DE19745659C1 - Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fig. 4 zeigt einen Turbolader gemäß dem allgemeinen Stand der Technik z. B. der DE 32 44 893 C2. Ein derartiger Turbolader enthält eine Gasturbine 1 und einen Verdichter 2. Das Turbinenrad 3 der Gasturbine 1 und das Verdichterrad 4 des Verdichters 2 sind auf einem Turbinenläufer 5 angeordnet. Der Turbinenläufer 5 ist mittels der Lager 6, 7 radial gelagert, während das Führungslager 8 die Axialkräfte aufnimmt. Das Führungslager 8 ist als Einzelheit V in Fig. 5 vergrößert teilweise dargestellt. Es enthält das am Gehäuse des Turboladers befestigte stehende Führungslager 9 und die beidseitig zu diesem auf dem Turbinenläufer 5 angeordneten Laufringe 10, 11. Die drehende Mitnahme der Laufringe 10, 11 mit dem Turbinenläufer 5 erfolgt über eine Paßfeder 12. Mittels einer Abstandshülse 13 werden die Laufringe 10, 11 auf einer Distanz gehalten, die um das Axialspiel s größer als die Breite des stehenden Führungslagers 9 ist. Das Axialspiel beträgt üblicherweise einige Zehntel Millimeter. Zwischen der Abstandshülse 13 und einer Bohrung 14 des stehenden Führungslagers 9 ist ein Ölraum 15 angeordnet, der zu Flächen 16, 17 zwischen dem stehenden Führungslager 9 und den Laufringen 10, 11 führt. Die Flächen 16, 17 sind die Lagerflächen, die die Axialkräfte des Turbinenläufers 5 aufnehmen. Dem Ölraum 15 wird über Bohrungen 18 und 19 Schmieröl zugeführt.

Bei Turboladern findet bei hoher Drehzahl eine Achsschubumkehr statt, so daß je nach Betriebszustand die Flächen 16 oder 17 als Lagerflächen fungieren. Es müssen deshalb beide die Flächen 16 und 17 enthaltenden Seiten des stehenden Führungslagers 9 mit Schmieröl beaufschlagt werden. Da sich aber je nach der Richtung der Axialkraft des Turbinenläufers 5 auf der unbelasteten Seite des stehenden Führungslagers 9 ein vom Axialspiel s herrührender Spalt 20 einstellt, beim in Fig. 5 gezeigten Betriebsfall bei den Flächen 17, kann durch diesen Spalt 20 ungehindert das Schmieröl entweichen. Dies bedingt einen hohen Öldurchsatz, wobei auch dann noch die Ölzufuhr zu den belasteten Flächen (hier zu den Flächen 16) begrenzt ist mit der Folge erhöhter Reibungsverluste.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Turbolader am Führungslager des Turbinenläufers bei sparsamem Schmierölverbrauch die Schmierung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Turbolader mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Dank der Drosselstelle des Zuflußraumes zur unbelasteten Fläche des stehenden Führungslagers wird ein Abfließen des Schmieröls am axialspielbedingten Spalt, also an der unbelasteten Seite des stehenden Führungslagers, vermindert. Dadurch wird das dem Führungslager zugeführte Schmieröl weitgehend zur belasteten Seite geleitet. Bei sparsamem Öldurchsatz erfolgt dadurch eine gute Schmierung der belasteten Flächen des Führungslagers. Die Zuführung des Schmieröls zu den je nach Achsschubrichtung belasteten Flächen und die Drosselung zum sich einstellenden Spalt geht dabei selbsttätig mit dem bei einer Achsschubumkehr erfolgenden Anlagewechsel des Turbinenläufers am stehenden Führungslager einher. Die gute Schmierung der belasteten Fläche des Führungslagers verbessert den Wirkungsgrad des Turboladers bei gleichzeitiger Reduzierung der Abgastemperaturen.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den in Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Die Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt schematisch im Schnitt:

Fig. 1: eine teilweise Darstellung eines Führungslagers,

Fig. 2: eine weitere Variante zu Fig. 1,

Fig. 3: eine weitere Variante zu Fig. 1,

Fig. 4: einen Turbolader gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 5: die Einzelheit V nach Fig. 4 (Stand der Technik).

Das in Fig. 1 gezeigte Führungslager 8.1 stimmt hinsichtlich einiger Bauteile mit dem in Fig. 5 gezeigten Führungslager 8 überein, weshalb der Einfachheit halber bei diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen für wiederkehrende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Abweichende Bauteile werden mit einem Index versehen, z. B. "1". Das dargestellte Führungslager 8.1 enthält das stehende Führungslager 9.1, dem beidseitig die auf dem Turbinenläufer 5 angeordneten Laufringe 10, 11 zugeordnet sind. Zum Laufring 11 sei noch bemerkt, daß dieser außerdem als Labyrinthring wirkt, er ein Labyrinth als Teil einer Labyrinthdichtung zur Abdichtung des Verdichtungsraums enthält. Analog zum Führungslager 8 gemäß Fig. 5 sind die Laufringe 10, 11 mittels einer Paßfeder 12 in formschlüssiger Momentenverbindung mit dem Turbinenläufer 5. Weiterhin sind die je nach Richtung der Axialkraft des Turbinenläufers 5 als Lagerflächen dienenden Flächen 16, 17 zwischen den Laufringen 10, 11 und dem stehenden Führungslager 9.1 vorhanden.

Abweichend zur Fig. 5 enthält der zwischen der Bohrung 14 und der Abstandshülse 13.1 befindliche Ölraum 15 noch einen Zuflußraum 21.1. Der Zuflußraum 21.1 wird vorteilhaft von einer umlaufenden Nut 22.1 im stehenden Führungslager 9.1 gebildet und von einem Bund 23.1 der Abstandshülse 13.1 begrenzt.

Bei der gezeichneten Stellung des Turbinenläufers 5 wirkt die Axialkraft in Richtung R1. In dieser Stellung dienen die Flächen 16 zwischen stehendem Führungslager 9.1 und Laufring 10 als Lagerflächen, während sich zwischen dem Laufring 11 und dem stehenden Führungslager 9.1 der Spalt 20 von der Breite des Axialspiels s einstellt. Eine Kante des Bundes 23.1 der Abstandshülse 13.1 bildet mit der Bohrung 14 eine Drosselstelle 24.1, während sich an der jenseitigen Kante des Bundes 23.1 zur Bohrung 14 ein Durchlaßspalt 25.1 von der Breite b einstellt. Der Bund 23.1 ist hierzu in seiner Länge um das Maß b kleiner bemessen als die Breite der Nut 22.1. Vorteilhaft ist das Maß b gleich der Breite s des Spaltes 20.

Das über die Bohrungen 18 und 19 zugeführte Schmieröl gelangt in den Zuflußraum 21.1 und wird an der Drosselstelle 24.1 am Weiterfließen zum und Abfließen durch den Spalt 20 behindert. Es gelangt lediglich eine geringe Leckölmenge auf diesen Weg, da aus Montagegründen der Bund 23.1 in seinem Durchmesser etwas kleiner als die Bohrung 14 gehalten ist. Somit wird das zugeführte Schmieröl weitgehend durch den Durchlaßspalt 25.1 zu den von der Axialkraft belasteten Flächen 16 geleitet, die dadurch gut geschmiert werden.

Bei einer Achsschubumkehr (Umkehr der Axialkraft) des Turbinenläufers 5 in Richtung R2 wird letzterer um das Axialspiel s nach rechts verschoben, wodurch die Flächen 17 zur Anlage kommen und mit der Axialkraft belastet werden und sich bei den Flächen 16 ein Spalt ausbildet. Gleichzeitig bildet sich an dem bisherigen Durchlaßspalt 25.1 die Drosselstelle durch die mit der Turbinenwellenversetzung einhergehende Rechtsbewegung des Bundes 23.1, und an der bisherigen Drosselstelle 24.1 entsteht der Durchlaßspalt. Nunmehr wird das Schmiermittel zu den belasteten Flächen 17 geführt, während der Weg zu den beabstandeten Flächen 16 versperrt ist. Diese Stellung wurde nicht eingezeichnet, da für den Fachmann leicht verständlich.

Das Führungslager 8.2 gemäß Fig. 2 mit den Positionen Turbinenläufer 5, stehendes Führungslager 9.2, Laufringe 10, 11, Paßfeder 12, Bohrung 14, Ölraum 15 und Flächen 16, 17 ähnelt weitgehend dem in Fig. 1 gezeigten Führungslager 8.1. Abweichend davon ist der Zuflußraum 21.2 des Schmieröles hauptsächlich in einer umlaufenden Nut 26.2 der Abstandshülse 13.2 enthalten, und zwar im Bereich ihres Bundes 23.2. Die Enden des Bundes 23.2 müssen erhalten bleiben, um die Drosselstelle 24.2 und den Durchlaßspalt 25.2 mit der Breite b zu bilden. Im stehenden Führungslager 9.2 ist auch eine kleine umlaufende Nut 22.2 vorgesehen, damit das über die Bohrungen 18 und 19 zugeführte Schmiermittel zum Durchlaßspalt 25.2 gelangen kann. Von dort fließt das Öl zu den Flächen 16, die bei der gezeichneten Richtung R1 des Axialschubs belastet sind. Ansonsten stellen sich bei einer Umkehr des Axialschubs in Richtung R2 die bereits zur Fig. 1 beschriebenen Verhältnisse ein, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf weitere Ausführungen verzichtet wird.

Das Führungslager 8.3 gemäß Fig. 3 weist ein geteiltes stehendes Führungslager 9.3 auf. Ansonsten kehren auch hier die Positionen Turbinenläufer 5, Laufringe 10, 11, Paßfeder 12, Bohrung 14, Ölraum 15 und Flächen 16, 17 auf. Dank der geteilten Ausführung des stehenden Führungslagers 9.3 kann die Abstandshülse 13.3 mit ihrem Bund 23.3 tiefer in eine entsprechend tiefe Nut 22.3, die den Zuflußraum 21.3 beherbergt, eintreten. Die Enden des Bundes 23.3 bilden mit den Seitenwänden der Nut 22.3 die Drosselstelle 24.3 und den Durchlaßspalt 25.3 mit der Breite b. Das Schmieröl wird bei der gezeigten Richtung R1 der Axialkraft über die Bohrungen 18 und 19 zum Zuflußraum 21.3 und über den Durchlaßspalt 25.3 und den rechten Bereich des Ölraums 15 zu den belasteten Flächen 16 geleitet. Bei einer Umkehr des Axialschubes in die Richtung R2 stellen sich die bereits zur Fig. 1 beschriebenen Verhältnisse ein, weshalb auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Der Zuflußraum 21.3 kann auch weitgehend unter Verringerung der Tiefe der Nut 22.3 im Bereich des Bundes 23.3 der Abstandshülse 13.3 angeordnet werden.

Claims (6)

1. Turbolader mit einer Gasturbine und einem Verdichter, deren Turbinenrad und Verdichterrad auf einem Turbinenläufer angeordnet sind, der mittels eines Führungslagers axial gelagert ist, wobei das Führungslager ein stehendes Führungslager und beidseitig zu diesem auf dem Turbinenläufer angeordnete Laufringe sowie eine zwischen den Laufringen befindliche Abstandshülse enthält, weiterhin zwischen dem stehenden Führungslager und der Abstandshülse ein zu den Flächen zwischen dem stehenden Führungslager und den Laufringen führender Ölraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölraum (15) einen zwischen einem Bund (23.1, 23.2, 23.3) der Abstandshülse (13.1, 13.2, 13.3) und dem stehenden Führungslager (9.1, 9.2, 9.3) eingeschlossenen Zuflußraum (21.1, 21.2, 21.3) enthält, der einerseits von einer Drosselstelle (24.1, 24.2, 24.3) des Bundes (23.1, 23.2, 23.3) zum zur unbelasteten Fläche (17) des stehenden Führungslagers (9.1, 9.2, 9.3) und andererseits von einem Durchlaßspalt (25.1, 25.2, 25.3) des Bundes (23.1, 23.2, 23.3) zum zur belasteten Fläche (16) des stehenden Führungslagers (9.1, 9.2, 9.3) führenden Teil des Ölraums (15) hin begrenzt ist, wobei der Durchlaßspalt (25.1, 25.2, 25.3) bei einer Axialverschiebung des Turbinenläufers (5) im Rahmen des Axialspiels (s) weitgehend schließbar und die Drosselstelle (24.1, 24.2, 24.3) aufmachbar ist.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßspalt (25.1, 25.2, 25.3) in seiner Breite (b) etwa in der Größe des Axialspiels (s) des Führungslagers (8.1, 8.2, 8.3) bemessen ist.

3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshülse (13.1, 13.2) samt ihrem Bund (23.1, 23.2) durch eine Bohrung (14) des festen Führungslagers (9.1, 9.2) führbar ist.

4. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Führungslager (9.3) geteilt ist und die Abstandshülse (13.3) mit ihrem Bund (23.2) in eine umlaufende Nut (22.3) des Führungslagers (9.3) ragt.

5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußraum (21.1, 21.3) als umlaufende Nut (22.1, 22.3) in dem stehenden Führungslager (9.1, 9.3) ausgeführt ist.

6. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußraum (21.2) als umlaufende Nut (26.2) in dem Bund (23.2) der Abstandshülse (13.2) ausgeführt ist.