DE3008949A1

DE3008949A1 - Lager fuer eine mit hoher drehzahl umlaufende welle, insbesondere fuer rotorwelle eines turboladers

Info

Publication number: DE3008949A1
Application number: DE19803008949
Authority: DE
Inventors: Jerre F Lauterbach
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1980-03-08
Publication date: 1980-09-11
Also published as: ES489292A0; US4370106A; ES8100443A1; AU516229B2; IT8067356A0; GB2052649B; FR2450973A1; DE3008949C2; BR8001336A; AU5556880A; KR840000024B1; MX150105A; SE8001768L; IT1193410B; GB2052649A; CA1146620A; KR830002165A

Description

Cummins Engine Company, Inc., 1000 Fifth Street Columbus, Indiana, U. S. A.

Lager für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle, insbesondere die Rotorwelle eines Turboladers

Die Erfindung betrifft ein Lager für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle, das eine im wesentlichen rohrförmige Laufbuchse und ein hydrodynamisches Lagerteil an einem Abschnitt der Laufbuchse an deren Innenseite zur Abstützung von an diesem Abschnitt auftretenden Radialkräften aufweist.

Die Lager eines Turboladerrotors einer Verbrennungskraftmaschine bieten sehr schwierige technische Probleme. Diese Probleme entstehen dadurch, daß die Rotorwelle bei sehr hohen Drehzahlen im Bereich von 125 000 U/min, arbeitet, und daß die Welle Radialkräften und Axialkräften ausgesetzt ist. Die axiale Druckbelastung besteht hauptsächlich

723

Büro Bremen / Bremen Office:
Postfach / P. O. Box 10 7127
Hollerallee 32, D-2800 Bremen 1
Telephon: (0421) * 34 90 71
Telekopierer/Telecopier: Rank Xerox 400
Telegr. / Cables: Diagramm Bremen
Telex: 244 958 bopatd

Konten / Accounts Bremen:

Deutsche Bank, Bremen (BLZ 290 700 50) 1112002 PSchA Hamburg (BLZ 200100 20) 1260 83-202

Büro München / Munich Office: Postfach / P. O. Box 14 0108 Schlotthauerstraße 3, D-8000 München 5 Telephon: (089) 65 23 21 Telekop./Telecop.: (089) 2215 69 R X. Telegr. / Cables: Telepatent München Telex: 523937 jus d (code: forbo)

BOEHMERT & BOEHMERT

in einer Richtung, unter bestimmten Umständen kann auch eine axiale Belastung in der entgegengesetzten Richtung auftreten. Weiterhin kann das Turbinenende der Welle sehr heiß werden, wobei die Hitze das Lagerschmiermittel angreifen, und so Veränderungen in den Eigenschaften des Lagermaterials verursachen kann. Weiterhin haben die Welle und der Rotor die Tendenz, sich um den Massenschwerpunkt zu bewegen, der gewöhnlich nicht mit dem geometrischen Schwerpunkt zusammenfällt, was besonders bei gewissen kritischen (harmonischen) Geschwindigkeiten auftritt. Infolgedessen schwingt die Achse bzw. die geometrische Mittellinie des Rotors auf einer kreisförmigen Bahn, wenn der Rotor sich um seine Achse dreht, und diese schwingende Bewegung liefert zusätzliche schwierige Probleme.

Es sind Wellenlager geschaffen worden, mit denen man versucht hat, diesen speziellen Problemen zu begegnen. So offenbart zum Beispiel die US-PS 3 056 634 einen Turbolader mit einer schwimmenden Laufbuchse. Ein Schmiermittelfilm befindet sich zur Unterstützung der Drehbewegung der Welle zwischen der Welle und der Laufbuchse und ein anderer Schmiermittelfilm befindet sich zwischen dem Lager und dem Lagergehäuse, wodurch es dem Lager ermöglicht wird, zu "schwimmen" (float), um so die schwingende Bewegung aufzunehmen. Außerdem ist ein getrenntes Gleitdrucklager an einem Ende der Laufbuchse vorgesehen.

Die US-PS 3 043 636 offenbart ebenfalls ein Gleitdrucklager, aber in diesem Patent ist das Gleitdrucklager integral mit der Laufbuchse ausgebildet. Die in diesen Patenten offenbarten Lager sowie andere Lager bekannter Art sind zwar benutzbar, weisen aber Nachteile wie extreme Leistungs-

3.7/0878

BOEHMERT & BGEKMERT

30Q8943

Verluste auf, die hauptsächlich im Drucklager auftreten, da die radiale Belastung normalerweise gering ist.

Wälzlager, wie zum Beispiel Kugel- und Tonnenlager, haben geringere Verluste als hydrodynamische Gleitlager, sind aber bisher nicht in Turboladern benutzt worden. Würde ein solches Lager am Turbinenende eingesetzt, so würde die Hitze eine geringe Lebensdauer des Lagers bewirken oder aber sehr teure Lager erfordern. Weiterhin haben bei geringen radialen Belastungen und hohen Geschwindigkeiten die Kugeln und Rollen die Tendenz zu rutschen bzw. zu gleiten statt zu rollen, wodurch das Lager schnell verschlissen werden würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lager zu schaffen, das eine lange Lebensdauer, geringe Kosten und geringe Leistungsverluste aufweist, die wiederum beispielsweise bei einem Rotor eine hohe Effizienz und eine schnelle Anpassung an wechselnde Betriebsarten bzw. -zustände bewirken.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Wälzlager , das benachbart zu einem anderen Abschnitt der Laufbuchse angeordnet ist, und ein Lagerträgerteil, das zur Stützung des Wälzlagers mit der Laufbuchse verbunden ist, wobei das Wälzlager Radialkräfte an dem anderen Abschnitt, sowie Axialkräfte aufnimmt.

Ein erfindungsgemäßes Lager zum Lagern eines Rotors in einem Gehäuse weist eine hydrodynamische Laufbuchse und ein Wälzlager, beispielsweise ein Kugellager auf. Die Laufbuchse nimmt die Radialkräfte am Turbinenende der

030037/0878

BOEHMERT & ßOEHMERT

* 30089A8

Rotorwelle auf, und das Kugellager nimmt die Radialkräfte am Kompressorende der Rotorwelle auf. Weiterhin nimmt das Kugellager die wesentlichen Axialkräfte auf, die normalerweise vom Turbinenende des Rotors zum Kompressorende gerichtet sind, aber auch Axialkräfte in entgegengesetzter Richtung werden vom Kugellager aufgenommen. Die axiale Druckbelastung, die im wesentlichen immer am Lager vorhanden ist, verhindert weiterhin ein Gleiten der Kugeln bei geringen radialen Belastungen. Die Anordnung kann weiterhin Mittel aufweisen, die einen festen Schmiermittelfilm zwischen dem Rotor und dem Gehäuse erzeugen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Turbolader mit einem erfindungsgemäßen Lager ;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Lagergehäuse eines Turboladers;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Lager;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5" einen Aufriß eines anderen Teiles eines Turboladers;

Fig. 6 einen Teilschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung; und

Fig. 7 einen Teilschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Q3Q.0J7/0878

BOEHMERT & BOEHMERT

30Q894S

Nach Figur 1 weist ein Turbolader, der mit einem erfindungsgemäßen Lager ausgerüstet ist, ein Gehäuse 10 auf, das durch ein Kompressorgehäuse 11, ein Turbinengehäuse 12 und ein mittleres Lagergehäuse 13 gebildet wird. Eine ölabdichtende Scheibe 14 ist zwischen dem Lagergehäuse 13 und dem Kompressorgehäuse 11 eingebaut. Die Gehäuse 13, 11 und die Platte 14 sind durch geeignete Vorrichtungen fest miteinander verbunden (nicht gezeigt). Das Kompressorgehäuse 11 nimmt ein Kompressorrad 18 auf, und ähnlich umfaßt das Turbinengehäuse 12 ein Turbinenrad 21. Die zwei Räder 18 und 21 sind an entgegengesetzten Enden der Drehwelle 26 befestigt, und die Teile 18, 21 und 26 bilden den Turbinenrotor 25. Das Turbinenrad 21 ist fest mit dem linken Ende verbunden (siehe Fig. 1), und das Kompressorrad 18 ist auf der Welle 26 durch die Schraubenmutter 29 befestigt.

Das Gehäuse 13 schließt ein im allgemeinen rohrförmiges Teil 31 ein, welches durch eine Vielzahl von radialen Verstrebungen 32 gestützt wird. Im Teil 31 befindet sich eine Bohrung 37 die das Lager 38 aufnimmt, in welchem die Welle 26 gelagert ist. Ein Schmiermittelkanal 39 ist in einer der radialen Verstrebungen 32 des Lagergehäuses 13 ausgeformt und bildet an seinem radialen äußeren Ende eine Schmiermitteleinlaßöffnung 41. Das Gehäuse 13 hat eine im wesentlichen rohrförmige äußere Welle 33, in welcher die öffnung 41 ausgeformt ist. Die äußere Wand 33 hat weiterhin an ihrer unteren Seite eine Schmiermittelauslaßöffnung 40. Im Betrieb des Motors und des Turboladers wird das Schmiermittel des Motorschmiersystems unter Druck in die Öffnung 41 und in den Kanal 39 gepumpt, so daß das Schmiermittel durch die Verzweigungen 39 a, 39 b und 39 c des Kanales 39

0 3"0 B 3~7 / 0 8 7 8

BOEHMERT & BOEHMERl

⁰I 3008943

strömt, um die Teile des Lagers 38 (wie unten beschrieben) zu schmieren und danach in eine untere Kammer 42 des Gehäuses 13 zu tropfen, so daß ein mit dem Auslaß 40 verbundenes Rohr (nicht gezeigt) das Schmiermittel in den Topf des Schmiermittelsystems abführen kann.

Das Lager 38 weist eine Laufbuchse 51 und ein Kugellager 52 auf. Die Bohrung 37 des Lagergehäuses 13 ist zylindrisch und nimmt den zylindrischen äußeren Umfang 53 der Laufbuchse 51 auf. Die Laufbuchse 51 erstreckt sich nur auf der Seite des Turbinenrades 21 bis dicht an die äußere Fläche der Welle 26 und bildet so einen hydrodynamischen Lagerteil 54. Mit Ausnahme des Teiles 54 ist die innere Fläche der Laufbuchse 51 zurückversetzt, so daß durch die Aussparung 56 ein Freiraum 57 entsteht. Eine Vielzahl von seitlichen oder diagonalen Löchern 58 (Figur 1 und 3) ist durch die Wand der Laufbuchse 51 geführt, wobei die äußeren Enden der Löcher 58 in einer ringförmigen Kerbung 59 in der äußeren Fläche der Laufbuchse 51 enden. Wie Figur 1 zeigt, ist die Kerbung 59 auf einer Höhe mit der Kanalverzweigung 39 b. Am inneren Ende eines jeden Loches 58 befindet sich im Lagerteil 54 eine axiale Kerbung^ 61 . Infolgedessen fließt während des Betriebes des Turboladers das Schmiermittel durch die Verzweigungen 39 b,die Kerbung 59, die Löcher 58, die Kerbung 61 sowie axial zwischen der Welle 26 und dem Teil 54 des Lagers. Wie Fachleuten bekannt ist, erzeugt das Schmiermittel einen Schmiermittelfilm zwischen der Welle und dem Lager.

Etwa bei halber Länge ist die Laufbuchse 51 mit einer Vielzahl von radialen Löchern 66 und einer ringförmigen Kerbung 67 in der äußeren Fläche versehen. Die Löcher 66 er-

03-08 3-7 /087 8

BOEHMERT & BOEHMERT

10 30Q89A9

lauben es dem Schmiermittel, in den Freiraum 57 zu strömen und durch die Kerbung 67 und ein Loch 68 (Figur 1), daß an der Unterseite des Lagergehäuses 13 ausgeformt ist, aus dem Lager herauszufließen.

Auf der Kompressorseite des Lagers 38 ist auf der Laufbuchse 51 ein Lagerträgerteil 71 ausgeformt. Wie am besten Figur 4 zu entnehmen ist, ist das Teil 71 radial vergrößert und hat runde innere Öffnungen 72. Im Ausführungsbeispiel wird das Lager 38 an einer Rotation im Lagergehäuse 13 dadurch gehindert, daß die äußere Wand 73 des Teils 71 mit einer von einer Kreisform abweichenden Form versehen ist,und daß die Scheibe 14 mit Backen 74 versehen ist, die die äußere Wand 73 festhalten. Wie den Figuren 1 und 4 zu entnehmen ist, hat die ölabdichtende Scheibe 14 zumindest zwei sich axial erstreckende Backen 74, die zumindest die äußere Fläche eines Teils der äußeren Wand 73 überdecken. Da die ölabdichtende Scheibe 14 ein fester Teil des Turboladergehäuses ist, verhindern die Backen 74, daß sich das Lager dreht. Trotzdem aber ist zwischen der äußeren Wand 73 und der Backe 74 ein gewisses Spiel, so daß eine geringe radiale Bewegung des Lagers möglich ist. Wie erwähnt, könnte das Teil 71 anstatt der eckigen Form auch eine andere, nicht runde Form annehmen, oder eine wesentlich verschiedene Anordnung könnte eine Rotation verhindern, wie zum Beispiel ein Dorn und ein passendes Loch.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist das Kugellager 52 in einer runden Öffnung 72 des Teiles 71 befestigt. Das Kugellager 52 weist runde äußere und innere Laufringe 81 und 82 sowie eine Vielzahl von eingeschlossenen Kugeln 83 auf. Der äußere Laufring 81 ist zum Beispiel durch einen Paßsitz

BOEHMERT & BOEHMERT

300894t

in der öffnung 72 an dem Teil 71 befestigt, und die Turbinenseite des äußeren Laufringes 81 ist mit der Bodenwand der öffnung 72 verbunden. Die ölabdichtende Scheibe 14 weist weiterhin mehrere axiale Backen 86 auf, die eng an der Kompressorseite des äußeren Laufringes 81 anliegen. Dadurch wird der äußere Kugellagerlaufring 81 an einer Rotation und an einer axialen Bewegung in beiden Richtungen gehindert.

Im gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel ist die ölabdichtende Scheibe 14 mit zwei um 180° gegeneinander versetzten, geraden Backen 74 (Figur 5), und mit zwei radial sich nach innen erstreckenden, bogenförmigen Backen 86 versehen, die um 90 gegen die Backen 74 versetzt sind.

Das Lager 38 ist vorzugsweise auch mit einem Führungskörper oder einem ringförmigen Abstandsstück 87 versehen, das mittels Preßsitzes im inneren Laufring des Kugellagers 52 befestigt ist. Das ringförmige Abstandsstück 87 befindet sich auf der Welle 26. Das Turbinenende des Abstandsstückes 87 grenzt an eine radiale Schulter 88, die auf der Welle 26 ausgeformt ist, und besitzt einen radial sich nach außen erstreckenden Flansch 89, der zwischen die Schulter 88 und den inneren Laufring 82 paßt. Eine rohrförmige Laufbuchse 91 umschließt die Welle 26 zwischen dem Wälzlager 52 und dem Kompressorrad 18 und berührt den inneren Laufring 82. Deshalb werden beim Anziehen der Schraubenmutter 29 auf der Welle 26 das Abstandsstück 87 und der innere Laufring 82 zwischen die Schulter 88 und die Laufbuchse 91 gepreßt.

3OCP37/0878

BOEHMERT & ROETOIERT

A 3008943

Die Laufbuchse 91 paßt eng auf die Welle 96 und ist radial mit der ölabdichtenden Scheibe 14 justiert. Eine ringförmige Kerbung 9 3 auf der äußeren Fläche der Laufbuchse 91 nimmt einen Dichtring 94 auf, der ein Auslecken des Schmiermittels verhindert. Ein Ölspritzring 9 6 an der äußeren Fläche der Laufbuchse 91 schleudert das Gleitmittel aus dem Dichtungsbereich.

Die Verzweigung 39 c des Schmiermittelkanals 39 dient zur Schmiermittelversorgung des Kugellagers 52. Die Verzweigung 39 c verläuft vom radialen Kanal 39 schräg in Richtung auf das kompressorseitige Ende der Laufbuchse 51. Eine ringförmige Kerbe 101 in der äußeren Fläche der Laufbuchse 51 ist mit der Kanalverzweigung 39 c verbunden, und eine axiale Durchführung 102 verläuft von der Kerbung 101 zu der Bodenwand 84 der Öffnung 72.

Ein Einsatzstück 103, das ein Loch 104 mit einem schmaleren Durchmesser aufweist, ist vorzugsweise in der Durchführung 102 befestigt. Das Loch 104 ist auf die Kugeln 83 ausgerichtet, und während des Betriebes wird ein Schmiermittelstrahl aus dem Loch 104 auf die Kugeln 83 gesprüht. Mehrere Löcher 106 führen durch die Wand des Teils 71, so daß Schmiermittel aus der öffnung 72 abgeführt wird.

Eine dritte Verzweigung 39 a des Kanals 39 führt schräg nach außen in Richtung auf die Turbinenseite des Lagergehäuses und sprüht einen Schmiermittelstrahl gegen die gegenüberliegende Wand 105 des Lagergehäuses und kühlt die Turbinenseite des Turboladers.

Während des Betriebes des Turboladers weist die axiale Be-

0 3 0 0 3⁹Z1 Q 8 7 8

BOEHMERT & BOEHMEIiT

ilastung der Welle 26 normalerweise in Richtung auf das Kompressorrad 18, aber unter bestimmten Umständen kehrt die axiale Belastung ihre Richtung um. Das Wälzlager 52 wird so ausgelegt, daß es der axialen Belastung in beiden Richtungen widersteht, indem der äußere Laufring 81, der innere Laufring 82 oder beide Laufringe geteilt werden. Im Ausführungsbeispiel ist nur der innere Laufring 82 geteilt und weist zwei Abschnitte 108 und 109 auf. Die beiden Abschnitte sind in zusammengebautem Zustand zwischen dem Flansch 89 und der Laufbuchse 91 fest zusammengedrückt. Vor dem Einbau des Kugellagers 52 in den Turbolader werden die Abschnitte 108 und 109 durch das ringförmige Abstandsstück 87 zusammengehalten. Die innere Kante 111 eines jeden Abschnittes hat eine bogenförmige Aussparung, die die Kugeln 83 aufnimmt. Der äußere Laufring 81 hat eine runde, ringförmige Kerbung 112, die ebenfalls die Kugeln aufnimmt.

Durch die gezeigte Teilung des inneren Laufringes 82, ist es möglich, ein Wälzlager zu konstruieren, daß sowohl relativ großen axialen Kräften in beiden Richtungen als auch radialen Kräften widersteht. Beim Zusammenbau des Wälzlagers 52 werden zunächst die Kugeln 83 und der Kugelhalter mit dem äußeren Laufring 81 zusammengefügt, wobei genügend Spiel zwischen den Kugeln und dem Halter vorhanden ist, so daß die Kugeln in die Kerbung 112 gedrückt werden können. Die zwei Abschnitte 108 und 109 des inneren Laufringes 82 werden sodann an der gegenüberliegenden Seite der Kugeln zusammengefügt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Kerbungen 111 und 112 mit relativ breiten und starken radialen Schultern auszustatten, die in der Lage sind, axialen Belastungen in beiden Richtungen zu widerstehen.

U 3-0 Q<3 T-/ 0 8 7 6

BOEHMERT & BOEHMEFlT

3008943

Während des Betriebes des Turboladers strömt das Schmiermittel in den Kanal 39 und durch die Verzweigungen 39 a, 39 b und 39 c, während die Welle 26, die Räder 18, 21, die Laufbuchse 91 , das ringförmige Abstandstück 87 und der innere Laufring (81) des Wälzlagers 52 rotieren. Das durch die Verzweigung 39 b, die Löcher 58 und die Kerbung 61 strömende Schmiermittel bildet einen Film zwischen der Laufbuchse 51 und der Welle ι und das hydrodynamische Lagerteil 54 der Laufbuchse 51 nimmt die radiale Belastung am Turbinenende der Welle 26 auf. Das Lager 38 ist elastisch im Gehäuse 13 befestigt. Zwar sind verschiedene elastische Anordnungen möglich, wie etwa eine dünne Schicht eines elastischen Materials oder ein dünner Film eines Schmiermittels, doch ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein dünner Schmiermittelfilm vorgezogen. Das Schmiermittel strömt durch den Kanal 39 und die Verzweigungen 39 b und 39 c und in die Kerbungen 59 und 101 und formt einen Film zwischen der Laufbuchse 51 und der Bohrung 37, so daß die Laufbuchse 51 im Lagergehäuse "schwimmt" (floating).Wenn der Rotor 25 eine kritische Drehzahl durchläuft, beginnt er, um seinen Schwerpunkt zu schwingen. Der Ölfilm zwischen dem Lager 38 und dem Gehäuse 13 erlaubt die Schwingbewegungen, da er eine elastische, bzw. halbstarre Abstützung bildet, der Film bewirkt aber auch eine viskose, dämpfende Wirkung und trennt das Lager vom Gehäuse 13. Zwar könnte das Lagergehäuse so ausgestaltet sein, daß es das Lager fest aufnimmt und dadurch die Schwingung unterdrückt, doch würden dadurch, insbesondere bei kritischen Geschwindigkeiten, die Teile großen Belastungen ausgesetzt, so daß die Gefahr eines Versagens besteht. Die "schwimmende" (floating) Anordnung.erlaubt es dem Rotor, die kritischen Geschwindigkeiten zu durch-

BOEHMERT & BOEHMERT

3008948

laufen, ohne die großen Belastungen zu erzeugen. Trotzdem wird das Lager durch die äußeren Wände 73 und die Backen 74 an diner Drehung gehindert.

Weiterhin strömt das Schmiermittel durch die Durchführung 102 und schmiert das Wälzlager 52. Das Wälzlager 52 nimmt die radialen Belastungen an der Kompressorseite der Welle 26 auf. An diesem Ende erfolgt die Übertragung der radialen Kraft über das ringförmige Abstandsstück 87, das Wälzlager 52 und das Lagerträgerteil 71 auf die Bohrung 37, die an dem Lagerträgerteil anliegt.

Bei einem axialen Druck in Richtung auf das Kompressorrad 18 erfolgt die Belastungsübertragung über die Schulter 88, den Flansch 89 des Abstandsstückes 87, den Abschnitt 108 des inneren Laufringes, die Kugeln 83, den äußeren Laufring 81 und die Endflächen der Backen 86. Bei einer axialen Belastung in umgekehrter Richtung erfolgt die Kraftübertragung vom Rad 18 über die Laufbuchse 91, den Abschnitt 1O9 des inneren Laufringes, die Kugeln 83, den äußeren Laufring 81 und die Bodenwand 84 des Lagerträgerteils 71 auf die anliegende radiale Fläche 113 des Lagergehäuses 13. Um die radiale Dämpfung zu erreichen, muß ein gewisser axialer Freiraum vorhanden sein.

Der Auflagerdruck auf dem Rotor 25 wird normalerweise in Figur 1 nach rechts gerichtet sein, und dieser Auflagerdruck wird durch die ölabdichtende Scheibe 14 aufgefangen. Die Kraftübertragung verläuft vom Rotor 25 über das Lager auf die bogenförmigen axialen Backen 86. Wie aus Figur 1 ersichtlich, greift deshalb die rechte Oberfläche des äußeren Laufringes 81 des Wälzlagers normalerweise an der

USi)O₁S?./08 7 8

BOEHMERT & 3CEKMERT

30Q8943

linken Fläche der Backe 86 an. Wie zuvor erwähnt, kann das Lager wegen seiner beweglichen Anordnung um seinen geometrischen Mittelpunkt schwingen, und diese Bewegung kann zusammen mit der axialen Belastung Abnutzungs- und Verschleißerscheinungen an den anliegenden Flächen des Wälzlagers 52 und der Backe 86 bewirken. Defekte, die auf diesem Verschleiß beruhen, können dadurch verhindert werden, daß eine große Berührungsfläche zwischen dem Wälzlager 52 und der Backe 86 vorgesehen ist und/oder dadurch, daß Materialien für diese Teile gewählt werden, die solchem Verschleiß widerstehen.

Die Figuren 6 und 7 zeigen ein anderes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der Vorrichtungen zur Vermeidung der obenbeschriebenen Abnutzungs- und Verschleißerscheinungen vorgesehen sind. Die in den Figuren 6 und 7 beschriebene Vorrichtung hat ein zentrales Lagergehäuse 120, eine ölabdichtungsscheibe 121, ein Kompressorrad 122, eine Rotorwelle 123 und eine Laufbuchse 124, wobei diese Teile den Teilen 13, 14, 18, 26 und 91 der Figur 1 bis 5 entsprechen. Weiterhin ist ein Lager 126 mit einer Laufbuchse 127 und einem Wälzlager 128 vorgesehen, wobei die Laufbuchse, wie oben beschrieben, durch einen Schmiermittelfilm in der Bohrung 129 des Gehäuses 120 elastisch gelagert ist. Die Laufbuchse 127 und das Wälzlager 128 tragen die Welle 123, wobei das Schmiermittel, ähnlich wie in der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Anordnung, · durch diese Teile fließt.

Es sind Vorrichtungen vorgesehen, die eine Drehung des Lagers verhindern und die wiederum darin bestehen, daß die äußere Fläche 131 des Lagers 126 abweichend von einer

ü 3 UO $*l rO 8 7 8

BOEHMERT & 8CEHMERT

30Q894S

Kreisform ausgestaltet ist, und daß Backen 132 auf der ölabdichtungsscheibe 121 ausgeformt sind. Die axiale Belastung des Rotors 125 ist auf Figur 6 normalerweise nach rechts gerichtet, und bogenförmige Backen 133 auf der ölabdichtungsscheibe 121 sind axial mit dem äußeren Laufring 134 des Wälzlagers 128 und mit der rechten Fläche 135 der Laufbuchse 127 ausgerichtet und nehmen die axiale Belastung auf.

Um die Abnutzung und den Verschleiß der anliegenden Flächen des Lagers und der Backen 133, die die axiale Belastung tragen, zu verhindern, befindet sich ein fester Film eines Gleitmittels zwischen den anliegenden Flächen. Der Gleitmittelfilm 136 besteht aus einem dünnen Film oder einer dünnen Scheibe aus fieberglasverstärktem Teflon. Vorzugsweise bildet er einen Teil des Lagers 126 und deckt einen wesentlichen Teil der rechtsseitigen Oberfläche der Laufbuchse 127 und des äußeren Laufrings 134 ab. Wie zuvor erwähnt, ist in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die äußere Fläche 131 der Laufbuchse 127 rechteckig,und die äußere Form des Filmes 136 ist ebenfalls rechteckig. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Kante 137 des Filmes 136 so gebogen, daß sie sich zwischen der äußeren Fläche 131 der Laufbuchse und den Backen 132 axial erstreckt. In der Mitte des Filmes 136 befindet sich eine kreisförmige öffnung 138, die sich bis zum äußeren Umfang der Kugeln des Kugellagers 128 sowie über den äußeren Laufring des Kugellagers 128 erstreckt. Durch geeignete Klebstoffe wird der Film 136 an dem Lager oder an der ölabdichtenden Scheibe befestigt. Die rechte Oberfläche der Laufbuchse 127 und der äußere Laufring 134 sind

- 14 -

BOEHMERT & BGEHMERT

ή£ 3008343

vorzugsweise großzügig dimensioniert, so daß die tragende Fläche für die axiale Belastung vergrößert wird. Insbesondere hat der Film 136 den Vorteil, daß er kompressibel ist, und so die axiale Belastung über die gesamte Endfläche der Laufbuchse und des äußeren Laufringes verteilt.

Während des Betriebes des Turboladers wird das flüssige Schmiermittel aus den im Lagergehäuse 120 und im Lager 126 ausgeformten Kanälen um den Film 136 strömen. Aufgrund der axialen Druckbelastung des Rotors 125 wird der Film 136 zwischen das Lager und die Backen 133 gepreßt, wobei der Rotor sich radial bewegt. Aber der feste Schmiermittelfilm 136 und das flüssige Schmiermittel zwischen dem Lager 127 und den Backen 132 und 133 verhindert die Abnutzung und den Verschleiß der anliegenden Metallflächen.

Zwar sind auch Turbolader bekannter Art mit dünnen Filmen, die ähnlich dem Film 136 sind, ausgestattet, doch weist keiner von ihnen eine Lageranordnung und eine ölabdichtende Scheibe, wie sie hier offenbart sind, auf. Der Film 136 erstreckt sich zwischen den Berührungsflächen der Laufbuchse 127 und des äußeren Laufringes 134 und verteilt aufgrund seiner Kompressibilität die axiale Belastung gleichmäßig und vergrößert die Fläche, die die axiale Belastung aufnimmt. Weiterhin erstrecken sich die Kantenabschnitte 137 des Films 136 zwischen der Fläche 131 der Laufbuchse 127 und den Backen 132 und verhindern den Verschleiß dieser Flächen.

Aus dem Vorangegangenen wird deutlich, daß das offenbarte Lager eine Verbesserung darstellt. Die axiale Belastung,

- 15 -

D30037/08 7 8

BOEHMERT & 3CEhMERT

3Ü08948

die bei Turboladern bekannter Art Quelle des größten Lagerreibungsverlustes ist, wird durch ein Wälzlager aufgenommen, daß auch die radiale Belastung am Kompressorende der Welle aufnimmt. Das Wälzlager 128 ist von der heißen Turbine entfernt, wodurch Schmiermittelprobleme vermieden werden. Weiterhin wird ein ununterbrochener Schmiermittelstrahl auf das Kugellager gesprüht, um es zu kühlen und zu schmieren. Da das Wälzlager relativ kühl gehalten wird, kann ein Wälzlager aus Material von geringerem Wert und mit geringer Hitzebeständigkeit verwendet werden, welches trotzdem eine lange Lebensdauer aufweist. Auch verhindert die axiale Belastung ein Rutschen der Kugeln bei geringer radialer Belastung. Um Abnutzungs- und Verschleißerscheinungen von Metallteilen aufgrund von Schwingbewegungen und axialen Belastungen zu verhindern, ist ein fester Schmiermittelfilm zwischen Metallteilen angebracht. Die Verwendung eines geteilten Laufringes 82 des Kugellagers 52 ermöglicht es, das Kugellager so auszulegen, daß es relativ große axiale Belastungen in beide Richtungen aufnehmen kann. Entsprechend den geringen Leistungsverlusten im Kugellager ist der Wirkungsgrad des Turboladers groß, und er ist in der Lage, schnell auf vergrößerte Luftströme zu reagieren. Das Lager kann Teil der ursprünglichen Ausrüstung eines Turboladers sein oder es kann ein konventionelles Lager eines Turboladers ersetzen. Dadurch, daß ein hydrodynamisches Gleitlager und ein Kugellager integrale Teile einer Einheit sind, ist es möglich, eine gute Lagerjustierung und ein angemessenes Spiel zu erreichen, was für ein bei hoher Temperatur mit hohen Drehzahlen betriebenes Lager notwendig ist.

- 16 -

D30 Π 37/0878

BOEHMERT & BOEHMERl

20 300894:

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

- 17 -

030037/0878

BOEHMERT & BOEHMSRT

Akbe: C

3Q0894S

BEZUGoZSICHENLI3TE
(LIST OF RSFSRETiCE NUMERALS)

1	Gehäuse	1
P	Kompressorgehäuse	2
3	Turbinengehäuse	3
4	Lagergehäuse	4
5	ölabdichtende Scheibe
6		6
7		7
8		8
9	Kompressorrad	9
10		10
11		11
12	Turbinenrad	12
13		13
14		14
15		15
16	Turbinenrotor	16
17	Drehwelle	17
18		18
19		19
20	'Schraubenmutter	20
21		21
22	22
2?	23
24	24
25	25
	26
27	27
28	28
29	29
30	30

030037/0878

BOEHMERT & BOEHMERT

U 3Ü0894S

51 rohrförmiges Teil 3I

32	radiale Verstrebung	52
55	äußere Wand (von 13)	55
34		54
35		35
56		36
57	Bohrung	57
53	Lager	58
59	Schmiermittelkanal; a, b, c: Verzweigungen	59
40	Schmiermittelauslaßöffnung	40
41	Schmiermitteleinlaßöffnung	41
42	untere Kammer	42
45		45
44		44
45		45
46		46
47		47
48		48
49		49
50		50
51	Dichtmanschettenlager	51
52	Wälzlager	52
55	äußere Fläche (von 51)	55
54	hydrodynamisches Lagerteil	54
55		55
56	Aussparung (von 51)	56
57	Freiraum	57
58	seitliche Löcher	58
59	Kerbuna (in 51)	59
60		60
61	axiale Kerbung (in 54)	61
62		62
65		65
64		64
65		65

— 2 —

Ö30037/0878

BOEHMERT & BGEHMERT

30Q8943

_D5 radiale Löcher (51)	66
57 ringförmige Kerbung (in 51	67
58 Loch (in 13)	68
69	69
70	70
7I Lagerträgerteil	71
72 Öffnung (in 71)	72
73 äußere Wand (von 71)	75
74. Backe	74
75	75
76	76
77	77
78	78
79	79
80	80
81 Laufring (außen)	81
82 Laufring (innen)	82
85 Kugeln	85
84· Bodenwand	84-
85	85
86 axiale Backe	86
87 ringförmige Hülse	87
88 Schulter	88
89 Flansch	89
90	90
91 Laufbuchse	91
92	92
95 Kerbuna (in 91)	95
94- Dichtrina	94
95	95
0,5 Spritzring	96
97	97
98	98
99	99
100	100

030037/0878

BOEHMERT & ßOZBIV'ERT

3008948

101	Kerbung	101
102	Durchführung	102
103	Einsatzstück	103
104	Loch (in 103)	104
105	Wand (von 33)	105
106	Loch (in 71)	106
107		107
108	Teilabschnitt (von 82)	108
109	Teilabschnitt (von 82)	109
110		110
111	innere Kante (von 108 und 109)	111
112	Kerbuna (in 81)	112
113	innere Fläche (von 13)	113
114		114
115		115
116		116
117		117
118		118
119		119
120	Lagergehäuse	120
121	Ölabdichtungsscheibe	121
122	Kompressorrad	122
123	Drehwelle	123
124	Laufbuchse	124
125		125
126	Lager	126
127	Laufbuchse	127
128	Kugellager	128
129	Bohrung	129
130		130
131	äußere Fläche	131
132	Backen	132
133	Backen	133
134	äußerer Laufring	134
135	rechte Fläche (von 127)	135
136	festes Gleitmittel	136
137	Kantenteil (von 136)	137

030 0 37/0878

Leerseite

Claims

BOEHMERT & BOEHM£Rr

C 858

7. März 1980

ANSPRÜCHE

Lager für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle, das eine im wesentlichen rohrförmige Laufbuchse und ein hydrodynamisches Lagerteil an einem Abschnitt der Laufbuchse an deren Innenseite zur Abstützung von an diesem Abschnitt auf tretenden Radialkräften aufweist, gekennzeichnet durch ein Wälzlager (52) , das benachbart zu einem anderen Abschnitt der Laufbuchse (51) angeordnet ist, und ein Lagerträgerteil (71), das zur Stützung des Wälzlagers (52) mit der Laufbuchse (51) verbunden ist, wobei das Wälzlager (52) Radialkräfte an dem anderen Abschnitt, sowie Axialkräfte aufnimmt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

in der Laufbuchse (51) Schmiermittelkanäle (101, 102) ausgebildet sind, die zum Lagerträgerteil (71) führen und das Wälzlager (52) mit Schmiermittel versorgen.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Schmiermittelkanälen (101, 102) Mittel (103, 104) befinden, die einen Schmiermittelstrahl erzeugen und in das Wälzlager (52) sprühen.

4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Laufbuchse und das hydrodynamische Lagerteil integral aus-

⁷²³ Ö3Ü037/0878

BOEHMERT & BOEHMERT

gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (51) Leitungen (58, 61) aufweist, durch die Schmiermittel zum hydrodynamischen Lagerteil (54) zu führen ist.

5. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerträgerteil (71) eine kreisförmige Öffnung (72) aufweist, in der das Wälzlager (52) angeordnet ist.

6. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daß in einem Lagergehäuse anzuordnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager Mittel (73, 74) aufweist, die zusammen mit dem Lagergehäuse (13) eine Drehung der Laufbuchse (51) verhindern.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (73, 74) zur Verhinderung einer Drehung der Laufbuchse (51) an der Außenseite unrund ausgebildet sind und mit dem Lagergehäuse (13) zusammenwirken, um eine Drehung der Laufbuchse (51) zu verhindern.

8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Wälzlager einen äußeren und einen inneren Laufring sowie eine Vielzahl von Kugeln zwischen den Laufringen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Laufringe (81, 82) geteilt ist.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring (82) geteilt ist.

10. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring (82) geteilt ist und zwei Abschnitte (108, 109) aufweist; und daß das Lager eine Hülse (87) aufweist,

Ö3-ÜiU7/0878

BOEHMERT & BOEHMERT

in der die beiden Abschnitte (108, 109) mit Preßsitz gehalten sind.

11. Lager nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (52) relativ hohe radiale Schultern aufweist und in der Lage ist, in jeder Richtung relativ große Axialkräfte aufzunehmen.

12. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (52) in der Lage ist in beiden Richtungen relativ große Axialkräfte aufzunehmen.

13. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein fester Schmiermittelfilm (186) zwischen dem Lager und dem Lagergehäuse (13) befindet.

14. Lager nach Anspruch 1, wobei die mit hoher Drehzahl umlaufende Welle die Rotorwelle eines Turboladers ist, der außerdem ein Lagergehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (13) und die Laufbuchse (51) Flächen (37, 53) aufweisen, zwischen denen ein hydrodynamischer Film gebildet wird, wobei die Welle (26) elastisch in der Laufbuchse (51) angeordnet ist und die Laufbuchse (51) elastisch in dem Lagergehäuse (13) angeordnet ist.