DE3208027A1

DE3208027A1 - Selbstsaugendes hochdrehzahl-schraubenpumpen-schmiersystem

Info

Publication number: DE3208027A1
Application number: DE19823208027
Authority: DE
Inventors: Donald William 61073 Roscoe Ill. Butler; Anson Stark 61107 Rockford Ill. Coolidge; Behzad 61111 Rockford Ill. Hagshenas
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1981-03-06
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1982-09-16
Also published as: IT8247913A0; US4491374A; JPS57163798A; IL65109A0; CA1184430A; GB2094415B; IT1148108B; GB2094415A; IL65109A

Description

Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6II0I, V.St.A.

Selbstsaugendes Hochdrehzahl-Sehraubenpumpen-Schmiersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstsaugendes Hochdrehzahl-Schraubenpumpen-Schmiersystem.

Für mit hohen Drehzahlen umlaufende Wellen haben sich Schraubenpumpen als zuverlässige ölförderpumpen erwiesen, wenn die Schraubenpumpen zum Ansaugen gebracht werden. Das Ansaugenlassen erweist sich als Problem, wenn das Pumpen gegen ein Gefälle von einigen cm erfolgen muß. Bisher wurde diesem Problem des Ansaugenlassens dadurch begegnet, daß ein Kapillarrohr vorgesehen wurde, um den Ölstand auf der Höhe des Schraubengewindes zu halten, und zwar unabhängig vom ölstand in dem die Hochdrehzahlwelle enthaltenden Gehäuse.

Typischerweise enthält das bekannte Schmiersystem einen Docht, der von einem Schmiermittelvorrat in Kontakt mit der Welle der zu schmierenden Baugruppe verläuft. Der den Docht, die Schraubenpumpe und das Kapillarrohr enthaltende Raum wurde unter Verwendung einer Labyrinthdichtung auf der Welle hermetisch dicht gemacht. Damit die Schraubenpumpe und das Kapillarrohr ihre Funktion ausüben können, müssen sie so aufeinander abge-

stimmt sein, daß sich die erwünschte Strömung einstellt. Das Steigen des Schmieröls infolge der Kapillarwirkung erfolgt bei Nullströmung und ist das Resultat des Gleichgewichts zwischen der vertikalen Aufwartskomponente der Oberflächenspannung und dem Gewicht des Öls im Kapillarrohr. Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich in Kapillarrohren typischerweise ein Anstieg von mindestens ca. 3,18 cm ergibt. Bei typischen Anordnungen dieser Art sind zur Erzielung der erwünschten Strömung parallel angeordnete Kapillarrohre erforderlich. Diese Anordnung ist allgemein instabil, unberechenbar und anfällig hinsichtlich solcher Faktoren wie Montageaufbau, ölviskositäten und statischem Saugdruckgefälle. Bei dem Schmiersystem nach der Erfindung werden die Notwendigkeit für Kapillarrohre und somit die damit verbundenen Probleme vollständig beseitigt. Die US-PS 2 916 890 zeigt das mit Docht arbeitende Schmiersystem.

Die US-PS 3 618 710 betrifft eine Dosier- und Rückförderpumpe, wobei das Schmiersystem einen Behälter mit einer Zufuhrleitung 26 aufweist, die einer Pumpe 38, die z. B. eine Schraubenspindelpumpe ist, Schmiermittel zuführt. Es ist hier jedoch kein Schmiersystem der vorliegenden Art angegeben, bei dem Schmieröl durch eine Leitung zu einem Mittenbereich gefördert wird, in dem zwei gegenläufige Gewindeabschnitte einer Welle federkraftbeaufschlagten Lagern Schmieröl über konzentrisch zu der Welle montierte Buchsen zuführen. Dabei sind die Lager jeweils auf einer Seite des Mittenbereichs angeordnet.

Gegenläufige Gewindeabschnitte auf einer Welle zur Förderung von Schmiermittel aus zwei entgegengesetzten Bereichen eines Einzelhülsenlagers sind seit langem bekannt (vgl. die GB-PS 694 910). Dabei wird Schmiermittel in einem Docht gespeichert. Nach der US-PS 3 243 241 wird Schmiermittel aus einem Zentralbereich einem Lager zugeführt. Nach Fig. 1 dieser US-PS wird Schmieröl aus einer ölfördernut 23 von einem Schmieröldocht 32 zu einem Lager 8 gefördert.

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstsaugendes Schraubenpumpen-Schmiersystem. Dieses umfaßt eine zentrale Zufuhrleitung, deren eines Ende mit Schmiermittel in einem Behälter oder Sumpf in Verbindung steht und deren anderes Ende mit dem Mittenbereich einer Einheit verbunden ist, die eine horizontale Welle enthält. Die Welle, die gegenläufige Gewindeabschnitte aufweist, ist in zwei zusammengehörigen Buchsen montiert, die im Mittenbereich der Einheit voneinander weggedrückt sind. Die anderen Buchsenenden liegen an den äußeren Laufringen von zwei zu schmierenden Schrägkontaktlagern an. Jeder Innenlaufring der Lager ist auf der Welle montiert. Schmierölschleuderringe sind auf der Welle an einer von den Lagern fernen Stelle angeordnet und wirken mit dem Schmiermittel zusammen, das durch die zentrale Zufuhrleitung nach oben gesaugt und den Lagern zugeführt wird, wonach die Schleuderringe das Schmiermittel wieder in den Behälter zurückschleudern, wo es der Wiederverwendung zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schmiersystems für unter Federbelastung stehende Hochgeschwindigkeits-Lagerpaare, die auf derselben Welle positioniert sind, wobei die Lagerpaare eine Schmiermittelzufuhrleitung zu einem Mittenbereich zwischen den Lagern in Verbindung mit zwei konzentrischen Buchsen, die an den Lagern anliegen und von dem Mittenbereich weg vorgespannt sind, aufweisen. Dabei soll ferner ein selbstsaugendes Hochdrehzahl-Schraubenpumpen-Schmiersystem geschaffen werden, bei dem weder ein Schmieröldocht noch Kapillarrohre benötigt werden.

Das selbstsaugende Hochdrehzahl-Schraubenpumpen-Schmiersystem nach der Erfindung umfaßt in Kombination eine in den inneren Laufringen von zwei beabstandeten zu schmierenden Lagern gelagerte Welle. Die äußeren Laufringe des Lagerpaars sind an der Innenfläche eines in ein Gehäuse eingesetzten rohrförmigen Elements anliegend positioniert.

Auf der Welle sind zwei konzentrische Buchsen positioniert, die zwischen den Lagern angeordnet sind. Die voneinander beabstandeten Buchsen bilden eine Schmierölkammer, die durch die Welle, die Buchsen und das rohrförmige Elemente definiert ist. Eine Leitung ist an das rohrförmige Element angeschlossen und durchsetzt es; ein Leitungsende steht mit der Schmierölkammer in Verbindung, und das andere Leitungsende ist an eine Schmiermittelversorgung angeschlossen.

Jede Buchse weist einen so geformten Endabschnitt auf, daß die Buchse nur den äußeren Laufring des jeweiligen zu schmierenden Lagers berührt. Ferner ist ein Vorspannelement zwischen den Buchsen angeordnet und drückt diese gegen die äußeren Lagerlaufringe.

Die Welle weist gegenläufige Gewindeabschnitte im Bereich der Buchsen auf. Die Gewindeabschnitte wirken während des Umlaufens der Welle mit den Buchsen zusammen und arbeiten als Schraubenpumpe, die Schmiermittel aus dem Schmiermittelvorrat durch die Leitung in die Schmierölkammer und von dort zwischen die Welle und die Buchsen zu den zu schmierenden Lagern ansaugt. Nach der Erfindung ist ferner auf der Welle ein Paar abgeflachte ölschleuderringe positioniert, die auf der Seite des Lagers entgegengesetzt zu der Schmierölströmungsrichtung angeordnet sind. Die Schleuderringe sind in dem rohrförmigen Element positioniert und relativ zu der Welle konzentrisch angeordnet. Das rohrförmige Element weist jeweils angrenzend an die beiden ölschleuderringe zwei Öffnungen auf, durch die Schmiermittel zum Schmiermittelvorrat im Gehäuse zurückfließt, nachdem es die Lager durchsetzt und geschmiert hat.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Durchmesser des Teils der Welle, der die Gewindeabschnitte aufweist, größer ist als der Durchmesser des Teils der

Welle, der die inneren Lagerlaufringe durchsetzt. Das rohrförmige Element ist vorteilhafterweise im Gehäuse federnd gelagert, wodurch das Schmiersystem und die Welle gegenüber dem Gehäuse isoliert sind, wenn die Welle ihre Drehzahlbereiche durchläuft.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Hochdrehzahl-Turbomaschine, in der die Erfindung angewandt wird; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Schmiersystems nach der Erfindung mit einer selbstsaugenden Hochdrehzahl-Schraubenspindelpumpe.

Fig. 1 zeigt eine Hochdrehzahl-Turbomaschine 11, die ein typisches Beispiel für den Einsatz des angegebenen Schmiersystems darstellt. Die Turbomaschine 11 umfaßt ein Turbinengehäuse 12, in dem ein Turbinenlaufrad 13, ein Verdichterlaufrad 14 und ein Gebläse 16 auf einer Turbinenwelle 17 befestigt sind. Selbsthaltende Muttern 18 und 19 sind auf die Enden der Welle 17 geschraubt und halten das Turbinenlaufrad 13, das Verdichterlaufrad 14 und das Gebläse 16 in ihrer jeweiligen Lage auf der Welle. Mittig im Turbinengehäuse 12 ist eine rohrförmige Hülse 24 angeordnet, die das Schmiersystem enthält. Die rohrförmige Hülse 24 ist im Gehäuse 12 auf elastischen vorgeformten Dichtungselementen 20, 21, 22 und 23 angeordnet. Diese elastischen vorgeformten Dichtungselemente 20-23 lagern die rohrförmige Hülse 24 federnd im Gehäuse 12, wodurch das in der Hülse 24 enthaltene Schmiersystem und die Welle 17, die die Hülse 24 durchsetzt, in bezug auf das Gehäuse 12 isoliert sind, wenn die Welle 17 ihre Drehzahlbereiche durchläuft. Ein Zentrierstift 15

mit einem Gewindeabschnitt 25 und einem gewindefreien Abschnitt 26 ist in das Gehäuse 12 geschraubt. Der gewindefreie Abschhiitt 26 paßt in eine öffnung 30 (vgl. Fig. 2) der rohrförmigen Hülse 24 und verhindert eine Axialverschiebung derselben. Von der rohrförmigen Hülse 24 verläuft eine Schmierölzuführleitung 31 mit einem Leitungsende 33, das in einen Schmierölbehälter 29 im Unterteil des Gehäuses 12 führt.Ein Ölsumpf-Verschlußstopfen 28 ist in das Gehäuse 12 eingesetzt; wenn dieser entfernt wird, läuft Schmieröl aus dem Gehäuse ab.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt die rohrförmige Hülse 24, die das Schmiersystem enthält. Die Welle 17 verläuft in Längsrichtung durch die rohrförmige Hülse 24. Die Welle 17 ist in inneren Laufringen 40, 41 von Lagern 35, 36 gelagert. Diese Lager 35 und 36 sind die von dem selbstsaugenden Hochdrehzahl-Schraubenspindelpumpen-Schmiersystem zu schmierenden Lager. Die äußeren Laufringe 37, 38 des Lagerpaars 35, 36 sind an der Innenfläche an Punkten 39 und 42 der rohrförmigen Hülse 24 anliegend positioniert.

Auf der Welle 17 sind zwei konzentrische Buchsen 43 und 44 festgelegt. Die Buchsen 43 und 44 sind voneinander beabstandet und bilden dadurch eine Schmierölkammer 46, die durch die Welle 17, das Ende der Buchsen 43, 44 und die rohrförmige Hülse 24 definiert ist. Eine Kompressionsfeder 45 ist konzentrisch auf der Welle 17 angeordnet und liegt an den Innenenden der Buchsen 43, 44 an. Die Schrauben- bzw. Kompressionsfeder 45 beaufschlagt die Buchsen 43, 44 federnd derart, daß die Endabschnitte 51, 52 der Buchsen an den äußeren Laufringen 37, 38 des Lagerpaars 35, 36 anliegen. Die Schmierölzufuhrleitung 31 steht mit der rohrförmigen Hülse 24 und einem rohrförmigen Einsatzstück 27 in Schraubverbindung. Wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt wurde, steht ein Ende der Schmierölzufuhrleitung 31 mit einem Schmierölvorrat 29 in Verbindung.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Welle 17 gegenläufige Gewindeflächen 48, 49 auf Abschnitten der Welle 17 auf, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der die inneren Laufringe 40, 41 der Lager 35, 36 durchsetzenden Welle 17 ist. Die Gewindeflächen 48, 49 wirken mit den Buchsen 43, 44 während der Umlaufbewegung der Welle 17 zusammen und wirken als Schraubenspindelpumpe, so daß sie Schmieröl aus dem Schmierölvorrat 29 (vgl. Fig. 1) durch die Leitung 31 in die Schmierölkammer 46 und von dort zwischen die Welle 17 und die Buchsen 43, 44 ansaugen, das dann den zu schmierenden Lagern 35, 36 zugeführt wird. Links von dem Lager 35 ist ein abgeflachter ölschleuderring 56 auf der Welle 17 montiert, der mit der Welle 17 umläuft und Schmieröl, das durch das Lager 35 strömt, abwärts durch eine öffnung 58 in der rohrförmigen Hülse 24 richtet, so daß das Schmieröl zu dem Schmierölvorrat 29 im Gehäuse 12 zurückfließen kann, nachdem es das Lager 35 durchsetzt und geschmiert hat. Rechts von dem Lager 36 ist ein abgeflachter ölschleuderring 57 positioniert, der in der gleichen Weise wie der ölschleuderring 56 wirkt und Schmiermittel durch eine öffnung 59 zu dem Schmierölvorrat 29 zurückleitet. An jedem Ende der rohrförmigen Hülse 24 sind umlaufende Dichtungseinheiten 61, 62 angeordnet, die Elemente 63 und 64 mit Kohlenstoffdichtflächen aufweisen, die an den Rückseiten der Ölschleuderringe 57 bzw. 56 anliegen.

Claims

Ansprüche

f 1.ySelbstsaugendes Hochdrehzahl-Schraubenpumpen-Schmiersystem, gekennzeichnet durch eine in den inneren Laufringen (40, 41) eines zu schmierenden beabstandeten Lagerpaars (35, 36) gelagerte Welle (17), wobei die äußeren Laufringe (38, 39) des Lagerpaars (35, 36) an der Innenfläche einer in ein Gehäuse (12) eingesetzten rohrförmigen Hülse (24) anliegend positioniert sind und im Gehäuse (12) eine Schmierölversorgung (29) untergebracht ist,

- zwei auf der Welle (17) zwischen den Lagern (35, 36) positionierte konzentrische Buchsen (43, 44), die voneinander beabstandet sind und dadurch eine Schmiermittelkammer (46) bilden, die durch die Welle (17), die Buchsen (43, 44) und die rohrförmige Hülse (24) begrenzt ist, und

- eine Leitung (31), die mit der bzw. durch die rohrförmige Hülse (24) gekoppelt ist und deren eines Ende mit der Schmiermittelkammer (46) und deren anderes Ende mit dem Schmiermittelvorrat (29) verbunden ist,

- wobei die Welle (17) im Bereich der Buchsen (43, 44) mit gegenläufigen Gewindeflächen (48, 49) ausgebildet ist, die im Zusammenwirken mit den Buchsen (43, 44) bei umlaufender Welle (17) als Schraubenpumpe wirken und

572-B01362-Schö

Schmiermittel aus dem Schmiermittelvorrat (29) durch die Leitung (31) in die Schmiermittelkammer (46) und von dort zwischen die Welle (17) und die Buchsen (43, 44) saugen, so daß dieses den zu schmierenden Lagern (35, 36) zuführbar ist.
2. Schmiersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß jede Buchse (43, 44) einen so geformten Abschnitt (51, 52) aufweist, daß jede Buchse nur den jeweiligen Außenlaufring (38, 39) des entsprechenden zu schmierenden Lagers (35, 36) kontaktiert.
3. Schmiersystem nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch

ein zwischen den Buchsen (43, 44) angeordnetes Vorspannelement (45), das die Buchsen (43, 44) gegen die äußeren Lagerlaufringe (38, 39) drückt.
4. Schmiersystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchmesser des die Gewindeabschnitte (48, 49) aufweisenden Teils der Welle (17) größer als der Durchmesser des Teils der Welle (17) ist, der die inneren Laufringe (40, 41) des Lagerpaars (35, 36) durchsetzt.
5. Schmiersystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf der Welle (17) zwei abgeflachte Ölschleuderringe (56, 57) an einer den Lagern (35, 36) jeweils benachbarten Stelle und auf einer der Schmiermittelströmungsrichtung entgegengesetzten Seite positioniert sind.
6. Schmiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ölschleuderringe (56, 57) innerhalb der rohrförmigen Hülse (24) positioniert und in bezug auf die Welle (17) konzentrisch angeordnet sind.
7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Hülse (24) jedem der beiden ölschleuderringe (56, 57) benachbart jeweils eine öffnung (58, 59) aufweist, so daß das Schmiermittel, nachdem es die Lager durchsetzt und geschmiert hat, zu dem Schmiermittelvorrat (29) im Gehäuse (12) zurückführbar ist.
8. Schmiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Hülse (24) im Gehäuse (12) federnd gelagert (20-23) ist, so daß das Schmiersystem und die Welle (17) während des Betriebs derselben über ihren Drehzahlbereich relativ zum Gehäuse (12) isoliert sind.
9. Schmiersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der rohrförmigen Hülse (24) eine umlaufende Dichtungseinheit (61, 62) angeordnet ist, von der die Welle (17) ausgeht.
10. Schmiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (17) von den umlaufenden Dichtungseinheiten (61, 62) ausgehende Enden aufweist, die mit Hochdrehzahl-Laufradelementen verbindbar sind.