DE2653504C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verringerung des Schmierölver­ lusts einer ein Drehlager aufweisenden Baueinheit mit einer Welle, ent­ sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Maschinen muß oft den Wellenlagern Öl unter Druck zugeführt werden. Um Schwierigkeiten durch Ölaustritt zu vermeiden, muß hierbei das Schmieröl nach Möglichkeit auf den Lagerbereich begrenzt werden, bevor es zu einem Ölsumpf oder einem Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Insbesondere muß bei Turbokompressoren oder durch Gasturbinen angetriebenen Kompressoren, die als Vorverdichter bei Verbrennungsmaschinen Verwendung finden, das Schmieröl daran gehindert werden, in den Kompressor oder in die Turbine einzutreten.

Im allgemeinen können zwar Abdichtungsmittel an den Durchtrittsstellen vorgesehen sein. In vielen Fällen tritt jedoch trotzdem Ölverlust auf, und zwar insbesondere dann, wenn der innerhalb des Gehäuses herrschende Druck höher ist als der Außendruck.

Eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der GB-PS 6 62 150 bekannt. Hierbei ist auf einer rotierenden Welle innerhalb eines Gehäuses eine Schleuderscheibe vorgesehen, die sich schräg in die Gehäusekammer hinein erstreckt. Beim Umlauf der Schleuderscheibe mit der Welle wird Schmieröl in die Kammer hineingeschleudert. Das Öl läuft an den Gehäusewänden ab und gelangt zu einer Ölsammeleinrichtung, die die Welle eng umgibt und die einen radial nach außen offenen, ringförmigen Ölsammelkanal aufweist. Aus diesem Kanal bzw. aus der Gehäusekammer soll das gesammelte Schmieröl durch ein Auslaßrohr abgeführt werden. Hierbei ist es aber möglich, daß durch die Schleuderscheibe nach außen geschleuder­ tes Schmieröl längs der Gehäusewand nicht zu der Ölsammeleinrichtung sondern zu der entgegengestzten Seite der Schleuderscheibe läuft und dort, insbesondere bei innerem Überdruck, aus dem Gehäuse austritt.

Daneben ist aus der US-PS 34 94 679 eine ähnliche Anordnung mit einer Schleuderscheibe, jedoch ohne eine zwischen der Schleuderscheibe und dem Lager angeordnete Ölsammeleinrichtung bekannt. Der Körper der Schleuder­ scheibe besitzt radial gerichtete Kanäle, so daß bei Rotation infolge der Zentrifugalkraft Schmieröl aus dem Zwischenraum zwischen der Schleuder­ scheibe und dem Gehäuse durch die Kanäle radial nach außen fließen oder als Ölnebel radial nach außen treten kann. In dem Raum außerhalb der Schleu­ derscheibe sammelt sich das Öl und läuft durch Schwerkraft in einen Öl­ sumpf ab. Auch hierbei kann jedoch ein Öldurchtritt nach außen, insbe­ sondere bei innerem Überdruck, nicht ausreichend vermieden werden, weil abgeschleudertes Schmieröl an der Gehäusewand entlang wieder in den Bereich zwischen der Gehäusewand und der Welle gelangen und von dort nach außen austreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs beschriebenen Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Schmierölver­ luste wirksam zu verhindern, also insbesondere einen Schmierölaustritt aus dem Gehäuse nach Möglichkeit zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ableitung des Schmieröls von dem Lager erfolgt also hierbei hauptsäch­ lich auf dem Weg von dem Lager direkt radial nach außen zu dem außen ange­ ordneten ringförmigen Ölsammelkanal der Ölsammeleinrichtung, wobei zu­ sätzlich auch eine Ölableitung auf dem Weg von dem Lager radial innerhalb der Ölsammeleinrichtung über die Schleuderscheibe radial nach außen zu dem außen angeordneten ringförmigen Ölsammelkanal erfolgt. Das vom Lager abgeleitete Schmieröl wird also auf beiden Seiten der ringscheibenartig ausgebildeten Ölsammeleinrichtung radial nach außen zu deren Ölsammel­ kanal geführt, in dem es infolge der Schwerkraft nach unten läuft. Dort tritt es durch die zwischen dem Ölsammelkanal und dem Gehäuse vorgesehenen Schmiermitteldurchtrittswege hindurch in den Ölauslaß. Auf diese Weise wird praktisch das gesamte dem Lager zugeführte Schmieröl wieder eingesam­ melt, und es kann praktisch kein Schmieröl zwischen der Welle und dem Ge­ häuse nach außen austreten.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise vor allem für die Anwendung bei Turbokompressoren oder Gasturbinen, also beispielsweise bei einer Anordnung nach der oben diskutierten US-PS 34 94 679.

Durch die tellerförmige Vertiefung der ringscheibenförmigen Ölsammelein­ richtung auf einer oder auf beiden Seiten nach den Ansprüchen 2 oder 3 wird erreicht, daß das vom Lager kommende Öl an den tellerförmig vertieften Flächen der Ölsammeleinrichtung und insbesondere an deren Außenrand gesam­ melt wird, so daß daß es gut von dort abgeleitet werden kann.

Mit Hilfe der gemäß Anspruch 4 vorgesehenen Speichen läßt sich die schei­ benförmige Ölsammeleinrichtung als ein Stück am Gehäuse befestigen und weist trotzdem zwischen den Speichen die Schmiermitteldurchtrittswege auf.

In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Turbokompressor mit einer ein Drehlager aufweisenden Baueinheit, die eine Anordnung zur Ver­ ringerung des Ölverlusts gemäß der Erfindung enthält,

Fig. 1A einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 2 eine Ansicht eines Teils der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 1A in der Richtung des Pfeils A,

Fig. 3 eine Ansicht eines anderen Teils der Anordnung der Fig. 1 und 1A, ebenfalls in der Richtung des Pfeils A.

Gemäß Fig. 1 weist der Turbokompressor ein Turbinengehäuse 10, ein Lagergehäuse 12 und ein Kompressor­ gehäuse 14 auf.

Das Turbinengehäuse 10 enthält Kanäle 16 zur Aufnahme von Gas eines hohen Energie­ gehalts, z. B. von Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors, und zur Weiterleitung dieser Gase an ein Turbinenlaufrad 18, das drehbar im Turbinengehäuse 10 gelagert ist. Dieses ist außerdem mit einem Auslaß 20 für verbrauchte Gase versehen, die durch das Turbinenlaufrad 18 hindurchgegangen sind. Eine ringförmige Gegenwand 19 für das Turbinenlaufrad 18 ist da­ durch in ihrer Lage gehalten, daß sie zwischen das Turbinen­ gehäuse 10 und das Lagergehäuse 12 eingefügt ist. Das Turbinen­ laufrad 18 besteht aus einem Stück mit einer Welle 22, die innerhalb des Lagergehäuses 12 mittels zweier Buchsendreh­ lager 24 und 26 drehbar gelagert ist, die ihrerseits in einer kreisförmigen Öffnung 28 innerhalb eines Lager­ trägers 30 angeordnet sind, der wiederum ein Teil des Lager­ gehäuses 12 ist. Der Lagerträger 30 enthält einen zentralen Ölauslaß 31. Jedes der Buchsendrehlager 24 und 26 enthält eine Mehrzahl von Öffnungen 32. Ein weiterer Ölauslaß 33 ist im Lagergehäuse 12 vorgesehen.

Die Welle 22 umfaßt drei Abschnitte 34, 36, 38 unterschied­ lichen Durchmessers. Der Abschnitt 34 größten Durchmessers geht durch eine Öffnung 40, die im Lagergehäuse 12 ausgebildet ist. Eine Dichtung wird durch einen Kolbenring 42 geschaffen, der in einer Nut 44 im Abschnitt 34 der Welle 22 liegt. Der Abschnitt 36 der Welle mit mittlerem Durchmesser erstreckt sich durch die Buchsendrehlager 24, 26 und endet in einer Schulter 46. Zur Drehung mit dem Abschnitt 38 kleinsten Durchmessers der Welle 22 ist ein Kompressorlaufrad 48 verbunden, das innerhalb des Kompressorgehäuses 14 angeordnet ist. Letzteres ist von herkömmlicher Bauweise und enthält einen Kompressor-Einlaß für Gas und einen Durchgang 52 von zunehmend sich vergrößerndem Querschnitt, in den Gas durch das Kompressorlaufrad 48 gerichtet wird. Gemäß Fig. 1A ist eine Gegenwand 54 zum Kompressorlaufrad 48 vorgesehen (wobei die Gegenwand 54 gleichzeitig als Endwand für das Gehäuse 12 dient) und ist in ihrer Lage durch Federringe 56, 58 am Außenumfang gehalten. Ein O-Ring 60 aus Gummi liegt in einer Nut 62 und drückt sich dicht gegen den äußeren Durchmesser der Gegenwand 54. Zwischen der Gegenwand 54 und dem Lager­ gehäuse 12 ist ein Hohlraum 64 gebildet.

Eine erste Hülse 66 ist um den Abschnitt 38 der Welle 22 zur Drehung mit diesem angeordnet und ist zwischen das Kompressor­ laufrad 48 und die Schulter 46 der Welle eingefügt, so daß sie sich durch eine Öffnung 68 in der Gegenwand 54 erstreckt. Ebenso sind drehbar mit dem Abschnitt 38 der Welle 22 ein Ring 70 und eine zweite Hülse 72 verbunden. Die erste Hülse 66 weist eine Ringnut 74 auf. Ein Kolbenring 76 ist in der Ring­ nut 74 angeordnet und liegt gegen die Kante der Öffnung 68 an. Zur ersten Hülse 66 gehört ein Flansch 78 zwischen deren Enden, der sich in den Hohlraum 64 erstreckt und als Schleuderscheibe dient. Die zweite Hülse 72 hat einen Flansch 80 in Anlage an der Schulter 46. Der Flansch 80 bildet zusammen mit dem Ring 70 einen Ringkanal 82. Der Flansch 80 und der Ring 70 wirken zu­ sammen auch als Drucklager.

Eine Ölsammeleinrichtung 84 enthält erste und zweite teller­ förmige Elemente 92, 90, die Rücken an Rücken miteinander verbunden sind, und ist im Hohlraum 64 unter Freilassung eines großen Zwischenraums 126 (Fig. 1A) zwischen dem Außenumfang der Ölsammeleinrichtung und dem Innenumriß des Hohlraums angeordnet.

Das erste tellerförmige Element 92 hat einen Scheibenteil 128 (Fig. 1A und 2) mit einer Mittenöffnung 86. Die Mittenöffnung 86 nimmt einen Durchmesser 130 der Hülse 66 mit einem kleinen Spiel auf. Aus einem Stück mit dem Scheibenteil 128 und in einem Winkel vom äußeren Durchmesser davon geneigt ist ein Ringwand­ abschnitt 132 ausgebildet. Der Scheibenteil 128 und der Ringwand­ abschnitt 132 bilden zusammen ein tellerförmiges Element, wobei die offene Seite des Tellers dem Lagerträger 30 zugewandt ist.

Das zweite tellerförmige Element 90 ist mit einem Scheibenteil 134 ausgestattet, der einen Außendurchmesser vergleichbarer Größe wie der Außendurchmesser des Scheibenteils 128 hat und eine Mittenöffnung 136 von irgendeiner geeigneten Größe aufweist. Aus einem Stück mit dem Scheibenteil 134 und von der Außenkante desselben geneigt ist ein Ringwand­ abschnitt 138 ausgebildet. Aus einem Stück mit dem Ringwand­ abschnitt 138 ist ein Flachringabschnitt 140 ausgebildet, der sich radial davon erstreckt. Das erste und das zweite tellerförmige Element 92 und 90 sind aneinander so befestigt, daß sie Rücken an Rücken und konzentrisch zueinander liegen. Die geneigten Ringwandab­ schnitte 132 und 138 bilden auf diese Weise einen nach außen geöffneten ringförmigen Ölsammelkanal 94. Die tellerförmigen Elemente 90, 92 können aneinander durch Nieten, Punktschweißen oder ähnliche Mittel befestigt sein.

Die Ölsammeleinrichtung 84 ist an ihrer Stelle dadurch gehalten, daß sie einen Außenring 88 aufweist, der zwischen die Gegenwand 54 und den Federing 58 eingefügt ist und von dessen innerem Durchmesser aus sich eine Reihe von schmalen Speichen 89 zum äußeren Rand des Ringwandabschnittes 132 unter Überbrückung des Zwischenraums 126 (Fig. 1A) erstrecken, wodurch zwischen den Speichen 89 Durchtrittsöffnungen 150 als Schmiermitteldurchtrittswege gebildet sind. Die verbindende Funktion der Speichen 89 zwischen dem Außenring 88 und dem Ringwandabschnitt 132 ist in Fig. 2 erkennbar. Zweckmäßigerweise sind das erste tellerförmige Element 92, der Außenring 88 und die Speichen 89 durch Pressen aus einem Stück geformt.

In dem Ringkanal 82 befindet sich eine Lagerplatte 96 und wird dort in ihrer Lage durch eine Lagerhalteplatte 98 ge­ halten, die als Abstandshalter dient und das Buchsendreh­ lager 24 gegen axiale Bewegung in Richtung auf das Kompressor­ ende der Baueinheit sichert. Ein Federring 35 in einer Nut 45 der Öffnung 28 im Lagerträger 30 dient dazu, das Buchsen­ drehlager gegen Bewegung in Richtung auf das Turbinenende der Baueinheit zu sichern.

Eine Ausnehmung 100 zur Verbindung mit einer nicht gezeigten Druckölquelle ist im Lagergehäuse 12 ausgebildet und steht über Durchlässe 102, 104 im Lagergehäuse 12 mit den Buchsen­ drehlagern 24, 26 und über den Durchlaß 106 im Lagergehäuse 12, Durchlaß 108 durch die Lagerhalteplatte 98 und Durch­ lässe 110, 112 in der Lagerplatte 96 mit dem durch den Ring 70 und den Flansch 80 gebildeten Drucklager in Verbindung.

Die Bauart der Lagerhalteplatte 98, die zugleich als Abstands­ halter dient, kann deutlicher aus der Fig. 3 in Verbindung mit der Fig. 1A entnommen werden. Die Lagerhalteplatte 98 ist von annähernd dreieckiger Gestalt und enthält einen plattenförmigen Abschnitt 113 sowie in einem Stück mit ihr in Augen 114, 116 und 118. Die drei Augen liegen gegen die Lagerplatte 96 an und dienen dazu, diese in ihrer Lage zu halten. Sie dienen ebenso dazu, den plattenförmigen Abschnitt 113 im Abstand vom Flansch 80 zu halten. Öffnungen 120 erstrecken sich in den Augen 114, 116 und 118 durch die Lagerhalteplatte 98 und gestatten den Durchgang von drei nicht gezeigten Befestigungsschrauben zwischen der Lagerplatte 96 und dem Lagergehäuse 12. Der Öl­ durchlaß 108 erstreckt sich, wie deutlich aus Fig. 3 erkennbar ist, durch das Auge 114. In der Mitte der Lagerhalteplatte 98 befindet sich eine Ausnehmung 121, die ihrerseits aus einer mittleren kreisförmigen Ausnehmung 122 und vier gleichmäßig im Abstand liegenden äußeren Ausnehmungen 124 besteht, von denen jede teilweise die kreisförmige Ausnehmung 122 überlappt. Der innere und der äußere Durchmesser des Buchsendrehlagers 24 sind in Fig. 3 durch die Linien 126 und 128 angedeutet. In Fig. 3 entspricht die Linie 126 auch der Lage der Welle, und es ist erkennbar, daß die Ausnehmung 121 so ausgebildet ist, daß sich Finger 131 zwischen den Ausnehmungen 124 erstrecken. Sie dienen dazu, das Buchsendrehlager 24 an seiner Stelle zu halten, lassen jedoch eine Verbindung zwischen dem Lager und dem Hohlraum 64 an der entgegengesetzten Seite der Lager­ halteplatte 98 frei.

Die Gesamtfläche der Finger 131, die sich in Berührung mit dem Buchsendrehlager 24 befindet, ist nicht größer und vorzugs­ weise annähernd ziemlich gleich der Berührungsfläche zwischen dem Buchsendrehlager 24 und dem Federring 35.

Im Betrieb des Turbokompressors werden Auspuffgase durch die Kanäle 16 in das Turbinenlaufrad 18 und dann durch den Auslaß 20 geleitet. Das Turbinenlaufrad 18 wird auf diese Weise ver­ anlaßt, sich zu drehen, womit sich auch die Welle 22 und das Kompressorlaufrad 48 drehen.

Im Betrieb des Turbokompressors wird Drucköl aus der Ausnehmung 100 durch die Durchlässe 102 und 104 zum Umfang der Buchsen­ drehlager 24 und 26 und zu den Bohrungen der Buchsendreh­ lager über die Öffnungen 32 geleitet. Das Drucköl wird dann durch die schmalen Zwischenräume zwischen den Buchsendrehlagern und der Öffnung 28 im Lagerträger 30 gepreßt, ebenso durch die schmalen Zwischenräume zwischen den Buchsendrehlagern und der Welle 22. Am Buchsendrehlager 24 fließt Öl durch den schmalen Zwischen­ raum am Umfang in Richtung auf das Turbinenende der Baueinheit und entweicht durch den schmalen Zwischenraum zwischen dem Feder­ ring 35 und dem angrenzenden Ende des Lagers 24 in den Ölauslaß 31. Öl fließt durch den schmalen Zwischenraum am Umfang auch in Richtung auf das Kompressorende der Baueinheit und tritt in den schmalen Zwischenraum zwischen der Lagerhalteplatte 98 und der angrenzenden Endfläche des Lagers 24 ein, bevor es durch die Ausnehmung 121 in den Hohlraum 64 entweicht. Irgendwelcher Öldruck, der sich in dem schmalen Zwischenraum zwischen der Lagerhalteplatte 98 und dem Lager 24 aufbauen könnte und der das Lager 24 nach der rechten Seite gemäß der Ansicht der Fig. 1 in Berührung mit dem Federring 35 drücken könnte, wird durch die Bauweise der Lagerhalteplatte 98 vermieden, bei der die Ausnehmungen 124 gestatten, daß sich jeder Öldruck durch den Ab­ fluß in den Hohlraum 64 durch die Zwischenräume zwischen den Augen 114, 116 und 118 hindurch abbaut.

Während des normalen Betriebs verursacht die Drehung des Kompressorlaufrads 48, daß Luft durch den Kompressoreinlaß 50 eingezogen und in den Durchgang 52 hinein komprimiert wird, von wo sie zum Bestimmungsort geleitet wird. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen, wenn nämlich die Turbinengeschwindigkeit niedrig ist, ist es für den Motor möglich, daß er mehr Luft ansaugt, als der Kompressor zur Verfügung stellen kann. Unter solchen Bedingungen können Drücke unterhalb des Atmosphären­ drucks im Kompressorgehäuse bestehen, ebenso wie in dem Bereich hinter dem Kompressorlaufrad. Der Druck im Hohlraum 64 beträgt ungefähr Atmosphärendruck oder liegt geringfügig darüber, da er mit dem Bereich des Ölauslasses 33 in Verbindung steht. Auf diese Weise kann ein Differenzdruck zwischen dem Hohlraum 64 und der Kompressorseite der Gegenwand 54 bestehen, der bestrebt ist, den Abfluß von Flüssigkeit aus dem Hohlraum 64 zur Kompressorseite der Gegenwand 54 zu veranlassen. Dieser Abfluß von Flüssigkeit würde normalerweise in dem Bereich stattfinden, der direkt um die Welle 22 herum liegt, und würde verursachen, daß Öl aus den Lagern in den Kompressor gezogen wird. Da jedoch die Ölsammeleinrichtung 84 in diesem Bereich ganz nahe bis an die Welle 22 heranreicht, wird dem Ölabfluß vorzugsweise der Weg um die Außenseite der Ölsammeleinrichtung 84 herum angeboten, im Vergleich wozu der Bereich um die Welle 22 nur einen verschwindend Abflußweg bietet. Der Bereich am Außenumfang der Ölsammeleinrichtung 84 enthält jedoch in erster Linie ein Gemisch aus Öl und Luft anstelle flüssigen Öls, wodurch der tatsäch­ liche Ölfluß in Richtung auf den Kompressor zu auf ein geringst­ mögliches Maß gebracht wird. Irgendwelches Öl, das um den Außenumfang der Ölsammeleinrichtung 84 geht, hat die Neigung im Ringkanal 94 abgefangen zu werden und nach unten wegzu­ fließen, so daß es aus dem Ringkanal 94 und durch den Ölauslaß 33 zu einem nicht gezeigten Ölsumpf abfließt. Außerdem wird Öl, das durch die Mittenöffnung 86 der Ölsammeleinrichtung 84 durch­ getreten ist, zusammen mit Öl, das am Außenumfang übergetreten und nicht durch den Ringkanal 94 abgefangen wurde, von seinem Weg zum Kompressor dadurch abgelenkt, daß es durch den als Schleuderscheibe dienenden Flansch 78 nach außen abgeschleudert wird.

Claims (4)

1. Anordnung zur Verringerung des Schmierölverlusts einer ein Drehlager aufweisenden Baueinheit mit einer Welle (22), die durch ein in einem Gehäuse (12) drehbar angeordnetes Lager (70, 72, 80) abgestützt ist, wobei das Gehäuse (12) einen Hohlraum (64) einschließt, der einen Abschnitt (38) der Welle (22) umgibt, der sich zwischen dem Lager (70, 72, 80) und einer Endwand (54) des Gehäuses (12) erstreckt, durch die die Welle (22) hindurchgeht, mit einer auf diesem Abschnitt (38) der Welle (22) befestigten Schleuderscheibe (78) und mit einer zwischen der Schleuderscheibe (78) und dem Lager (70, 72, 80) gehäusefest ange­ ordneten Ölsammeleinrichtung (84), welche eine zentrale, die Welle (22) eng umgebende Öffnung (86) und einen radial nach außen offenen, ringförmigen Ölsammelkanal (94) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringscheibenartig ausgebildete Ölsammeleinrichtung (84) den Ölsammelkanal (94) an ihrem Außenumfang aufweist, und daß zwischen dem Ölsammelkanal (94) und dem Gehäuse (12) Schmiermitteldurchtritts­ wege (150) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölsammel­ einrichtung (84) an der dem Lager (70, 72, 80) zugewandten Seite teller­ förmig vertieft ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölsammeleinrichtung (84) aus zwei tellerförmigen Elementen (90, 92) besteht, die Rücken an Rücken aneinander befestigt sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölsammeleinrichtung (84) über einstückig mit ihr ausgebildete Speichen (89) am Gehäuse (12) befestigt ist.