DE952756C

DE952756C - Abgasturboaggregat mit nachgiebiger Lagerung der Laeuferwelle

Info

Publication number: DE952756C
Application number: DEM17482A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Eberle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1953-02-24
Filing date: 1953-02-24
Publication date: 1956-11-22

Description

Abgasturboaggregat mit nachgiebiger Lagerung der Läuferwelle Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasturboaggregat mit nachgiebiger Lagerung der mit hohen Drehzahlen in Wälzlagern umlaufenden Läuferwelle. Zur Erzielung eines guten mechanischen Wirkungsgrades und aus betrieblichen Gründen ist für Läuferwellen z. B. von Abgasturbogebläsen, welche zur Aufladung von Verbrennungsmotoren dienen und die demzufolge mit hohen Drehzahlen umlaufen, eine Lagerung mittels Wälzlagern erwünscht. Die Beanspruchung und damit die Lebensdauer der Wälzlager für derartige Läufer hoher Drehzahl hängt jedoch. in beträchtlichem Maße von Einflüssen ab, die durch eine begrenzte Herstellungsgenauigkeit der sich drehenden Teile bedingt sind, nämlich von Restunwuchten des Läufers oder von der Rauhigkeit der Rollbahnen und der Kugeln der Wälzlager. Die schädliche Wirkung der beiden letztgenannten Einflüsse kann nun bekanntlich dadurch gemildert werden, daß man die Wälzlager in dem Lagergehäuse bzw. auf der betreffenden Welle unter Zwischenschaltung von nachgiebigen Elementen befestigt. Eine solche nachgiebige Lagerung soll ermöglichen, daß der stets mit einer geringen Unwucht behaftete Läufer sich annähernd nach seiner wirklichen Schwerachse einstellen kann, wodurch die durch die Unwucht hervorgerufenen Lagerkräfte im Vergleich zur starren Lagerung stark gemildert werden. Durch eine derartige weiche Bettung des Läufers werden auch jene Beanspruchungen vermindert, die von Abweichungen der Rollbahnen und der Kugeln von der geometrisch genauen. Form herrühren.
Als nachgiebige Elemente wurden zu diesem Zwecke bisher Gummibeilagen oder Federn verschiedener Form vorgeschlagen und angewendet. Diese bekannten Lösungen haben indessen den Nachteil einer verwickelten Herstellung oder einer begrenzten Haltbarkeit. Eine mit einer gewissen Dämpfung verbundene Nachgiebigkeit eines Wälzlagers wird weiter auch dadurch erreicht, daß zwischen der Lagerbüchse und dem Lagergehäuse viele übereinandergeschobene, dünne, aufgeschlitzte Hülsen angeordnet werden, zwischen denen sich infolge Kapillarwirkung eine dämpfende Ölschicht ausbilden kann. Auch diese Dämpfungseinrichtung ist nicht ganz einfach und erfordert eine ziemliche Paßarbeit der einzelnen Lagerungsteile. Darüber hinaus ist schon vorgeschlagen worden, Schwebelager mit über dem Lagerflächenumfang angeordneten Kammern zu verwenden, denen ein Druckmittel zugeführt wird, so daß eine unmittelbare Berührung der gelagerten Teile mit der Lagerfläche verhindert wird. Diese beispielsweise als »Luftlager« bekannten Lager haben jedoch den Nachteil, daß bei Ausfall der Druckmittelpumpe ein Fressen der meist hochtourigen Lager nicht verhindert` werden kann. Zur Behebung dieses Mangels und um den Betrieb bei niederen Drehzahlen, solange das Flüssigkeitslager noch nicht wirksam ist, zu erleichtern, wurden auch bereits Kugellager als Hilfslager in Verbindung mit Flüssigkeitslagern verwendet. Das Kugellager übernimmt dabei aber lediglich während des Anlaufens und bei Unterbrechungen der Druckmittelzufuhr die Funktion eines Lagers, während im normalen, hochtourigen Betrieb das Flüssigkeitslager in Tätigkeit tritt. Derartige Lager sind jedoch nicht nachgiebig, da die Flüssigkeitspolster der einzelnen Kammern voneinander öldicht getrennt sind und daher ein Ausgleich der Volumina längs des Umfangs nicht eintreten kann. Überdies hat diese Lagerung den Nachteil, daß eine besondere Druckmittelpumpe für deren Betrieb erforderlich ist.
Um die erwähnten Mängel zu beheben und eine nachgiebige Lagerung der Läuferwelle eines Abgasturboaggregates zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in an sich bekannter Weise auf den Außenringen eines oder mehrerer Wälzlager eine gegenüber dem Lagergehäuse frei drehbare Büchse anzuordnen und auf ihrer äußeren Mantelfläche derart auszubilden, daß zwischen Büchse und Lagergehäuse ein hydrodynamisch gebildeter, ringsum zusammenhängender Schmierölfilm selbsttätig erzeugt wird. Durch eine derartige Ausbildung der Lagerung wird in einfacher Weise ohne Aufwendung zusätzlicher Mittel ein ununterbrochener Schmierölfilm in an sich bekannter Weise auf der Büchse selbsttätig erzeugt, der bei einseitiger Belastung durch Verdrängerwirkung eine weitgehende Dämpfung ausübt. Das Schmieröl zur Erzeugung dieses Ölpolsters .kann gegebenenfalls unter geringem Überdruck zugeführt werden. Die Anpassung der Ölfilmfläche, die den gewünschten Dämpfungseffekt bestimmt, erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß die äußere Mantelfläche der schwimmenden Büchse durch Einarbeiten von Nuten in Umfangsrichtung in mehrere, in sich geschlossene, ringförmige Einzeltragflächen unterteilt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die ganze verfügbare äußere Mantelfläche der sich im Lagergehäuse frei drehenden Büchse durch sowohl in Umfangs- als auch in Längsrichtung verlaufende Nuten in eine verhältnismäßig große Anzahl von Einzeltragelementen aufzulösen. Durch die im Betrieb auftretenden Stöße, welche beispielsweise durch eine geringe Restunwucht des Läufers hervorgerufen sein können, wird das Schmieröl einerseits aus den kleinen Einzeltragflächen sehr schnell und auf dem kürzesten Wege in die Nuten größeren Querschnittes verdrängt; andererseits schwimmen jene Einzeltragflächen mit ihrer Rundung nach erfolgtem Stoß bei einem verhältnismäßig kleinen Drehwinkel der Büchse schnell wiederum auf dem Schmieröl auf. Die Grenze für die Unterteilung der äußeren Mantelfläche der Büchse und damit der Nachgiebigkeit des Ölfilms ist dadurch gegeben, daß eine hinreichende Sicherheit vor metallischer Berührung zwischen der sich drehenden, schwimmenden Lagerbüchse und dem feststehenden Lagergehäuseteil vorhanden sein muß. Die axiale Länge der schwimmenden Büchse kann sich schließlich über beide Wälzlagerstellen der Welle erstrecken. Bei gewissen Konstruktionen z. B. von Abgasturboaggregaten und unter besonderen Laufbedingungen der Läuferwelle kann es jedoch auch von Vorteil sein, für jede einzelne Wälzlagerungsstelle eine eigene, im Lagergehäuse frei drehbare, schwimmende Büchse vorzusehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die nachgiebige Lagerung einer in Wälzlagern umlaufenden Welle nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Schnitt durch die Lagerungsstelle eines innengelagerten Abgasturboaggregates, Fig. 2 die Abwicklung der äußeren Mantelfläche der schwimmenden Büchse, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2. In der Fig. i ist mit. i die Läuferwelle eines Abgasturboaggregates bezeichnet, das eine an sich bekannte Innenlagerung aufweist. Auf der rechten Seite des Schnittbildes schließt der nicht dargestellte Verdichterteil und auf der linken Seite der entsprechende Turbinenteil an, von dem lediglich das Turbinenrad dargestellt ist. Das Gehäuse :2 ist als Gußkonstruktion ausgeführt und weist eine Lagerbüchse 3 auf, die gegenüber Verdrehung durch eine Schraube q. gesichert ist. Auf der Welle i sind die beiden Wälzlager 5 und 6 aufgeschoben, deren Innenringe 7, 8 mittels einer Abstandsbüchse 9 auf entsprechende Distanz gehalten werden und in üblicher Weise gegeneinander verspannt sind. Zwischen der Lagerbüchse 3 und den Außenringen i o, ii der Wälzlager 5, 6 ist eine weitere Büchse 12@ angeordnet: Diese ist mit Haftsitz auf die Außenringe io, ii aufgeschoben und hat gegenüber 'der Lagerbüchse 3 ein entsprechend bemessenes Spiel, so daß sie sich unter dem Einfluß der in den Wälzlagern 5 und 6 auftretenden Reibung frei im Gehäuse 2 drehen kann. Das Schmieröl wird unter geringem Druck durch eine im Gehäuse 2 befindliche Bohrung 13 in° Pfeilrichtung zugeleitet und. trifft über weitere Bohrungen 14, 15 aus dem Ringraum 16 auf die schwimmende Büchse 12 auf. Im Betrieb läuft die Büchse 12 nur mit einem Bruchteil der Umdrehungszahl der Läuferwelle i um. Bei einer Läuferdrehzahl von etwa 35 ooo U/min macht die Büchse 12 etwa iooo U/min. Dabei wird das durch die Bohrungen 14 und 15 zuströmende Schmieröl in den Ringspalt zwischen der schwimmenden Büchse 12 und der Lagerbüchse 3 hineingerissen und bildet in bekannter Weise hydrodynamisch einen ringsum zusammenhängenden Ölfilm. Dieser bildet das nachgiebige Element, welches dem Läufer die Einstellung nach seiner Schwerachse ermöglicht und die Abrollfehler der Wälzlager 5, 6 ausgleicht. Um die für eine gewisse Dämpfung erforderliche Bildung des Ölfilms zu begünstigen, sind in die äußere Mantelfläche der schwimmenden Büchse 12 in bekannter . Weise Nuten eingearbeitet, welche sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung derselben verlaufen. Um das Aufschwimmen der Einzeltragelemente der Büchse 12 auf den erzeugten Ölfilm zu fördern,, sind die in Längsrichtung eingefrästen Nuten mit einem großen Rundungsradius versehen (Fig.3). Zur Schmierung der Wälzlager sind außerdem noch zwei düsenförmige Kanäle 18, i9 vorgesehen, denen aus dem Ringraum 16 Schmieröl zuströmt, welches fein versprüht in die Lagerräume 2o, 21 eingeführt wird. Das verbrauchte oder überschüssige Schmieröl sammelt sich in dem unteren Teil 22 des Lagergehäuses 2 und wird durch eine Öffnung 23 abgeführt.
Die Fig.2 zeigt eine Abwicklung der äußeren Mantelfläche der schwimmenden Büchse 12 und in Umfangsrichtung verlaufenden, ringförmigen Nuten 31 sowie in axialer Richtung eingearbeiteten Nuten 32. Die Breite und Tiefe der Nuten 31 und 32 kann verschieden und den besonderen Bedingungen zur Ausbildung des Schmierfilms angepaßt sein. Die Längsnuten 32 weisen dabei, wie bereits erwähnt, einen großen Rundungsradius auf, um das Aufgleiten der Einzeltragflächen 32 auf den Ölfilm zu erleichtern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Abgasturboaggregat mit nachgiebiger Lagerung der Läuferwelle, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auf den Außenringen (io, ii) eines oder mehrerer Wälzlager (5, 6) eine gegenüber dem Lagergehäuse (2) frei drehbare Büchse (12) vorgesehen und auf ihrer äußeren Mantelfläche derart ausgebildet ist, daß zwischen Büchse und Lagergehäuse ein hydrodynamisch gebildeter, ringsum zusammenhängender Schmierölfilm selbsttätig erzeugt wird.
2. Abgasturboaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche- der Büchse (12) in an sich bekannter Weise durch Nuten (31, 32) in eine Vielzahl von in sich geschlossenen Einzeltragflächen unterteilt ist.
3. Abgasturboaggregat nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (34 32) in Umfangsrichtung und gleichzeitig auch in achsparalleler Richtung in die äußere Mantelfläche der Büchse (12) eingearbeitet sind.
4. Abgasturboaggregat nach Anspruch i und 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (31) nur in Umfangsrichtung in die äußere Mantelfläche der Büchse (12) eingearbeitet sind.
5. Abgasturboaggregat nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (32) in an sich bekannter Weise nur in achsparalleler Richtung in die Büchse (12) eingearbeitet sind.
6. Abgasturboaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet' daß die in achsparalleler Richtung in die äußere Mantelfläche der Büchse (12) eingearbeiteten Nuten (32) in an sich bekannter Weise mit einem großen Rundungsradius in die Einzeltragflächen übergehen.
7. Abgasturboaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (12) sich in ihrer axialen Länge über beide Wälzlagerstellen (5, 6) der Welle (i) erstreckt. I.n Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 870 o48; schweizerische Patentschrift Nr. 282 484; französische Patentschriften Nr. i 011 585, 7o6 196.