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Doppelseitiges flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager Die Erfindung betrifft
ein doppelseitiges flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager für schnellaufende, in einer
Bohrung eines Gehäuses radial gelagerte Wellen, das aus einem mit der Welle verbundenen
Druckring und zwei an den Stirnflächen des Druckrings angreifenden Lagerringen besteht,
die in einer zylindrischen, zu einer ebenen achsnormalen Stützfläche führenden Bohrung
des Gehäuses angeordnet sind. Solche Lager können z. B. bei Turbomaschinen oder
anderen mit flüssigen Arbeitsmitteln betriebenen Anlagen Verwendung finden, die
umlaufende Teile aufweisen, wobei letztere genau bestimmte Abstände vom Gehäuse
oder von anderen Teilen einhalten müssen.
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Bei der Herstellung von Maschinen mit hoher Umlaufgeschwindigkeit
ist es bekannt, daß die zu einer solchen Maschine gehörenden Teile mit sehr engen
Toleranzen gefertigt werden müssen, so daß nach dem Zusammenbau keine ungewollte
Einwirkung der feststehenden auf die bewegten Teile auftreten kann. Werden alle
zu einer Einheit gehörenden Teile mit den erforderlichen Abmessungen gefertigt,
so kann der Fall eintreten, daß diese Teile sämtlich an der oberen oder der unteren
Toleranzgrenze liegen, so daß sich diese Toleranzen addieren; dann tritt trotzdem
eine Störung zwischen den umlaufenden und feststehenden Teilen auf, so daß die zusammengebaute
Einheit nicht arbeiten kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drucklager
so auszubilden, daß es ein Minimum an Teilen aufweist, die so geformt und angeordnet
sind, daß die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten vermieden oder doch in ihrer
Wirkung erheblich abgeschwächt werden.
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Beispielsweise müssen schnellaufende Wellen von Turbomaschinen, insbesondere
von Turboverdichtern, die von einer auf gemeinsamer Welle sitzenden Turbine angetrieben
werden, nicht nur Traglager, sondern auch ein Drucklager aufweisen, das dazu dient,
einen auf die Welle wirkenden Axialschub aufzunehmen und gleichwohl sicherzustellen,
daß die auf der Welle sitzenden Schaufelräder keine unzulässigen Axialversehiebungen
erfahren. Derartige Drucklager wurden bisher in der Weise ausgebildet, daß man auf
der schnellaufenden Welle einen Ring, Bund od. dgl. befestigte, der als Druckkörper
dient, und diesen Druckkörper in der hohl ausgearbeiteten Nut eines Lagergehäuses
laufen ließ. Dieses Lagergehäuse mußte, um die Welle mit dem Druckkörper einbringen
zu können, zweiteilig ausgebildet sein, und die im Lager vorgesehene Ringnut bedurfte
einer sorgfältigen und nicht ganz einfachen Bearbeitung, um die gewünschte enge
Toleranz hinsichtlich des Axial-Spiels sicherzustellen. Durch die Teilung des Lagergehäuses
wurden diese Schwierigkeiten noch vergrößert.
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Man hat auch bereits Drucklager mit einem in Achsrichtung ungeteilten
Gehäuse gebaut, wobei im Lagergehäuse eine Aussparung für den auf der Welle befestigten
Bund vorgesehen ist. Bei diesem bekannten Lager dient aber als Schmiermittel weder
ein flüssiges noch ein konsistentes Fett, sondern Druckluft. Daher ist bei dem bekannten
Lager eine Abdichtung der Schmiermittelzuführung von völlig untergeordneter Bedeutung,
denn ein gewisser Verlust an Preßluft spielt keine wesentliche Rolle. Besondere
Dichtungsmaßnahmen sind bei dieser bekannten Lagerbauart nicht in Anwendung gekommen.
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Bei Lagern, die für ein flüssiges Schmiermittel gedacht sind, ist
es wichtig, für eine sorgfältige und unter allen Umständen betriebssichere Schmierung
zu sorgen. Das flüssige Schmiermittel wird dabei den aufeinander laufenden Oberflächen
des Lagers ständig zugeführt. Andererseits ist es wichtig, daß gerade die tragenden
Oberflächen leicht zugänglich sind und eine einfache Bauform aufweisen. Ganz besonders
kommt dies bei Lagern für sehr schnell laufende Wellen in Frage. Trotz sorgfältiger
Schmierung nutzen sich die tragenden Oberflächen solcher Lager verhältnismäßig schnell
ab und müssen dann ausgewechselt
werden. Daher ist eine einfache
Bauart, die ein Auswechseln der betreffenden Teile erleichtert, von wesentlicher
Bedeutung.
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Es ist auch bereits ein Drucklager bekannt, bei dem der auf der schnellaufenden
Welle befestigte Bund od. dgL einerseits auf einer am Lagergehäuse vorgesehenen
Lauffläche, andererseits auf einer zweiten Lauffläche gleiten kann, die an einer
den Bund umgreifenden und am Lagergehäuse befestigten Kappe vorgesehen ist. Hier
liegt der oben bereits geschilderte Nachteil vor, daß zwei einander gegenüberliegende
Laufflächen des Lagers sehr sorgfältig bearbeitet werden müssen und auch sonst an
die Fertigung hohe Ansprüche gestellt werden.
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Schließlich ist auch ein doppelseitiges Axialdrucklager für Turbomaschinen
bekannt, bei dem seitlich neben dem Druckring bzw. Bund Laufflächen beiderseits
des Ringes angeordnet sind. Die eine Lauffläche liegt an einer Schulter des festen
Gehäuses; die andere Lauffläche stützt sich gegen einen axial beweglichen Stützring
ab, wobei die Axialluft durch entsprechende Verstellbarkeit des Stützringes einstellbar
ist. Auch diese bekannte Bauart weist die oben aufgeführten Nachteile eines komplizierten
Aufbaus auf, der ein Auswechseln der Laufflächen nur mit erheblichem Arbeitsaufwand
ermöglicht.
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Bei einem Axiallager nach der Erfindung sind die vorstehend aufgeführten
Nachteile vermieden, und dieses Lager kennzeichnet sich dadurch, daß der Lagerring,
der an der der ebenen Stützfläche des Gehäuses abgekehrten Stirnfläche des Druckringes
angreift, sowohl den Außenmantel des Druckrings als auch den Außenmantel des anderen
Lagerrings umgreift und wie der Lagerring mit einer ebenen Ringfläche an der ebenen
Stützfläche des Gehäuses anliegt, gegen die er mittels eines in eine Ringnut des
Gehäuses eingesetzten, an der von der Stützfläche weiter entfernten Seitenwand der
Nut entlang einer Kegelfläche anliegenden Federrings gehalten ist und dadurch über
einen Dichtungsring eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen einem zur ebenen
Stützfläche führenden Schmierkanal des Gehäuses und einem an diesen Kanal anschließenden,
zum Druckring führenden Schmierkanal im Lagerring herstellt.
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Hiermit wird erreicht, daß das Lager leicht auseinandergenommen werden
kann, so daß ein Auswechseln abgenutzter Teile mit geringstem Arbeitsaufwand möglich
ist. Es braucht nur der erwähnte Federring entfernt zu werden, und durch diesen
Federring wird außerdem die Abdichtung des Schmierkanals sichergestellt. Die Verwendung
eines solchen Federrings bietet wesentliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten
Lagerbauarten, bei denen Schraubenbolzen zur Befestigung verwendet werden. Außerdem
ist ein beachtlicher Vorteil darin zu sehen, daß am Gehäuse des Lagers nur eine
einzige Fläche bearbeitet werden muß.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Lagers nach der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Lager,
das bei einem Turboverdichter Verwendung gefunden hat, und Fig. 2 einen Teil des
Lagers gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstabe.
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Im Gehäuse 10 eines Turboverdichters ist die Welle 14 gelagert, auf
deren Enden die Schaufelräder 17 bzw. 20 von Turbine bzw. Verdichter sitzen. Das
Gehäuse 10 ist am einen Ende des Wellendurchtritts mit einer ebenen Stützfläche
22 versehen, die bei der Herstellung des Gehäuses mit einem einfachen Werkzeug und
auf ganz einfache Weise bearbeitet werden kann. An der Stützfläche 22 sind zwei
Lagerringe 23 bzw. 24 befestigt, und zwar umgreift der Lagerring 24, der an der
der ebenen Stützfläche 22 des Gehäuses abgekehrten Stirnfläche eines auf der Welle
14 befestigten Druckrings 31 angreift, sowohl den Außenmantel des Druckrings als
auch den Außenmantel des anderen Lagerrings 23. Dabei ist der Lagerring 23 mittels
eines Stiftes 25 am Gehäuse 10 befestigt.
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Der Druckring 31 ist mittels einer Nabe 30 auf der Welle 14 befestigt
und läuft mit ihr um. Dabei befinden sich die Laufflächen des Druckringes 31 zwischen
den Laufflächen 26 und 28 der erwähnten Lagerringe 23 bzw. 24. Die Laufflächen sind
rechtwinklig zur Umlaufachse der Welle 14 angeordnet, und die Dicke des Druckringes
31 entspricht nahezu der Weite des Raumes zwischen den Laufflächen 26 und 28, so
daß das Längsspiel der Welle nur sehr gering ist.
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Der Lagerring 24 wird auf der Stützfläche 22 des Gehäuses mittels
eines Federringes 32 festgehalten, der in eine Ringnut 33 des Gehäuses eingesetzt
ist und an der von der Stützfläche weiter entfernten Seitenwand der Nut entlang
einer Kegelfläche anliegt. Durch diese Kegelform wird der Federring ständig gegen
den Lagerring 24 gepreßt, der seinerseits unter entsprechendem Druck auf der Stützfläche
22 anliegt.
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Zur Schmierung ist das Gehäuse 10 mit einem Kanal 34 versehen, der
zur Stützfläche 22 führt. Mit Hilfe eines in eine Ringnut 35 eingesetzten Dichtungsrings
36 ist eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesem Schmierkanal 34 und einem
an diesen Kanal anschließenden, zum Druckring 31 führenden Schmierkanal
37 hergestellt. Dieser zuletzt erwähnte Schmierkanal 37 mündet in der Lauffläche
28 des Lagerrings 24, so daß durch das Anpressen des Lagerrings 24 mit Hilfe des
Federrings 32 sowohl eine Befestigung des Lagerrings am Gehäuse als auch eine Abdichtung
der Schmierkanalverbindung erzielt ist.
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Um zu verhindern, daß Schmiermittel axial nach außen hin zum Schaufelrad
20 des Verdichters gelangen kann, ist in der Nabe 30 des Druckrings 31 eine Ringnut
38 mit Dichtungsringen 40 vorgesehen, die sich gegen die innere Oberfläche der Mittenöffnung
des Lagerrings 24 anlegen. Überflüssiges Schmiermittel kann aus dem Innenraum des
Lagerrings 24 über einen Kanal 41 abfließen, der in diesem Ring vorgesehen ist.
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Zur Schmierung der Lauffläche 26 des Lagerrings 23 ist diese mit Nuten
42 versehen, durch die Schmiermittel von der Welle 14 her hindurchtreten und auf
die Laufflächen des Druckrings 31 und des Lagerrings 23 gelangen kann. Dieses Schmiermittel
wird über einen Kanal 34a vom Kanal 34 abgeleitet.