DE2416640B2 - Lagerung für eine Welle zur Aufnahme axialer und radialer Kräfte - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung für eine mil hoher Drehzahl umlaufende Welle (insbesondere eines Turbolader) zur Aufnahme axialer Kräfte in beiden Richtungen sowie radialer Kräfte, im übrigen mit den im Oberbegriff von Anspruch I genannten Merkmalen.

Eine Lagerung dieser Art ist aus Her FR-PS 3 21 969 bekannt. Die beiden schwimmend angeordneten Gleitlager sind dort als Buchsen mit je einem Radialflansch ausgebildet Die umlaufende Welle stützt sich mit ihrer Schulter und ihrem Widerlager über die Radialflansche am Lagergehäuse ab. Infolgedessen werden die Axialkriifte allein von den Radialflanschen der Gleitlager aufgenommen und übertragen.

Bei der Vorveröffentlichung ist das Problem der Schmierung der Radialflansche nicht gelöst, so daß derartige Lager einem sehr schnellen Verschleiß unterliegen dürften.

Die Lagerung nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Turbolader von Kraftfahrzeugen bestimmt. Dies bedeutet, daß die Welle mit extrem :.oher Drehzahl umläuft, außerdem, daß die Lagerung einer rauhen Handhabung durch mehr oder weniger geübte Fahrer unterworfen ist.

Durch: die vorliegende Erfindung soll eine Lagerung geschaffen werden, die sich insbesondere für dieses Einsatzgebiet eignet, deren die Axialkräfte aufnehmende StützFlächen einwandfrei geschmiert werden können und die bei niedrigen Herstellungskosten eine hohe Lebensdauer hat Bei einem Massenartikel, wie einem Turbolader für die Automobilindustrie, sind selbstverständlich niedrige Herstellungskosten von äußerster Wichtigkeit.

Die obengenannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.

Durch die topfförmigen Lagerhalterungen, die am Lagergehäuse vorgesehen sind, wurde es möglich, die Leitlager als sehr einfache Bauteile, nämlich als flanschlose Buchsen auszubilden. Die Buchsen übertragen dann in ihrer ganzen Länge die Axialkräfte. Die Axialkräfte werden je nach ihrer Richtung von dem einen oder dem anderen Gleitlager auf das Lagergehäuse übertragen.

Weiterbildungen der Erfindung betreffen besonders zweckmäßige Anordnungen von Schmiernuten in den Stirnflächen der Gleitlager sowie ^Anspruch 5) eine zweckmäßige Ausbildung der Stirnflächen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Schnitt durch einen Turbolader, bei dem die Lagerung gemäß der Erfindung verwirklicht ist,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie IfI-III der F i g. 1,

Fig.3 eine Endansicht eines der Gleitlager nach Fig. 1,

F i g. 4 eine Endansicht eines Gleitlagers nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der Turbolader nach F i g. I hat in bekannter Weise eine Turbine 10 und einen Kompressor 12. Die Turbine 10 besteht aus einem Turbinenlaufrad 14 und einem Turbinengehäuse 16. Der Kompressor 12 umfaßt ein metallisches Kompressorlaufrad 18, z. B. aus Aluminium, in einem Kompressorgehäuse 20. Das Turbinenlaufrad 14 und das Kompressorlaufrad 18 sind auf einer gemeinsamen Welle 22 montiert, wobei sich die Welle und die Laufräder um dieselbe Achse als Einheit drehen. Hierfür ist die Welle 22 am einen Ende mit dem Turbinenlaufrad 14 verschweißt, wogegen sich das andere Ende der Welle 22 durch das Kompressorlaufrad 18 erstreckt, welches mit Hilfe einer Mutter 23 auf der Welle 22 festgehalten wird. Das Turbinengehäuse 16 und das Kompressorgehäuse 20 sind an einem Lagergehäuse 24 montiert und damit in einer festen Lage zueinander angeordnet. In dem Lagergehäuse 24 sind zwei Olbnhrungen 32 vorgesehen, die an den

ίΐ zylindrischen Außenflächen von zwei später zu

f beschreibenden Gleitlagern münden. Damit kann den Gleitlagern Schmieröl unter Druck aus einem Schmier- ψ! system zugeführt werden, wie es z. 8. bei einer ί§ Brennkraftmaschine Verwendung findet, bei der der 1| Turbolader als Überverdichter Verwendung findet Die |f Welle 22 hat eine Schulter 36. Am Wellengehäuse 24 ist f'l eine ölabweisplatte 40 montiert. Ein durchmessergröp ßerer Teil 42 der Welle 22 trägt einen Dichtring 44, der

h verhindert daß öl aus einer ölkammer 46 zum iu

\i. Turbinenlaufrad 14 vordringt und damit in das 9; Turbinengehäuse gelangt Auf der Kompressorseite der

I Welle 22 ist eine Abstandshülse 48 aufgesetzt mit der

if eine Abfangscheibe 50 gegen eine Schulter 52 der Welle

Ji 22gedrückt wird. Ein gußeiserner Dichtring54 wirkt mit π

|:,^f der Abstandshülse 48 und der rückseitigen Wand 55 des

;■ Kompressorgehäuses zusammen, um den Kompressor-

- raum von dem öl enthaltenden Raum des Wellengehäu-

gi ses 24 zu trennen.

ij Im Betrieb wird die Turbine 10 mit einem

; huchenergelischen Gas angelrieben, wobei dies z. B. die

A Auspuffgase einer Verbrennungsmaschine seir, können.

i Die Turbine treibt ihrerseits den Kompressor, der ein

§ Gas bzw. Gasgemisch, z. B. Luft ansaugt und kompri-

jij miert, um es an die Verbrennungsmaschine mit höherer

I Verdichtung abzugeben. Dabei dreht sich die Welle 22

1 mit einer sehr hohen Geschwindigkeit

Die Lageranordnung hat zwei gleich ausgebildete , Gleitlager 56 und 58, von denen eines im Detail in den

•I Fig.2 und 3 vergrößert dargestellt ist Jedes dieser jo

) Gleitlager umgibt einen Teil der Welle 22 und ist

\ drehbar in einer Lagerhalterur.g 60 bzw. 62 angeordnet

3 Diese Lagerhalterung ist ein Teil des Wellengehäuses

<:, 24. Die Lagerhalterungen 60 und 62 haben je einen

f Axialflansch 64 bzw. 66, der die radialen Lagerflächen J5

für die Gleitlager 56 bzw. 58 aufweist. Die Funktion der Axialkraftaufnahme übernimmt die Abfangscheibe 50 für das Gleitlager 58. Bei dem Gleitlager 56 wird die Axialkraft von der Schulter 36 der Welle 22 aufgenommen.

Von den beiden Ölbohrungen 32 führt die eine zum Gleitlager 56 und die andere zum Gleitlager 58. Durch ''■ diese Bohrungen kann Öl unter Druck zugeführt

ι werden. In jedem der beiden Gleitlager 56 und 58 sind mehrere in axialer Richtung verlaufende Ölbohrungen 70 vorgesehen. Die Bohrungen 70 Münden in radial verlaufende Ölbohrungen 68, womit das Schmieröl ■ unter Druck zu den mit Axialdruck beaufschlagten Stirnflächen der Gleitlager geführt werden kann. In jeder Stirnfläche dieser Gleitlager können drei radial ■4 verlaufende und V-förmige Schmiernuten 72 vorgese- '$ hen sein, wobei die Seitenflächen der Nuten unter einem Winkel von näherungsweise 150° zueinander verlaufen können. Die in axialer Richtung verlaufenden Bohrungen 70 münden in diese Nuten, womit die Möglichkeit geboten ist, daß sich das Schmieröl über die gesamte Stirnfläche verteilt.

Im Betrieb bewirkt die" Lageranordnung gemäß Fig. 1 bis 3 eine vorteilhafte Lagerung der Welle mit den beiden Laufrädern. Von besonderem Vorteil sind dabei die Axialkräfte aufnehmenden Stirnflächen der Gleitlager 56 und 58, die mit entsprechenden Flächen an der Schulter 36, den Lagerhalterungen 60 und 62 sowie der Abfangscheibe 50 zusammenwirken.

Die Lagerung hat keine Axialk^äfte aufnehmenden Lagerflächen zwischen der mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden Welle 22 und stationären Teilen. Die Gleitflächen liegen zwischen den verhältnismäßig langsam sich drehenden Gleitlagern und den stationären Lagerhalterungen. Damit erhält man unabhängig von der Richtung, in weicher die Axialkräfte wirken, eine sehr vorteilhafte Anordnung für eine sowohl Axialais auch Radialkräfte aufnehmende Lagerung, wobei die aufeinander gleitenden und die Lagerkräfte aufnehmenden Flächen eine gegenüber der Laufgeschwindigkeit der Welle wesentlich verringerte Reiativgeschwindigkeit zueinander haben.

Durch die konstruktive Lösung der Lageranordnung mit Gleitlagern gemäß der Erfindung'.-. .»sen sich die vier Axiaikräfle aufnehmenden Stirnflächen dir Gieiiiager durch eine Druckschmierung sicher mit dem Schmiermittel versorgen, was für eine hohe Lebensdauer besonders wichtig ist

Es isi offensichtlich, daß die Leitlagerausführung gemäß den F i g. 1 bis 3 konstruktive Änderungen erfahren kann, ohne daß die Grundidee der Erfindung verlassen wird. So ist es z. B. möglich, die Ölbohrungen 70 und 68 sowie die Schmiernuten 72 ir; unterschiedlicher Form und Lage anzuordnen, wobei die Ölbohrungen 70 auch in Bereichen der Stirnflächen zwischen den Nuten 72 enden können.

Eine modifizierte Ausführungsform eines Gleitlagers ist in Fig.4 dargestellt, bei der die Stirnflächen zwischen den Schmiernuten 72, wie durch das Bezugszeichen 74 angedeutet zur Achse des Lager, hin geneigt sein können. Damit wird ein Axiallager mit keilförmig geneigten Stirnflächen geschaffen. Die Ölbohrungen 70 sind so angeordnet daß sie in den keilförmig geneigten Stirnflächen enden, und zwar in einer. Bereich, in dem der durch die Keilform sich ergebende Lagerspalt maximale Abmessungen hat. Auf diese Weise erreicht man, daß optimale Schmierung bei gleichzeitiger optimaler Schubaufnahme gewährleistet ist. Die Scheiielfläche der keilförmigen Lagertiäche verläuft vorzugsweise unter einem Winkel zum Radius, wobei die Scheitellinie vorzugsweise gekrümmt ist. Die keilförmig geneigten Oberflächen auf der anderen Stirnseite des Gleitlagers können entgegengesetzt verlaufen, so daß sich der maximale Lagerspalt im Bereich der Nut ergibt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, daß die Ölbohrungen 70 mit den Ölbohrungen 68 kommunizieren, wobei diese Ölbohrungen 68 hinter den Schmiernuten 72 verlaufen.

Die Ölbohrungen ⁷O können ersetzt werden durch axial verlaufende Schmiernuten, die sowohl an den inneren als auch an den äußeren, Radialkräfte aufnehmenden Flächen der Gleitlager vorgesehen sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Lagerung für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle (insbesondere eines Turboladers) zur Aufnahme axialer Kräfte in beiden Richtungen sowie radialer Kräfte, mit folgenden Merkmalen:

a) Zwischen der Welle und dem Lagergehäuse sind schwimmend und gegenüber Gehäuse und Welle frei drehbar zwei gleich ausgebildete ι ο Gleitlager angeordnet;

b) die Gleitlager stützen sich axial einwärts an radial verlaufenden Gehäuseflächen und axial auswärts an einer Schulter der Welle bzw. an einem an der Welle befestigten Widerlager ab;

c) jedes Gleitlager hat etwa in seiner Mitte durchgehende radiale Ölbohrungen, die mit ölzufuhrbohrungen im Lagergehäuse in Verbindungstehen;

d) jedes -Gleitlager hat axiale ölkanäle, die seine radialer. Ölbohrungen und seine Stirnflächen miteinander verbinden,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) Die Gleitlager (56,58) sind flanschlose Buchsen;

f) die die Gleitlager (56, 58) axial und radial abstützenden Lagergehäuseflächen befinden sich in den Ausnehmungen zweier topfförmiger Lagerhalterungen (60, 62), die sich axial auswärts öffnen.

2. Lagerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Mindestens eine Stirnfläche jedes Gleitlagers (56,58£ ist mit mindestem, einer Schmiernut (72) versehen;

b) die Schmiernut verläuft νι,ι der äußeren zur inneren zylindrischen Lagerfläche;

c) die axialen ölkanäle der Gleitlager sind als Bohrungen (70) ausgeführt;

d) mindestens eine der axialen Ölbohrungen (70) endet an der/den die Schmiernut aufweisenden Stirnfläche(n) in oder außerhalb der Schmiernut.

3. Lagerung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Stirnflächen der Gleitlager je mehrere Schmiernuten (72) radial verlaufend angeordnet sind.

4. Lagerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiernuten an der einen Stirnfläche winkelig gegenüber denen an der anderen Stirnfläche jedes Gleitlagers versetzt sind.

5. Lagerung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Stirnflächenabschnitte zwischen den radial verlaufenden Schmiernuten sind gegen eine achsnormale Ebene geneigt und

b) die axialen Ölbohrungen (70) münden in die geneigten Stirnflächenabschnitte.