluid stream while a second fluid stream is conveyed through a second impeller. In comparison to rotary displacement machines, turbomachines, in particular turbo compressors, are operated at higher speeds, so that, depending on the type, there may be greater requirements for lubrication or cooling of a shaft bearing.
In der Regel ist in einem Lagergehäuse eine Bohrung vorgesehen, in der ein Wellenlager eingeschoben oder eingepresst wird. Ferner werden in Anwendungen, in denen ein kompakter Bauraum angestrebt wird, zunehmend sogenannte Kompaktlager verwendet, die beispielsweise zwei axial beabstandete Lagerpunkte zur Aufnahme von Kippmomenten der Welle umfassen, und somit als eine Einheit zur Lagerung de Welle in einem mittleren Teil der Welle zwischen einer Laufradseite und einer Antriebsseite verwendbar sind.As a rule, a bore is provided in a bearing housing, in which a shaft bearing is inserted or pressed. Furthermore, in applications in which a compact installation space is sought, so-called compact bearings are increasingly used, which for example comprise two axially spaced bearing points for absorbing tilting moments of the shaft, and thus as a unit for supporting the shaft in a central part of the shaft between an impeller side and a drive side can be used.
Im Stand der Technik ist ein Aufbau einer entsprechenden Lageranordnung bekannt, bei dem eine radial gerichtete Fixierschraube eingesetzt wird, um das Wellenlager in einer Fixierposition zu zentrieren und gegen eine axiale Verschiebung in dem Lagergehäuse oder gegen ein Verdrehen in Rotationrichtung zu sichern. Bei diesem Aufbau wird die Fixierschraube innerhalb des Lagers eingesetzt und in einem Gewinde des umgebenden Lagergehäuses verschraubt. Bei dem genannten Aufbau ergeben sich jedoch Problemstellungen bei der Montage und konstruktive Nachteile:
- Es muss eine fertig vormontierte Lagerkartusche, d.h. einschließlich des Fertigungsaufwands einer Zentrierung und Fixierung von Lagerteilen im Rahmen der Vormontage bereitgestellt werden. Darauf folgt erneut ein Montageaufwand zur Zentrierung und Fixierung der vormontierten Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuseabschnittes der Strömungsmaschine.
- A fully pre-assembled bearing cartridge must be provided, ie including the production costs of centering and fixing bearing parts as part of the pre-assembly. This is followed again by assembly work for centering and fixing the preassembled bearing cartridge within the bearing housing section of the turbomachine.
Ferner muss an dem Lagergehäuse ein Gewinde bereitgestellt werden, i.d.R. zur Fixierung der vormontierten Lagerkartusche oder zur Fixierung zumindest eines sonstigen Fixierungsmittels wie einer Fixierschraube. Ein solches Gewinde erfordert insbesondere einen radialen Bauraum in einer kritischen Gehäuseumgebung, die bei einigen Typen von Strömungsmaschinen, wie insbesondere Turboverdichtern mit hohen Betriebsdrehzahlen, bevorzugt zu einer innenliegenden Führung von Ölkanälen oder Kühlkanälen genutzt wird. Demnach weist ein Lagergehäuseabschnitt einer herkömmlichen Strömungsmaschine häufig einen entsprechend großen Bauraum, oder alternativ eine entsprechend komplexe und aufwendig zu fertigende Gestaltung zur Aufnahme und Integration von einem oder mehreren Gewinden und Kanälen rund um den Lagersitz auf.Furthermore, a thread must be provided on the bearing housing, usually for fixing the pre-assembled bearing cartridge or for fixing at least one other fixing means such as a fixing screw. Such a thread requires, in particular, radial installation space in a critical housing environment, which is preferably used in some types of turbomachines, such as in particular turbo compressors with high operating speeds, for internal routing of oil ducts or cooling ducts. Accordingly, a bearing housing section of a conventional turbomachine often has a correspondingly large installation space, or alternatively a correspondingly complex design that is difficult to manufacture for receiving and integrating one or more threads and channels around the bearing seat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Lageranordnung in einer Strömungsmaschine mit einem Aufbau zur Verfügung zu stellen, der eine leichte Montage und eine effiziente Nutzung des Bauraums innerhalb des Gehäuses ermöglicht.It is an object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a corresponding bearing arrangement in a turbomachine with a structure that enables easy assembly and efficient use of the installation space within the housing.
Die voranstehende Aufgabe wird durch eine Lageranordnung für eine Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemä-ßen Gesamtaufbau einer entsprechenden Strömungsmaschine, insbesondere in Bezug auf einen derart aufgebauten Abgasturbolader für eine Verbrennungsmaschine und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. The above object is achieved by a bearing arrangement for a shaft having the features of claim 1 and a turbomachine having the features of
Erfindungsgemäß ist eine Lageranordnung für eine Welle in einer Strömungsmaschine vorgesehen. Die Lageranordnung umfasst seitens der Strömungsmaschine einen Lagergehäuseabschnitt zur Aufnahme eines Wellenlagers zwischen einem Laufrad und einer Antriebsvorrichtung bzw. einer Antriebsseite der Strömungsmaschine. Die Lageranordnung umfasst ferner ein Wellenlager zur Lagerung der Welle an dem Lagergehäuseabschnitt mit einem rotierbaren Lagerinnenring zur Aufnahme der Welle und mit einem statischen Lageraußenring, der in dem Lagergehäuseabschnitt aufgenommen ist. Die Lageranordnung umfasst auch einen Fixierstift zur axialen Fixierung und/oder Rotationsfixierung des Lageraußenrings an dem Lagergehäuseabschnitt. Der Fixierstift ist in einer Fixierposition der Lageranordnung in einer inneren Fixierstiftaufnahme des Lageraußenrings befestigt und erstreckt sich in eine äußere Fixierstiftaufnahme des Lagergehäuseabschnitts. Teil der Lageranordnung ist ebenso eine in dem Lagergehäuseabschnitt zu einer Außenseite desselben geöffnete Kavität, die in der Fixierposition der Lageranordnung durch die äußere Fixierstiftaufnahme des Lagergehäuseabschnitts hindurch zu der inneren Fixierstiftaufnahme des Lageraußenrings führt.According to the invention, a bearing arrangement for a shaft in a turbomachine is provided. On the turbomachine side, the bearing arrangement comprises a bearing housing section for accommodating a shaft bearing between an impeller and a drive device or a drive side of the turbomachine. The bearing assembly further includes a shaft bearing for mounting the shaft on the bearing housing portion, with a rotatable bearing inner race for receiving the shaft and with a static bearing outer race received in the bearing housing portion. The bearing assembly also includes a locating pin for axially locating and/or rotationally locating the bearing outer race on the bearing housing cut. In a fixing position of the bearing arrangement, the locating pin is fastened in an inner locating pin receptacle of the bearing outer ring and extends into an outer locating pin receptacle of the bearing housing section. Part of the bearing arrangement is also a cavity in the bearing housing section which is open to an outside thereof and which, in the fixing position of the bearing arrangement, leads through the outer locating pin receptacle of the bearing housing section to the inner locating pin receptacle of the bearing outer ring.
Hinsichtlich einer Fixierung des Wellenlagers in dem Lagergehäuseabschnitt baut die erfindungsgemäße Lageranordnung auf dem zuvor erläuterten Aufbau unter Verwendung einer Fixierschraube zwischen einem Lagerteil und einem gehäuseseitigen Gewinde auf. Erfindungsgemäß wird der bekannte Aufbau nun jedoch in einer Umgebung der Fixierschraube sowie anhand von möglichen Varianten der Fixierschraube selbst verbessert.With regard to fixing the shaft bearing in the bearing housing section, the bearing arrangement according to the invention is based on the structure explained above using a fixing screw between a bearing part and a thread on the housing. According to the invention, however, the known construction is now improved in the vicinity of the fixing screw and with the aid of possible variants of the fixing screw itself.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lageranordnung besteht in einer erleichterten Montage, insbesondere Fixierung des Wellenlagers in dem Lagergehäuse der Strömungsmaschine.One advantage of the bearing arrangement according to the invention is that it is easier to assemble, in particular to fix the shaft bearing in the bearing housing of the turbomachine.
In dem erfindungsgemäßen Aufbau wird der Fixierstift zur Sicherung des Wellenlagers von einer Außenseite des Lagergehäuses hin zu dem Wellenlager eingeführt, sodass eine mechanische Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Außenring des Wellenlagers eingerichtet wird.In the structure of the present invention, the fixing pin for securing the shaft bearing is inserted from an outside of the bearing housing toward the shaft bearing, so that a mechanical connection is established between the bearing housing and the outer ring of the shaft bearing.
Vorteile der erfindungsgemäßen Lageranordnung gegenüber bekannten herkömmlichen Aufbauten ergeben sich aus einer Umkehr eines Gewindeabschnitts und eines Schraubenkopfes einer Fixierschraube bzw. einer Umkehr entsprechender gegenüberliegender Abschnitte eines Fixierstifts und /oder einem Wegfall der Fertigung und Fixierung eines Gewindes für eine Lagerkartusche in dem Lagergehäuseabschnitt.Advantages of the bearing arrangement according to the invention over known conventional structures result from reversing a threaded section and a screw head of a fixing screw or reversing corresponding opposite sections of a fixing pin and/or eliminating the need to manufacture and fix a thread for a bearing cartridge in the bearing housing section.
Bei einer Schraube ist der Gewindeabschnitt in der Regel länger als ein Schraubenkopf. Bei einem herkömmlichen Aufbau beansprucht der Gewindeabschnitt der Schraube einen dementsprechend großen Bauraum in einer Peripherie einer Aufnahmebohrung in dem Lagergehäuse für das Wellenlager. In der Peripherie der Aufnahmebohrung kann jedoch insbesondere bei Typen von Strömungsmaschinen mit hohen Betriebsdrehzahlen eine Kanalführung für Ölkanäle oder Kühlmittelkanäle in der Nähe des Wellenlagers vorgesehen sein. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau erstreckt sich hingegen ein in Einsetzrichtung hinterer Gehäuse-Abschnitt des Fixierstifts, wie beispielsweise ein Schraubenkopf einer Fixierschraube, d.h. ein kürzerer Abschnitt als ein Gewindeabschnitt, in die Peripherie der Aufnahmebohrung in dem Lagergehäuse und beansprucht hier einen entsprechend kleineren Bauraum in der erfindungsgemä-ßen Lageranordnung.In the case of a screw, the threaded section is usually longer than a screw head. In a conventional structure, the threaded section of the screw takes up a correspondingly large amount of space in a periphery of a receiving bore in the bearing housing for the shaft bearing. In the periphery of the receiving bore, however, a duct for oil ducts or coolant ducts can be provided in the vicinity of the shaft bearing, particularly in the case of types of turbomachines with high operating speeds. In the construction according to the invention, on the other hand, a rear housing section of the fixing pin in the direction of insertion, such as a screw head of a fixing screw, i.e. a shorter section than a threaded section, extends into the periphery of the receiving bore in the bearing housing and here takes up a correspondingly smaller installation space in the according to the invention -ßen bearing arrangement.
Demzufolge verschafft die erfindungsgemäße Lageranordnung in der Peripherie der Aufnahmebohrung für das Wellenlager mehr Bauraum und einen größeren Gestaltungsfreiraum zur Anordnung innenliegender Kanäle innerhalb eines kritischen Bauraums der Strömungsmaschine. Ferner werden alternative Möglichkeiten der Gestaltung von Anlageflächen in axialer und radialer Richtung im Lagergehäuse geschaffen.Consequently, the bearing arrangement according to the invention creates more installation space in the periphery of the receiving bore for the shaft bearing and greater design freedom for arranging internal channels within a critical installation space of the turbomachine. Furthermore, alternative options for designing contact surfaces in the axial and radial directions in the bearing housing are created.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Lagergehäuseabschnitt zumindest einen Schmierstoffzufuhrkanal zur Zuführung eines Schmierstoffs zu dem Wellenlager umfasst, wobei sich der Schmierstoffzufuhrkanal und die Kavität überschneiden. Durch diese Ausgestaltung wird eine Integration funktionaler Hohlräume in dem Lagergehäuse erzielt. Durch eine gemeinsame Nutzung eines überschneidenden Bauraums des Schmierstoffzufuhrkanals und der Kavität wird wiederum Platz in der Peripherie der Aufnahmebohrung des Lagergehäuses für das Wellenlager eingespart. Dadurch wird weiterer Gestaltungsfreiraum zur Anordnung innenliegender Kanäle in diesem konstruktiv kritischen Bereich verschafft.It can be advantageous if the bearing housing section comprises at least one lubricant supply channel for supplying a lubricant to the shaft bearing, with the lubricant supply channel and the cavity overlapping. This configuration achieves an integration of functional cavities in the bearing housing. In turn, space in the periphery of the receiving bore of the bearing housing for the shaft bearing is saved by joint use of an overlapping construction space of the lubricant supply channel and the cavity. This creates further design freedom for the arrangement of internal channels in this structurally critical area.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Lagergehäuseabschnitt einen Schmierstoffzufuhrkanal zur Zuführung eines Schmierstoffs an dem Wellenlager umfasst, wobei die Kavität zugleich als ein in Bezug zur Welle radial einwärts gerichteter Abschnitt des Schmierstoffzufuhrkanals eingerichtet ist. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits die Integration gemeinsamer Hohlräume zwischen der Kavität und dem Schmierstoffzufuhrkanal erhöht, wodurch weiterer Bauraum in dem kritischen Bereich der Peripherie der Aufnahmebohrung des Lagergehäuses eingespart wird.It can be particularly advantageous if the bearing housing section includes a lubricant supply channel for supplying a lubricant to the shaft bearing, with the cavity also being set up as a section of the lubricant supply channel directed radially inwards with respect to the shaft. On the one hand, this configuration increases the integration of common cavities between the cavity and the lubricant supply channel, as a result of which further installation space is saved in the critical region of the periphery of the receiving bore of the bearing housing.
Andererseits entsteht eine sehr vorteilhafte Kombination der Funktionalitäten der integrierten Hohlräume. Räumlich betrachtet, stellt ein Abschnitt des Schmierstoffzufuhrkanals, d.h. ein Kanalabschnitt eine ideale Ausgestaltung für eine Kavität bereit, die zum Einführung eines Fixierstifts in ein Gehäuse dient. Zeitlich betrachtet, erfolgt die Einführung und Befestigung des Fixierstifts einmalig bzw. vor einer Inbetriebnahme, so dass später im Betrieb ein entsprechender Kanalabschnitt nicht mehr durch den Fixierstift blockiert oder beeinträchtigt wird und wieder ein vollständiger Öffnungsquerschnitt des Schmierstoffzufuhrkanals zur Zufuhr eines Schmierstoffs zur Verfügung steht. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung einer räumlichen Integration und funktionalen Kombination der Kavität und des Schmierstoffzufuhrkanals innerhalb eines radial einwärts gerichteten Abschnitts der beiden, braucht bei der Fertigung des Lagergehäuseabschnitts lediglich ein entsprechend ausgestalteter Hohlraum zum Einführen des Fixierstifts und zum Zuführen eines Schmierstoffes vorgesehen und ausgebildet zu werden.On the other hand, a very advantageous combination of the functionalities of the integrated cavities is created. Viewed spatially, a section of the lubricant supply duct, ie a duct section, provides an ideal configuration for a cavity which is used for introducing a fixing pin into a housing. In terms of time, the locating pin is inserted and fastened once or before commissioning, so that later during operation a corresponding channel section is no longer blocked or impaired by the locating pin and a complete opening cross section of the lubricant supply channel is again available for supplying a lubricant. The advantageous embodiment of a spatial integration and functional combination of the cavity and the lubricant supply channel within a radially inward portion of the two needs in the Production of the bearing housing section to be provided and formed only a correspondingly designed cavity for inserting the locating pin and for supplying a lubricant.
Vorteilhaft kann es darüber hinaus sein, wenn der Schmierstoffzufuhrkanal eine Verzweigung aufweist, die in Bezug zur Welle zu beiden axialen Seiten der äußeren Fixierstiftaufnahme des Lagergehäuseabschnitts zu dem Wellenlager führt. Durch diese Ausgestaltung ist eine axial verteilte Schmierstoffversorgung an dem Wellenlager möglich, d.h. an wenigstens zwei Lagerstellen bzw. Wälzlagerreihen. Dennoch wird eine Länge eines gemeinsamen Abschnitts des Schmierstoffzufuhrkanals und der Kavität maximiert. Mit anderen Worten bedeutet das, dass ein Bedarf an zusätzlichem Bauraum für die axiale Verteilung der Schmierölzufuhr minimiert wird.In addition, it can be advantageous if the lubricant supply channel has a branch which, in relation to the shaft, leads to the shaft bearing on both axial sides of the outer fixing pin receptacle of the bearing housing section. This design enables an axially distributed supply of lubricant to the shaft bearing, i.e. to at least two bearing points or rows of roller bearings. Nevertheless, a length of a common portion of the lubricant supply passage and the cavity is maximized. In other words, this means that the need for additional installation space for the axial distribution of the lubricating oil supply is minimized.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn ein dem Lageraußenring zugeordneter Ring-Abschnitt des Fixierstifts einen kleineren Durchmesser aufweist als ein dem Lagergehäuseabschnitt zugeordneter Gehäuse-Abschnitt des Fixierstifts. Auf diese Weise ergibt sich bei entsprechend angepassten Durchmessern der Fixierstiftaufnahmen an einer Bauteilgrenze zwischen dem Lagergehäuseabschnitt und dem Lageraußenring ein Anschlag für eine Einstecktiefe des Fixierstifts in dem Lagergehäuseabschnitt. There can be advantages if a ring section of the locating pin assigned to the bearing outer ring has a smaller diameter than a housing section of the locating pin assigned to the bearing housing section. In this way, with appropriately adapted diameters of the locating pin receptacles, a stop for an insertion depth of the locating pin in the bearing housing section results at a component boundary between the bearing housing section and the bearing outer ring.
Darüber hinaus lässt sich der Fixierstift über seine gesamte Länge leichter durch die beiden Fixierstiftaufnahmen hindurch führen bzw. einführen. Ferner lässt sich eine Toleranz oder Positionsabweichung in Bezug auf eine Fluchtung der beiden Fixierstiftaufnahmen in dem Lagergehäuseabschnitt und dem Lageraußenring zueinander einfacher durch das Einstecken des Fixierstifts korrigieren, je geringer ein Durchmesser am vorderen Ende des Fixierstifts ist.In addition, the fixing pin can be guided or inserted more easily through the two fixing pin receptacles over its entire length. Furthermore, a tolerance or positional deviation in relation to an alignment of the two locating pin receptacles in the bearing housing section and the bearing outer ring can be corrected more easily by inserting the locating pin, the smaller the diameter at the front end of the locating pin.
Einen weiteren Vorteil kann es mit sich bringen, wenn an der inneren Fixierstiftaufnahme des Lageraußenrings und an dem zugeordneten Ring-Abschnitt des Fixierstifts ein Gewinde ausgebildet ist für die Befestigung in dem Lageraußenring. Durch eine derartige Schraubverbindung lässt sich der Fixierstift in Form einer Fixierschraube durch Drehung leichter in seine Endposition, d.h. bis zu einem Anschlag eines Schraubenkopfes in die innere Fixierstiftaufnahmen einbringen. Ferner besteht nach Einnahme der Fixierposition des Wellenlagers und des Fixierstifts in dem Lagergehäuseabschnitt eine axial gesicherte Verbindung zwischen dem Fixierstift und dem Lageraußenring. Dadurch kann eine Lockerung oder ein Herauswandern des Fixierstifts im Falle von Vibrationen im Betrieb verhindert werden.A further advantage can result if a thread is formed on the inner fixing pin receptacle of the bearing outer ring and on the associated ring section of the fixing pin for fastening in the bearing outer ring. Such a screw connection makes it easier for the fixing pin in the form of a fixing screw to be brought into its end position by turning, i.e. up to a stop of a screw head in the inner fixing pin receptacle. Furthermore, after assuming the fixing position of the shaft bearing and the fixing pin in the bearing housing section, there is an axially secured connection between the fixing pin and the bearing outer ring. This can prevent the fixing pin from loosening or moving out in the event of vibrations during operation.
Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn zwischen der inneren Fixierstiftaufnahme des Lageraußenrings und dem zugeordneten Ring-Abschnitt des Fixierstifts eine Presspassung ausgebildet ist für die Befestigung in dem Lageraußenring. Bei dieser alternativen Ausgestaltung entfällt ein Fertigungsschritt eines Gewindeschneidens für den zuvor genannten Gewindeabschnitt und ein Arbeitsschritt zum Einschrauben des Fixierstifts mittels eines Schraubwerkzeugs bei der Montage. Eine Lagefixierung kann beispielsweise durch Vorsehen einer Presspassung bereitgestellt werden.Alternatively, it can be advantageous if a press fit is formed between the inner locating pin receptacle of the bearing outer ring and the associated ring section of the locating pin for attachment in the bearing outer ring. In this alternative embodiment, a production step of thread cutting for the aforementioned threaded section and a work step for screwing in the fixing pin by means of a screwing tool during assembly are omitted. Positional fixation can be provided, for example, by providing a press fit.
Ebenso von Vorteil kann es sein, wenn zwischen der äußeren Fixierstiftaufnahme des Lagergehäuseabschnitts und dem zugeordneten Gehäuse-Abschnitt des Fixierstifts eine Spielpassung ausgebildet ist. Auch hier kann eine ausreichende Lagefixierung in Form einer Presspassung eines Schraubenkopfs eines als Schraube ausgebildeten Fixierstifts oder eines mitttels Passung eingesteckten Fixierstifts vorgesehen sein.It can also be advantageous if a loose fit is formed between the outer locating pin receptacle of the bearing housing section and the associated housing section of the locating pin. Adequate positional fixing can also be provided here in the form of a press fit of a screw head of a fixing pin designed as a screw or of a fixing pin inserted by means of a fit.
Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn in dem Fixierstift eine axiale Bohrung ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung kann ein weiterer verzweigter Kanal als Fortsatz des Schmierstoffzufuhrkanals bereitgestellt werden, durch den der Schmierstoff in den Lageraußenring eingeleitet wird.In addition, it can be advantageous if an axial bore is formed in the fixing pin. With this configuration, a further branched channel can be provided as an extension of the lubricant supply channel, through which the lubricant is introduced into the bearing outer ring.
Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn in einer äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings um eine Öffnung der inneren Fixierstiftaufnahme herum, eine in Bezug zu einer Achse der inneren Fixierstiftaufnahme senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Anschlags-Fläche ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein definierter Anschlag bereitgestellt, gegen die eine Stufe zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern des Fixierstifts beim Einstecken oder ein Schraubenkopf desselben beim Eindrehen anläuft.There are further advantages if a stop surface that is perpendicular or essentially perpendicular to an axis of the inner fixing pin receptacle is formed in an outer lateral surface of the bearing outer ring around an opening in the inner fixing pin receptacle. This configuration provides a defined stop against which a step between two different diameters of the fixing pin when it is inserted or a screw head of the same when it is screwed in runs against it.
Weiters kann es von Vorteil sein, wenn das Wellenlager eine Mehrzahl von Wälzkörpern umfasst, die in Laufbahnen zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring umlaufend geführt sind, wobei die Wälzkörper durch den Schmierstoffzufuhrkanal mit Schmierstoff geschmiert werden. Durch den Einsatz eines Wälzlagertyps in der erfindungsgemäßen Lageranordnung wird eine geringe Reibung erzielt, die zugunsten höherer möglicher Drehzahlen genutzt werden kann. Die Reibung wird durch die Schmierstoffzufuhr des Schmierstoffzufuhrkanals nochmals reduziert.Furthermore, it can be advantageous if the shaft bearing comprises a plurality of rolling bodies, which are guided circumferentially in raceways between the bearing inner ring and the bearing outer ring, the rolling bodies being lubricated with lubricant through the lubricant supply channel. By using a roller bearing type in the bearing arrangement according to the invention, low friction is achieved, which can be used in favor of higher possible speeds. The friction is further reduced by the lubricant supply of the lubricant supply channel.
Alternativ hierzu kann es von Vorteil sein, wenn das Wellenlager an dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring zumindest ein radiales Gleitflächenpaar umfasst, wobei ein Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitflächenpaar durch den Schmierstoffzufuhrkanal mit Schmierstoff geschmiert wird. Durch den Einsatz eines Gleitlagertyps in der erfindungsgemäßen Lageranordnung wird eine geringere Flächenpressung an den Lagerstellen erzielt, die zugunsten höherer möglicher Belastungen an der Welle genutzt werden kann. Eine Aufrechterhaltung eines Schmierfilms im Gleitlagerspalt zwischen dem Gleitflächenpaar wird durch die Schmierstoffzufuhr des Schmierstoffzufuhrkanals sichergestellt.As an alternative to this, it can be advantageous if the shaft bearing comprises at least one radial pair of sliding surfaces on the bearing inner ring and the bearing outer ring, with a plain bearing gap between the pair of sliding surfaces being formed by the lubricant feed channel is lubricated with lubricant. By using a plain bearing type in the bearing arrangement according to the invention, a lower surface pressure is achieved at the bearing points, which can be used in favor of higher possible loads on the shaft. Maintaining a lubricating film in the plain bearing gap between the pair of sliding surfaces is ensured by the lubricant supply of the lubricant supply channel.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsmaschine, aufweisend eine erfindungsgemäße Lageranordnung für eine Welle, die zwischen einem Fördergehäuseabschnitt und einer Antriebsseite der Strömungsmaschine angeordnet ist. Ebenso stellt ein Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer Strömungsmaschine einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar. Damit bringen eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine und ein erfindngsgemäßes Montageverfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lageranordnung erläutert worden sind.A further object of the present invention is a turbomachine, having a bearing arrangement according to the invention for a shaft, which is arranged between a conveyor housing section and a drive side of the turbomachine. A method for assembling the bearing arrangement according to the invention in a turbomachine also represents a further subject matter of the present invention. A turbomachine according to the invention and an assembly method according to the invention thus bring with them the same advantages as have been explained in detail with reference to a bearing arrangement according to the invention.
Dabei können die erläuterten Vorteile vorzugsweise in einer Strömungsmaschine wie einem Turboverdichter mit einem Turbinenlaufrad, insbesondere einem Abgasturbolader für eine Verbrennungsmaschine genutzt werden.The advantages explained can preferably be used in a turbomachine such as a turbo compressor with a turbine impeller, in particular an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben wird. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigt schematisch:
-
1 eine Schnittansicht durch einen Aufbau einer Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a sectional view through a structure of a bearing assembly according to an embodiment of the invention.
In
Zwischen der Antriebsseite und dem Fördergehäuseabschnitt 14 ist ein Lagergehäuseabschnitt 12 des Gehäuses der Strömungsmaschine 100 angeordnet, der zur Aufnahme eines Wellenlagers 20 eingerichtet ist. Das Wellenlager 20 stellt eine drehbare Lagerung der Welle 30 in dem Lagergehäuseabschnitt 12 des Gehäuses der Strömungsmaschine 100 bereit.A bearing
Das Wellenlager 20 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wälzlager mit kugelförmigen Wälzkörpern 22, und es ist als eine Kompaktlagereinheit mit zwei Wälzlagerreihen ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Aufnahme von Kippmomenten an der Welle 30 durch eine alleinstehende Kompaktlagereinheit in einem mittleren Wellenabschnitt, wodurch ein Bedarf an weiteren Lagerstellen zu den Wellenenden sowie ein entsprechender axialer Bauraum hierfür entfallen kann. Das Wellenlager 20 setzt sich im Wesentlichen aus einem zylindrischen Lageraußenring 21, einem zylindrischen Lagerinnenring 23 und den dazwischenliegenden, umlaufend geführten Wälzkörpern 22 zusammen. Der Lageraußenring 21 stütz sich statisch in einer entsprechenden Aufnahmebohrung des Lageraufnahmeabschnitts 12 ab, in welche das Wellenlager 20 zur Montage eingeführt bzw. eingepasst wird. Der Lagerinnenring 23 stützt sich über die Wälzlager 22 dynamisch bzw. drehbar in dem Lagerinnenring 21 ab, und weist eine Aufnahmebohrung auf, in der die Welle 30 zur Montage eingeführt bzw. eingepasst wird. Zu den axialen Enden des Wellenlagers 20 sind nicht weiter erläuterte Dichtungen bereitgestellt, die den Innenraum des Lagergehäuses 12 vor einem Austritt eines Schmierstoffs und vor einem Eintritt von Verschmutzungen oder vor einem Eintritt eines Mediums von der Antriebsseite oder aus dem Fördergehäuseabschnitt 14 abdichten.In the exemplary embodiment shown, the shaft bearing 20 is a roller bearing with
In dem Lagergehäuseabschnitt 12 ist ein Schmierstoffzufuhrkanal 13 ausgebildet. Der Schmierstoffzufuhrkanal 13 ist ein Abschnitt eines nicht weiter erläuterten Schmierstoffkreislaufs, der einen Schmierstoff, insbesondere ein Schmieröl zur Schmierung der Wälzkörper 22 durch Öffnungen in dem Lageraußenring 21 an einer oberhalb des Wellenlagers 20 dargestellten Seite sowie zur Dämpfung rotierender Bauteile durch Spalte zwischen dem Lageraußenring 21 und dem Fördergehäuseabschnitt 14 zuführt und an einer unterhalb dargestellten Seite desselben wieder abführt. Der Schmierstoffzufuhrkanal 13 führt von der oberhalb des Wellenlagers 20 dargestellten Seite radial einwärts zu einem axial mittleren Bereich des Wellenlagers 20 und verzweigt sich vor dem Wellenlager 20 in Richtung der beiden axial beabstandeten Wälzlagerreihen zu entsprechenden Öffnungen in dem Lageraußenring 21.A
In dem Lagergehäuseabschnitt 12 ist des Weiteren eine Kavität 11 ausgebildet, die zur Montage eines Fixierstifts 60 dient, der von einer Außenseite des Lagergehäuseabschnitts 12 durch die Kavität 11 in den Lagergehäuseabschnitt 12 eingeführt wird, und an einem innenliegenden Ende der Kavität 11 mit dem Lageraußenring 21 des Wellenlagers 20 in Eingriff gebracht wird. Die Kavität 11 ist in Form einer Bohrung hergestellt, die von einer oberhalb des Wellenlagers 20 dargestellten Außenseite des Lagergehäuseabschnitts 12 radial einwärts zu der Welle 30 gerichtet ist und mit einem konstanten zylindrischen Querschnitt bis in eine Aufnahmebohrung des Lagergehäuseabschnitts 12 für das Wellenlager 20 mündet. Dabei überschneiden sich eine Mittelachse der Bohrung der Kavität 11 oder auch eine Montageachse des Fixierstifts 60 senkrecht mit einer Mittelachse der der Welle 30 bzw. gleichbedeutend mit einer Mittelachse der Aufnahmebohrung für das Wellenlager 20 in dem Lagergehäuseabschnitt. Ferner teilt sich die radial einwärts zur Welle 30 gerichtete Bohrung der Kavität 11 einen gemeinsamen Abschnitt mit einem Strömungspfad des Schmierstoffzufuhrkanals 13, bevor sich dieser in der Verzweigung in Richtung der Wälzlagerreihen aufteilt. Mit anderen Worten bildet die Kavität 11 zugleich einen Teil des Schmierstoffzufuhrkanals 13, und die Ausgestaltung in Form einer Bohrung erleichtert einerseits die Einführung des Fixierstifts und begünstigt andererseits eine Funktion als ein Kanalabschnitt des Schmierstoffzufuhrkanals 13, der im Betrieb von einem Schmierstoff durchströmt wird.Furthermore, a
Der Fixierstift 60 ist im Wesentlichen mittig zu einer axialen Erstreckung des Wellenlagers 20 radial einwärts angeordnet. Der Fixierstift 60 weist an einem zu dem Wellenlager 20 gerichteten Ring-Abschnitt 62 ein nicht dargestelltes Außengewinde auf. Der Lageraußenring 21 weist eine innere Fixierstiftaufnahme 26 auf, die als eine Bohrung mit einem Innengewinde ausgebildet ist. Die innere Fixierstiftaufnahme 26 in dem Lageraußenring 21 wird bei einem Einpassen des Wellenlagers 20 in den Lagergehäuseabschnitt 12 fluchtend zu der Bohrung der Kavität 11 ausgerichtet, um den Fixierstift 60 aufzunehmen, der durch die Kavität 11 eingeführt wird. Ferner ist radial innerhalb einer zylindrischen Mantel des Lageraußenrings 21 eine ebene Anschlag-Fläche 24 vertieft ausgenommen, welche die innere Fixierstiftaufnahme 26 senkrecht umgibt.The fixing
An dem entgegengesetzten Ende weist der Fixierstift 60 einen Gehäuse-Abschnitt 61 auf, der in Form eines zylindrischen Schraubenkopfes mit einer innenliegenden Eingriffkontur für ein Schraubwerkzeug ausgebildet ist. Ein Durchmesser dieses zylindrischen Gehäuse-Abschnitts 61 des Fixierstifts 60 entspricht in etwa dem Durchmesser der Bohrung der Kavität 11 und ist größer als ein Durchmesser des Abschnitts 62 mit dem Außengewinde. Das innenliegende Ende der Kavität 11, das unterhalb der Verzweigung des Schmierstoffzufuhrkanals 13 dargestellt ist, weist ebenfalls den durchgehenden Durchmesser der Bohrung der Kavität 11 auf. Dieser Bereich bildet eine äußere Fixierstiftaufnahme 16, die den als zylindrischen Schraubenkopf ausgebildeten Gehäuse-Abschnitt 61 des Fixierstifts 60 als eine Passung umfasst, die ein Einstecken und Drehen des Fixierstifts 60 zulässt. Darüber hinaus ist in dem Fixierstift 60 eine Bohrung angeordnet, durch die der Schmierstoff aus dem Schmierstoffzufuhrkanal 13 in den Lageraußenring 21 eingeleitet wird, sodass ein weiterer verzweigter Kanal zur Schmierstoffzufuhr an dem Wellenlager 20 bereitgestellt wird.At the opposite end, the fixing
Nach einem Einstecken des Fixierstifts 60 wird der Ring-Abschnitt 62 in die innere Fixierstiftaufnahme 26 des Lageraußenrings 21 eingeschraubt bis der Gehäuse-Abschnitt 61 des Fixierstifts gegen die Anschlag-Fläche 24 anläuft. Der Gehäuse-Abschnitt 61 des Fixierstifts 60 ist in der äußeren Fixierstiftaufnahme 16 des Lagergehäuseabschnitts 12 aufgenommen und gibt einen gemeinsamen Abschnitt der Kavität 11 und des Schmierstoffzufuhrkanals 13 oberhalb von dessen Verzweigung frei. Nach der Montage befinden sich der Fixierstift 60 und das Wellenlager 20 in einer Fixierposition, in welcher der Lageraußenring 21 mittels des Fixierstifts 60 gegen eine axiale Verschiebung oder ein Verdrehen in Bezug zu dem Lagergehäuseabschnitt 12 gesichert ist.After the locating
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann eine Steckpassung, eine Presspassung oder eine konische Zentrierpassung anstelle eines Gewindes zwischen dem Ring-Abschnitt 62 des Fixierstifts 60 und der inneren Fixierstiftaufnahme 26 in dem Lageraußenring 21 vorgesehen sein. In einer Alternative dieser Ausführungsform können die beiden Abschnitte 61 und 62 des Fixierstifts sowie die beiden Fixierstiftaufnahmen 16 und 26 denselben Durchmesser aufweisen.In an embodiment that is not shown, a push fit, a press fit or a conical center fit can be provided instead of a thread between the
Ferner kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform das Wellenlager als ein Gleitlager anstatt als ein Wälzlager ausgeführt sein, wobei ein Gleitlagerspalt zwischen einer Gleitfläche des Lagerinnenrings 23 und einer Gleitfläche des Lageraußenrings 21 durch den Schmierstoffzufuhrkanal 13 mit einem schmierfilmbildenden Schmierstoff versorgt wird.Furthermore, in an embodiment that is not shown, the shaft bearing can be designed as a plain bearing instead of a roller bearing, with a plain bearing gap between a sliding surface of the bearing
Ferner kann ein radial einwärtsgerichteter, gemeinsamer Abschnitt der Kavität 11 und des Schmierstoffzufuhrkanals 13 in einer anderen Form als einer Bohrung ausgebildet sein, die sich zur Kanalführung eines Schmierstoffs und zur Einführung des Fixierstifts 60 eignet, solange diese Form eine Zugänglichkeit eines für den Fixierstift 60 erforderlichen Montagewerkzeugs gewährleistet.Further, a radially inward common portion of the
Die voranstehenden Erläuterungen zu der dargestellten Ausführungsform und zu Alternativen derselben beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsform und der genannten Alternativen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanations for the illustrated embodiment and for alternatives thereof describe the present invention exclusively in the context of examples. It goes without saying that individual features of the embodiment and of the alternatives mentioned can be freely combined with one another, insofar as this makes technical sense, without departing from the scope of the present invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Lageranordnungbearing arrangement
- 1111
- Kavitätcavity
- 1212
- Lagergehäuseabschnittbearing housing section
- 1313
- Schmierstoffzufuhrkanallubricant supply channel
- 1414
- Fördergehäuseabschnittconveyor housing section
- 1616
- äußere Fixierstiftaufnahmeouter locating pin mount
- 2020
- Wellenlagershaft bearing
- 2121
- Lageraußenringbearing outer ring
- 2222
- Wälzkörperrolling elements
- 2323
- Lagerinnenringbearing inner ring
- 2424
- Anschlag-Flächestop surface
- 2626
- innere Fixierstiftaufnahmeinner locating pin mount
- 3030
- WelleWave
- 4040
- LaufradWheel
- 6060
- Fixierstiftfixing pin
- 6161
- Gehäuse-Abschnitt des FixierstiftsHousing section of the locating pin
- 6262
- Ring-Abschnitt des FixierstiftsRing section of the locating pin
- 100100
- Strömungsmaschineflow machine
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215701.4A DE102020215701A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Bearing arrangement in a turbomachine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215701.4A DE102020215701A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Bearing arrangement in a turbomachine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020215701A1 true DE102020215701A1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=81750292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020215701.4A Pending DE102020215701A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Bearing arrangement in a turbomachine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020215701A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006055415A1 (en) | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Mahle International Gmbh | Bearing device for turbocharger of motor vehicle engine, has radial pin providing safety for bearing bush against rotation, where pin is engaged by hub in bearing bush and is designed as oil supply channel communicating with ring channel |
DE102008020067A1 (en) | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Schaeffler Kg | Bearing arrangement with a double row rolling bearing, turbocharger and method for supplying a lubricant to the rows of rolling elements of a double row rolling bearing |
-
2020
- 2020-12-11 DE DE102020215701.4A patent/DE102020215701A1/en active Pending
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