DE2249763A1

DE2249763A1 - Lagerung fuer einen rotierbaren regenerativ-waermetauscher

Info

Publication number: DE2249763A1
Application number: DE2249763A
Authority: DE
Inventors: Klaus Wiegard
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1974-04-18
Also published as: GB1435025A; JPS4973748A; FR2203057B1; FR2203057A1; US3966281A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim

Daim 9573/4

9. Oktober 1972

Lagerung für einen rotierbaren
Regenerativ-Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für einen rotierbaren Regenerativ-Warmetauscher in Scheibemform, der zentral auf einer Tragachse gelagert" ist»

Bei bekannten, derartigen. Lagerungen für aus_ Keramik be- . stehende Regenerativ-Wärmetauscher. ist im Zentrum der Scheibe eine Buchse vorgesehen, in die ein. torinenförniiger Bolzen eingepreßt ist, welcher drehbar auf'einer Achse gelagert ist. Sinn dieses Lageraufbaues ist es, eine Führung der Wärmetauscherscheibe zu gewährleisten, bei der diese axial verschiebbar und um wenige Grade kippbar ist» Dies wird mit dem bekannten Lageraufbau auch erreicht, ist jedoch mit hohem Verschleiß verbunden, da aufgrund der im Lagerbereich herrschenden außerordentlich hohen Bauteiltemperatüren in der Größenordnung von etwa 7QO C ein© wirksame Schmierung praktisch nicht möglich ist und deshalb rasch-eine Vergröße-. rung des Lagerspiels eintritt Ό

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine. Lagerung der eingangs genannten Art für einen rotierbaren Regenerativ- ■ Wärmetauscher zu schaffen, di© auch unter solch extremen Bedingungen noch verschleißarm" arbeitet und dennoch ein axiales Verschieben der Wärmetauscherscheibe sowie auch ein Kippen derselben um wenige Grade zuläßt ο

4 098167 0611

- 2 - Daim 9573/4

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die zentrale Lagerung durch ein Wälzlager gebildet ist, dessen tonnenförmige Wälzkörper um ein Vielfaches langer ale dick sind und dessen innere Lauffläche durch einen konkaven Abschnitt mit im Vergleich zur Wölbung der tonnenförmigen Wälzkörper geringerer Wölbung gebildet ist.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich im Hinblick auf die Schaffung einer möglichst kompakten Lagerung als zweckmäßig, wenn die innere Lauffläche durch einen Abschnitt der Tragachse gebildet ist, .wenn also auf einen gesonderten inneren Lagerlaufring verzichtet wird.

Um bei der erfindungsgemäßen Lagerkonstruktion zu einer möglichst geringen spezifischen Belastung zu kommen, wie sie insbesondere aus Materialgründen bei den gegebenen extremen Temperaturbelastungen zweckmäßig ist, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Länge der Wälzkörper etwa der Picke der Scheibe entspricht und wenn so der zur Verfügung stehende Raum möglichst weitgehend für die Abstützung genutzt wird. Der so erreichbare Wölbungsradius für die tonnenförmigen Wälzkörper ermöglicht eine sehr kleine spezifische Pressung.

Im Hinblick auf die gegebenen Raumverhältnisse und eine möglichst einfache Lagermontage erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Lagerkäfig des Wälzlagers mehrteilig ausgebildet wird und.in Achsrichtung verlaufende Leisten umfaßt, die im Bereich ihrer Enden in stirnseitigen, schlitzförmigen Ausnehmungen von Buchsen liegen. Diese Buchsen werden zweckmäßigerweise im Bereich ihrer von den Wälzkörpern abgelegenen Enden von Haltebuchsen übergriffen, und zwar so weit, da-ß auch noch die in den schlitzförmigen Ausnehmungen liegenden Leistenenden von den Haltebuchsen teilweise überdeckt werden.

409816/0611

- - 3 - ^Daim 9573A

Um be,i einer derartigen Ausgestaltung wiederum zu einer möglichst raumsparenden Konstruktion zu gelangen, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die mit den schlitzförmigen Ausnehmungen versehenen Buchsen und die Haltebuchsen im Uberlappungsbereich jeweils radial abgesetzt sind, und zwar in jeweils entsprechender Stärke die Haltebuchsen radial innen und die mit den schlitzförmigen Ausnehmungen versehenen Buchsen radial außen.

Im Hinblick darauf, daß die Leisten zweckmäßigerweise mit ihren Endteilen durch die Haltebuchsen übergriffen sind, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die schlitzförmigen, sich über die radiale Dicke der Buchsen erstreckenden Ausnehmungen bis in den durch die Haltebuchsen überlappten Bereich verlaufen und wenn die in diesem Uberlappungsbereich liegenden Endabschnitte der Leisten lediglich eine der radialen Stärke der jeweiligen, mit Schlitzen versehenen Buchse in ihrem abgesetzten Bereich entsprechende radiale Stärke aufweisen. Ein solcher Lageraüfbau ermöglicht auch die axiale Festlegung des Lagers in einfacher Weise. Ferner ist bei einem derartigen Aufbau des Lagers dieses ohne Schwierigkeiten zu montieren.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren erfindungsgemäßen Einzelheiten anhand der.Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 im Schema die Anordnung eines rotierbaren Regenerativ-Wärmetauschers an einem nicht weiter dargestellten Turbinengehäuse zeigt. , . '

Fig. 2 enthält eine Schnittdarstellung der zentralen Lagerung der Wärmetauscherscheibe gemäß Fig. 1 in einer Schnitt führung gemäß Linie II-II in Fig. 3 ν,ηά

Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäß Linie I1I-III lsi Fig. 2.

4 0 9 816/0611

- 4 - Daim 9573/4

In den Figuren ist mit 1 der rotierbare Regenerativ-Wärmetauscher bezeichnet, dessen aus einem Keramikmaterial bestehende Scheibe 2 über den Tragzapfen 3 am Gehäuse 4 einer nicht weiter dargestellten Turbine angebracht ist. Am Gehäuse 4 ist weiter auch die deckelförmige Verkleidung 5 des Wärmetauschers 1 angeflanscht.

Die Scheibe 2 ist an ihrem Außenumfang von einem Ring 6 umschlossen, welcher radial außen mit einem Zahnkranz 7 versehen ist. Über den Zahnkranz 7 wird die Wärmetauscherscheibe 2 angetrieben. Der Antrieb erfolgt über ein Ritzel 8, das auf einer im Deckel 5 und im Gehäuse 4 gelagerten Welle 9 sitzt, deren weitere Verbindung zu einem rotierenden Teil der Turbine nicht dargestellt ist. Zur Verdeutlichung sind im Ausführungsbeispiel das Ritzel 8 und die Wolle 9 sowie die der Aufnahme dieser Antriebselemente dienenden Verkleidungselemente versetzt dargestellt.

Die über das Ritzel 8 antreibbare Scheibe 2 ist, wie bereits dargelegt wurde, zentral auf dem Zapfen 3 gelagert, der im Ausführungsbeispiel als Schraubzapfen in einem Teil des Turbinengehäuses 4 verankert ist. Die Lagerung der Scheibe 2 auf dem Tragzapfen 3 erfolgt über ein Wälzlager 10, wie es in den Fig. 2 und 3 im Schnitt gezeigt ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Wärmetauschersscheibe 2 über an sich bekannte und hier nicht weiter dargestellte, nachgiebige Dichtelemente an das Turbinengehäuse 4 angeschlossen, und zwar derart, daß die beiden, hier lediglich durch Pfeile angedeuteten Gasströme voneinander getrennt sind. Einerseits handelt es sich hierbei um einen Frischluftstrom, der über einen Lufteinlaßkanal 11 zugeführt und nach Durchtreten durch die Scheibe 2 der nicht weiter dargestellten Brennkammer zugeleitet wird. Der hier nur angedeutete Zufuhrkanal zur

4098T6/061 1

- 5 - Daim 9573A

Brennkammer ist mit 12 bezeichnet. Gegenüberliegend gelangt das von der Brennkammer kommende und über die nicht dargestellten Turbinenschaufeln geführte Heiß- oder Brenngas durch den nur angedeuteten Abströmkanal 13 zur Scheibe 2, wo ihm beim Durchtritt ein wesentlicher Anteil der Wärme entzogen wird und von wo es den Gasaustrittskanal lk erreicht, durch den es z. B. ins Freie abströmen kann. Die Trennung der kalten von der heißen Seite erfolgt durch Dichtungen 15» l6, von denen die Dichtung 15 als Kingdichtung mit einem Quersteg 17 ausgebildet ist.-Die Dichtung 16 entspricht in ihrer Grundform jenem Teil der Dichtung 15» der durch den Quersteg 17 und jenen Bogen des Dichtungsringes 15 gebildet ist, der die heiße Seite umschließt. Hierdurch ergibt sich für die Dichtung 16 eine in der Draufsicht im wesentlichen D-förmige Grundform.

Das in den Fig. 2 und 3 im Detail dargestellte Wälzlager umfaßt tonnenförmige Wälzkörper l8, die bei geringer Wölbung um ein Vielfaches langer als dick sind und deren Länge bevorzugt nahezu der Dicke der Scheibe 2 entspricht« Den tonnenförmigen Wälzkörpern l8 ist ,ein Käfig 19.zugeordnet, der insgesamt aus Leisten 20, Buchsen 21 und Haltebuchsen 22 besteht. Die Buchsen 21 sind ausgehend von Ihren den Wälzkörpern l8 zugewandten Stirnseiten mit axialen Schlitzen 23 versehen, welche mit gleichbleibendem Abstand zueinander über den Umfang der Buchsen vorgesehen sind und welche die Enden der Leisten 20 aufnehmen. Zwischen je zwei Leisten 20 liegt dabei ein Wälzkörper l8, dessen, maximaler Durchmesser etwa dem in Umfangsrichtung gemessenen Abstand zweier Leisten 20 entspricht.

Die Buchsen 21 sind in ihrem von äen Wälzkörpern iß abgewandten Bereich radial außen im'Durchmesser abgesetzt» In entsprechender Weise weisen die Hait.ebüchsen in ihre» den

-6-409816/0611 ' ·

- 6 - . Daim 9573/4

Wälzkörpern l8 zugewandten Endbereichen radial innen einen Absatz auf. In diesen wechselseitig gegeneinander abgesetzten Dereichen überlappen die Buchsen 21 und 22 einander. Durch diese Überlappung werden gleichzeitig die Leisten 20 auch radial fixiert, da sich die Schlitze 23 in den Buchsen 21 bis in diesen überlappten Bereich erstrecken und da die Leisten l8 an ihren in diesen tberlappungsbereichen liegenden Enden von außen her so weit abgesetzt sind, daß ihre radiale Dicke der Dicke der geschlitzten Buchsen in ihren abgesetzten Endbereichen entspricht, was zur folge hat, daß die Haltebuchsen 22, wie aus Fig. 2 ersichtlich, über die Endbereiche der Leisten 20 geschoben werden können. Über die 'Haltebuchsen 22, die geschlitzten Buchsen 21 und die Leisten 1st, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, bei entsprechender axialer Verspannung gleichzeitig eine axiale Fixierung des Wälzlagers 10 erreichbar.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist auf einen gesonderten Innenring für das Wälzlager verzichtet worden und es bildet der Tragzapfen 3 in einem entsprechend bearbeiteten Abschnitt 2k die innere Lauffläche für die Wälzkörper l8. Innerhalb des Abschnittes 2k ist der Tragzapfen 3 konkav eingeschliffen, und zwar mit einer Wölbung, die etwas geringer ist als die Wölbung der tonnenförraigen Wälzkörper. Als äußerer Lagerring kann, was hier nicht weiter dargestellt ist, eine zentral in die Scheibe 2 eingesetzte Buchse dienen. Bei geringen Belastungen ist es aber auch möglich, auf eine gesonderte Buchse zu verzichten und eine unmittelbare Auflage des Scheibenmaterials auf den Wälzkörpern vorzusehen.

409816/061 1

Claims

-. 7 - Daim 9573/4

Ansprüche

Cl.!Lagerung für einen rotierbaren Regenerativ-Wärmetauscher in Scheibenform, der zentral auf einer Tragachse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Lagerung durch ein Wälzlager (io) gebildet ist, dessen tonnenförmige Wälzkörper (l8) um ein Vielfaches' langer als dick sind und dessen innere Lauffläche durch einen konkaven Abschnitt (24) mit im Vergleich zur Wölbung der tonnenförmigeη Wälzkörper (l8) geringerer Wölbung gebildet ist.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lauffläche durch einen Abschnitt (24) der Tragachse (3) gebildet ist.
3· Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Wälzkörper (l8) etwa der Dicke der Scheibe (2) entspricht. .
4. Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkäfig des Wälzlagers (lO) mehrteilig ausgebildet ist und in Achsrichtung verlaufende Leisten (20) umfaßt, die im Bereich ihrer Enden in stirnseitigen, schlitzförmigen Ausnehmungen (23) von Buchsen (2l) liegen. ~"
5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die mit den schlitzförmigen Ausnehmungen (23) versehenen

ihrer

Buchsen (2l) im Bereich/von den Wälzkörpern (l8) abgelegenen Enden von Haltebuchsen (22) übergriffen sind.
6. Lagerung nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die mit den schlxtzformigen Ausnehmungen (23) versehenen. Buchsen (2l) und die Haltebuchsen (22) im Überlappungsbereich jeweils radial abgesetzt sind, und zwar in

409816/0611

jeweils entsprechender Stärke die Haltebuchsen (22) radial innen und die mit den schlitzförmigen Ausnehmungen (23) versehenen Buchsen (21) radial außen.

7· Lagerung nach einem oder mehreren der Ansprüche k - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen, sich über die radiale Dicke der Buchsen (21) erstreckenden Ausnehmungen (23) bis in den durch die Haltebxicheen (22) überlappten Bereich verlaufen und daß die in diesem Überlappungsbereich liegenden Endabschnitte der Leisten (20) lediglich eine der radialen Stärke der mit Schlitzen (23) versehenen Buchse (2l) in ihrem abgesetzten Bereich entsprechende radiale Stärke aufweisen.

4098 16/06 11

Leerseite