DE4200687A1 - Radiallager - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Radiallager, im wesentlichen bestehend aus einer zwischen dem Lagergehäuse und der zu lagernden Welle angeordneten rotierbaren Lagerbüchse, wobei Bohrungen in der Lagerbüchse den Ölraum zwischen Lager­ gehäuse und Lagerbüchse mit dem Schmierspalt zwischen Lager­ büchse und Welle verbinden.

Stand der Technik

Derartige Radiallager sind bekannt. Sie basieren auf dem Prinzip von sogenannten schwimmenden Lagerbüchsen, die um die zu lagernde Welle herum angeordnet sind. Die "Schwimmfähigkeit" wird dadurch erreicht, daß Drucköl in die Spalte zwischen Lagergehäuse und Lagerbüchse einerseits und zwischen die Lagerbüchse und die rotierende Welle ande­ rerseits gepreßt wird. Diese hydrodynamische Lagerung dämpft Radial- sowie Kippbewegungen der Welle.

Insbesondere bei der Radiallagerung von Abgasturbolader­ rotoren können die Lagerbüchsen stehend angeordnet sein. Hierunter versteht man, daß die schwimmende Büchse nicht mit der Welle mitrotiert. Das Blockieren der Büchse geschieht in der Regel mechanisch, indem Stiftschrauben, Keile, Federn oder ähnliche Hilfsmittel zur Anwendung gelan­ gen. Stehende Lagerbüchsen haben einerseits ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften, insbesondere hinsichtlich teil­ frequenter Wellenschwingungen. Der Ölfilm zwischen Lager­ gehäuse und Lagerbüchse ist in diesem Fall ein reiner Quetschöl-Dämpfer. Andererseits ist die Reibleistung bei stehenden Lagerbüchsen höher und die Teile sind ver­ schleißgefährdet. In der Regel dringt das Sicherungselement in den weicheren Werkstoff der Lagerbüchse ein. Zudem kann an den Kontaktflächen Reibkorrosion auftreten, was die Schwimmfähigkeit der Büchse beeinträchtigen kann.

Radiallager der eingangs genannten Art, bei denen die Lager­ büchse rotierbar ist, haben den Vorteil der Verschleißar­ mut. Bei dieser Art von Lagerung rotiert die Lagerbüchse in der Regel mit ca. 30-50% der Wellendrehzahl, was dazu führt, daß die Reibleistung wesentlich geringer ist als bei ste­ hender Büchse. Andererseits können die Dämpfungseigenschaf­ ten dieser Lagerungsart ungenügend sein.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, die Nachteile sowohl der stehenden als auch der rotierenden Lagerbüchsen zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, Lager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Lagerbüchse mit deutlich reduzier­ ter Drehzahl mit der zu lagernden Welle mitrotiert.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Lager­ gehäuse zumindest annähernd tangential verlaufende Ölzuführ­ bohrungen angeordnet sind, welche in den Ölraum münden, und daß am Außenumfang der Lagerbüchse mehrere Ausnehmungen angebracht sind, von denen die Bohrungen zum Schmierspalt hin ausgehen und deren mindestens eine Wandung eine Prall­ fläche für das aus den Ölzuführbohrungen ausströmende Öl bildet.

Die Vorteile der Erfindung sind gegenüber stehenden Lager­ büchsen im Wegfall der mechanischen Arretierung und in der Reduzierung der Reibleistung zu sehen. Gegenüber frei rotierbaren Lagerbüchsen ist die Reduzierung der teilfre­ quenten Wellenschwingungen aufgrund der niedrigeren Büchsen­ drehzahl vorteilhaft. Die niedrigere Büchsendrehzahl wird dann erreicht, wenn die Anordnung von Ölzuführbohrung im Lagergehäuse und Prallfläche am Büchsenumfang so gewählt ist, daß das Öl gegen die Drehrichtung der Welle in den Ölraum einströmt und somit die von der Welle mitgeschleppte Büchse abbremst.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Bohrungen in der Lagerbüchse radial verlaufen und wenn die Ausnehmungen in Bezug auf die Mittelachse dieser Bohrungen symmetrisch aus­ gebildet sind. Durch die Symmetrie, die gegebenenfalls Fer­ tigungsvorteile aufweist, können Einbaufehler vermieden werden. Derartig ausgebildete Elemente sind zudem unabhängig von der Drehrichtung der zu lagernden Welle anwendbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Lagerung eines Turboladerrotors dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Lagerung gemäß Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lagerung gemäß Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch eine Ausführungs­ variante der Lagerung.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Lagereinbau im Gehäuse, die Ölzu- und abfuhr, die Abdichtungen usw. Die Strömungsrichtung des Schmiermittels und die Drehrichtung der beteiligten Teile sind mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Radiallager sitzt in einem Lagergehäuse 10 ein, wobei letzteres je nach Maschi­ nenkonstruktion selbstverständlich auch eine Lagereinschub­ einheit sein kann. Das Schmiermittel, hier Drucköl, wird einem im Gehäuse 10 eingearbeiteten Ringkanal 19 zugeführt. Von dort aus gelangt das Öl über mehrere, hier vier, gleichmäßig über den Umfang angeordnete Ölzuführbohrungen 16 in einen Ölraum 14. Dieser Ölraum ist ein Ringspalt, der innen begrenzt ist durch die frei schwimmende Lagerbüchse 12. Die Welle 11 ist von dieser Lagerbüchse 12 umgeben unter Bildung des Schmierspaltes 15. In den Schmierspalt gelangt das Öl aus dem Ölraum 14 über die Bohrungen 13, deren vier - gleichmäßig über dem Umfang verteilt - in der Lagerbüchse 12 vorgesehen sind. Diese Bohrungen münden im Bereich des Schmierspaltes in Öltaschen 20, die sich nahezu über die ganze axiale Länge der Büchse erstrecken.

Es versteht sich, daß die Anordnung von je vier Ölzuführ­ bohrungen 16 und Bohrungen 13 für das Funktionieren des Lagers nicht zwingend ist. Lediglich beispielsweise seien einige weitere Zahlenangaben angeführt: Der Druck des Schmiermittels beträgt eintrittsseitig in der Regel 2-4 bar; das Radialspiel im Ringspalt 14 und im Schmierspalt 15 beträgt während des Betriebes ca. 2‰ des Wellendurchmes­ sers; die Welle dreht mit ca. 70 000 U/min. Ohne die neue Maßnahme wird sich die Drehzahl der schwimmenden Lager­ büchse 12 bei ca. 30% der Wellendrehzahl einstellen.

Gemäß der Erfindung soll nun durch konstruktive Maßnahmen die Drehzahl der Lagerbüchse wesentlich reduziert werden, um teilfrequente Wellenschwingungen zu verringern.

Hierzu verlaufen zunächst die Ölzuführbohrungen 16 im Lager­ gehäuse 10 in tangentialer Richtung. Ihre Mündungen sind derart angeordnet, daß das Öl gegen die Drehrichtung der Welle 11 in denÖlraum 14 einströmt. Desweiteren sind am Außenumfang der Lagerbüchse 12 vier - gleichmäßig über den Umfang verteilt - sägezahnförmige Ausnehmungen 17 ange­ bracht. Diese Ausnehmungen sind so angeordnet, daß die Eintrittsöffnungen der zugehörigen Bohrungen 13 sich an ihrem Grund befinden. Die Flanke 18 der Ausnehmungen ist so geneigt, daß sie eine Prallfläche für das aus der Mündung der Ölzuführbohrungen austretende Öl bildet.

Beim Anfahren der zu lagernden Welle wird das Drucköl durch die tangentialen Ölzuführbohrungen in den aufgrund der Aus­ nehmungen profilierten ringförmigen Ölraum 14 gespritzt. Dabei prallt es auf die vorstehende Flanke 18 der Ausnehmun­ gen und versetzt die Lagerbüchse in Rotation (gestrichelter Pfeil). Aus den Ausnehmungen wird das Öl durch die hier tan­ gential gerichteten Bohrungen 13 in die Öltaschen 20 und den Schmierspalt 15 geleitet. Durch das entgegengesetzte Drehmo­ ment der Welle 11 auf die Lagerbüchse 12 wird deren Rotation gehemmt. Die Drehmomente können durch fachmännische Maßnahmen gestalterischer und öldruckregulierender Art so abge­ stimmt werden, daß die Lagerbüchse beispielsweise beim Anfahren kurzzeitig in Gegenrichtung rotiert und nach Errei­ chen der Betriebsdrehzahl in Wellendrehrichtung mitrotiert (ausgezogener Pfeil) mit einer optimierten Drehzahl.

Diese hydraulische Bremsung der Lagerbüchse, die im Extrem­ fall je nach Regelungsaufwand bis zu deren Stillstand führen kann, geschieht demnach völlig berührungslos, wodurch die freie Beweglichkeit der Lagerbüchse jederzeit gewährleistet ist.

In der Fig. 3 sind funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2. Die Bohrung 13a ist hier radial gerichtet, was sie im übrigen auch bei der Aus­ führung nach Fig. 2 sein kann. Im Falle der Fig. 3 ist die radiale Bohrungsanordnung besonders sinnvoll, da die Ausneh­ mung 17a in Bezug auf die Bohrungsmittelachse symmetrisch ausgebildet ist; dadurch, daß nunmehr zwei gleiche Flanken 18a vorhanden sind, ist eine fehlerfreie Montage der Lager­ büchse auch für ungelerntes Hilfspersonal möglich.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei schwereren, langsamer laufenden Wellen sind die Wellen­ schwingungen nicht im gleichen Ausmaß von Bedeutung wie bei den vergleichsweise schnellaufenden Turboladerwellen. Hier kann eine Richtungsumkehr der Ölzuführung zweckmäßig sein. Entgegen dem gezeigten Beispiel würde dann das Öl in Wellen­ drehrichtung auf die Prallfläche eingespeist werden, wodurch die Lagerbüchse gegenüber der Welle beschleunigt wird. Die erhöhte Büchsendrehzahl hätte in diesem Fall eine vorteil­ hafte Verringerung der Reibleistung und damit der Lagerver­ luste zur Folge.

Claims (3)

1. Radiallager, im wesentlichen bestehend aus einer zwischen dem Lagergehäuse (10) und der zu lagernden Welle (11) angeordneten rotierbaren Lagerbüchse (12, 12a), wobei Bohrungen (13, 13a) in der Lagerbüchse den Ölraum (14) zwischen Lagergehäuse und Lagerbüchse mit dem Schmierspalt (15) zwischen Lagerbüchse und Welle verbinden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Lagergehäuse (10) zumindest annähernd tangen­ tial verlaufende Ölzuführbohrungen (16) angeordnet sind, welche in den Ölraum (14) münden,
• - und daß am Außenumfang der Lagerbüchse (12, 12a) mehrere Ausnehmungen (17, 17a) angebracht sind, von denen die Bohrungen (13, 13a) zum Schmierspalt (15) hin ausgehen und deren mindestens eine Flanke (18, 18a) eine Prallfläche für das aus den Ölzuführbohrungen (16) ausströmende Öl bildet.

2. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (17) Sägezahnform aufweisen.

3. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (13a) in der Lagerbüchse (12a) radial verlaufen und daß die Ausnehmungen (17a) in Bezug auf die Mittelachse der Bohrungen (13a) symmetrisch ausgebildet sind.