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DE3422046A1 - Verfahren zum schmieren und gegebenenfalls kuehlen der umlaufenden lager von axialgeblaesen sowie geblaese zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum schmieren und gegebenenfalls kuehlen der umlaufenden lager von axialgeblaesen sowie geblaese zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3422046A1
DE3422046A1 DE19843422046 DE3422046A DE3422046A1 DE 3422046 A1 DE3422046 A1 DE 3422046A1 DE 19843422046 DE19843422046 DE 19843422046 DE 3422046 A DE3422046 A DE 3422046A DE 3422046 A1 DE3422046 A1 DE 3422046A1
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JM Voith GmbH
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JM Voith GmbH
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Description

L 4070 J.M. Voith GmbH
Kennwort: "Schmierkreislauf" Heidenheim
Verfahren zum Schmieren und gegebenenfalls Kühlen
der umlaufenden Lager von Axialgebläsen sowie Gebläse
zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieren und gegebenenfalls Kühlen der umlaufenden Lager von verstellbaren Laufschaufeln in Laufrädern von Axialgebläsen, insbesondere Heißgasgebläsen, durch in das Laufrad eingeführtes Öl. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Axialgebläse, insbesondere Heißgasgebläse, zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer dl~ Lager verstellbarer Laufschaufeln aufnehmenden Laufradnabe sowie einer die Nabe tragenden, hohlgeoohrten Antriebswelle, durch die Öl in die Laufradnabe einführbar ist.
Ein solches Schmierverfahren und ein entsprechendes Axialgebläse sind durch die deutsche Auslegeschrift 24 37 932 bekannt. Dort wird in Zeitabständen Öl in das Innere des Laufrades in einer solchen Menge eingeführt, daß sich ein mit dem Laufrad rotierender zusammenhängender Ölring bildet, aus dem die einzelnen Holmlager mit Öl versorgt werden. Da das eingeführte Öl
aus der hydraulischen Verstelleinrichtung der Laufschaufeln entnommen wird, weist es nicht die zur Schmierung der Lager erforderlichen optimalen Eigenschaften auf. Außerdem ist nicht erkennbar, wann das Öl verbraucht ist und ersetzt werden muß. Auch unterliegt das Öl einer beschleunigten Alterung, wenn das Laufrad bei der Förderung heißer Gase einer erhöhten Erwärmung ausgesetzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die kontinuierliche Schmierung der umlaufenden Lager in Laufrädern von Axialgebläsen sichergestellt ist und insbesondere bei Heißgasgebläsen die Lager vor unzulässiger Erwärmung geschützt werden. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechend gestaltetes Axialgebläse zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Öl kontinuierlich aus dem Laufrad abgezogen, gegebenenfalls gekühlt und erneut in das Laufrad eingespeist wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß für die Schmierung der umlaufenden Lager ein von anderen ölhydraulischen Einrichtungen des Axialgebläses unabhängiger Ölkreislauf benutzt wird, der durch entsprechende Ölauswahl eine besonders wirkungsvolle Schmierung der umlaufenden Lager und bei Heißgasgebläsen eine leistungsfähige Wärmeabfuhr aus dem Laufrad ermöglicht. Außerdem sind der Zustand und die Menge des Öls auch während des Betriebs des Gebläses leicht zu überwachen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Axialgebläse mit einer in der Laufradnabe axial verschiebbaren Verstellscheibe, welche umfangsseitig eine Nut aufweist, in die Gleitsteine eingreifen, welche drehbar endseitig auf Schwenkhebeln der Laufschaufelholme sitzen, die mit radial aufeinanderfolgenden Lagern in der Laufradnabe gelagert sind,
ist darin zu sehen, daß das Öl in der Verstellscheibe ringförmig verteilt und an die Gleitsteine abgegeben wird, von denen es das radial innere Holmlager durchströmt, in dem ein Teil des Öls zurückgehalten wird, bevor es das radial äußere Holmlager erreicht, um dort abgezogen zu werden. Diese Weiterbildung des Verfahrens ist insofern vorteilhaft, als hierbei unter Ausnutzung der auf das Öl wirkenden Zentrifugalkräfte sämtliche mit den Laufschaufeln in Verbindung stehende Lager durchströmt werden.
Außerdem besteht die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bei einem Axialgebläse der gattungsgemäßen Art darin, daß in die Laufradnabe eine bei Betrieb des Gebläses wirksame Schöpfeinrichtung für das Öl eingreift, welche mit einem Ölsammelraum in Verbindung steht, an den eine Speisepumpe zur Abgabe von Öl in die Antriebswelle angeschlossen ist. Diese Lösung zeichnet sich durch geringen apparativen Aufwand zur Erzeugung des Ölkreislaufs auf. Dabei wird eine bewährte Einrichtung benutzt, um das mit der Laufradnabe umlaufende Öl aus dieser herauszuschöpfen.
Die im Anspruch 4 angegebene Maßnahme vermeidet einen Eingriff in die tragenden Bauteile der Laufradnabe, ermöglicht aber zugleich eine flüssigkeitsleitende Verbindung zum in der Nabe befindlichen Öl sowie eine raummäßig günstige Unterbringung ri/?r Schöpfeinrichtung.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Schöpfeinrichtung sind in den Ansprüchen 5 und 6 gekennzeichnet.
Die im Anspruch 7 angegebene Maßnahme beinhaltet eine einfach gestaltete Speisepumpe, welche beim Betrieb des Axialgebläses wirksam wird und Öl in ausreichendem Maße fördert, um den Ölkreislauf zur Schmierung der umlaufenden Lager sicherzustellen.
Die im Anspruch 8 gekennzeichnete Ausgestaltung findet vorteilhafterweise dann Anwendung, wenn größere Ölmengen umgewälzt werden müssen, um eine intensive Kühlung der Lager in Laufrädern von insbesondere Heißgasgebläsen zu erzielen.
Mit der im Anspruch 9 angegebenen Maßnahme wird eine Pumpe geschaffen, welche in ausreichendem Maß Öl aus dem Sammelraum fördert und die Laufradnabe abgibt, um dort der Lagerschmierung zu dienen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Axialgebläse im Schnitt mit einem Ö'lkreislauf zur Versorgung der Laufschaufellager und
Fig. 2 eine abweichend gestaltete Fördervorrichtung für das Öl, ebenfalls im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichnetes Axialgebläse dargestellt, dessen verstellbare Laufschaufeln 11 aufweisendes Laufrad 12 mit seiner Antriebswelle 13 im Gehäuse 14 des Laufradlagers gelagert ist. Das Laufrad 12 hat eine scheibenförmige hohle Nabe 16, an deren Umfang die sich radial erstreckenden Laufschaufeln 11 in gleichmäßiger Teilung angeordnet sind.
In die Nabe 16 sind zwei konzentrisch zur Achse 17 des Gebläses 10 verlaufende rohrförmige Wände 18 und 19 eingefügt. Die mit radialem Abstand zueinander angeordneten Wände 18 und 19 sind durchbohrt und von den sich in die Nabe 16 erstreckenden Holmen 20 der Laufschaufeln 11 durchdrungen. Die radial innere Nabenwand 18 trägt im Bereich jedes Laufschaufelholms 20 ein Lager 21, welches von einer fest auf dem Holm sitzenden Lagerschale 22 umgriffen ist. Jeder Holm 20 stützt sich gegen die radial
äußere Wand 19 der Laufradnabe 16 gleichfalls mit einem Lager 23 ab, und zwar unter Verwendung eines schalenförmigen Stützteils 24. Innerhalb jedes äußeren Holmlagers 23 ist die Wand 19 hülsenförmig gegen die Gebläseachse 17 eingezogen und mit einer Dichtung 25 gegen das Stützteil 24 abgedichtet.
Jeder Laufschaufelholm 20 weist am radial inneren Ende einen Schwenkhebel 26 auf, der endseitig einen drehbar gelagerten Gleitstein 27 trägt. Sämtliche Gleitsteine 27 der Schwenkhebel 26 greifen in eine umfangsseitige Nut 28 einer inmitten der Laufradnabe 16 angeordneten Verstellscheibe 29 ein. An der Verstellscheibe 29 ist gleichachsig zur Gebläseachse 17 ein Zylinder 3ü angebracht. In diesen greift ein bezüglich der Laufradnabe 16 feststehender Kolben 31 ein. Durch eine außen an der Laufradnabe 16 angebrachte Drehdurchfuhrung 32 kann der Zylinder 30 wahlweise zu beiden Seiten des Kolbens 31 mit Hydrauliköl beaufschlagt werden. Der aus dem Zylinder 3Ü und dem Kolben 31 bestehende Stellmotor 33 kann somit die Verstellscheibe 29 axial verschieben, so daß über die Gleitsteine 27, die Schwenkhebel 26 und die Laufschaufelholme 20 der auf die Gebläseachse 17 bezogene Anstellwinkel der Laufschaufeln 11 verändert werden kann.
An der Nabe 16 des Laufrades 12 ist die Antriebswelle 13 mif einem Flansch 34 befestigt. Die mit Wälzlagern 35, 36 im Lagergehäuse 14 drehbar gelagerte Antriebswelle 13 durchdringt das Gehäuse und steht mit einem nicht gezeichneten Motor in Verbindung, der das Laufrad 12 im Sinne des am rechten Wellenende eingetragenen Pfeiles in Rotation versetzt. Am laufradseitigen Ende der Antriebswelle 13 greift die mittels des Stellmotors 33 axial bewegbare Verstellscheibe 29 mit einem angeformten Zapfen 37 in die Antriebswelle ein.
Das Lagergehäuse 14 dient außerdem als Sammelraum 38 für Öl 39, welches zur Schmierung der mit dem Laufrad 12 umlaufenden Lager der Gleitsteine 27, der Holmlager 21 und 23 in der Laufradnabe 16 sowie der Wälzlager 35 und 36 der Antriebswelle 13 im Lagergehäuse 14 im Kreislauf geführt wird. Um das Öl 39 zu fördern, ist eine Speisepumpe 40 vorgesehen, welche aus einem Bund 41 der Antriebswelle 13 und einem diesen Bund umhüllenden feststehenden Gehäuse 42 besteht. Zwischen dem Umfang des Bundes 41 und dem Gehäuse 42 ist eine Ringspalt 43 geringer radialer Ausdehnung gebildet, der durch eine im Öl 39 liegende Ansaugöffnung 44 mit dem Ölsammelraum 38 in Verbindung steht. Beim Betrieb des Axialgebläses 10 fördert der Bund 41 der Antriebswelle 13 im Ringspalt 43 Öl, welches im der Ansaugöffnung 44 gegenüberliegenden Bereich des Bundes abgestreift und in einen Kanal 45 des Lagergehäuses 14 geleitet wird. Eine derartige Pumpe ist aus der US-PS 3 733 144 bekannt.
Der Kanal 45 mündet in eine Drehdurchführung 46 zwischen dem Lagergehäuse 14 und der Antriebswelle 13 ein. Von dort fließt das Öl 39 durch eine Längsbohrung 47 der Antriebswelle 13 zum Zapfen 37 der Verstellscheibe 29. Der Zapfen 37 weist gleichfalls eine Längsbohrung 48 auf, von der das Öl 39 an radial nach außen verlaufende Führungskanäle 49 abgegeben wird. Das Öl fließt in eine radial nach innen offene Rinne 50 der Verstellscheibe 29, in der es als Ring gleicher Dicke verteilt wird. Durch eine Vielzahl über den Umfang der Rinne 50 verteilter Bohrungen 51 wird das Öl 39 in die Nut 28 der Verstellscheibe 29 abgegeben, wo es die auf den Schwenkhebeln 26 der Laufschaufelholme 20 sitzenden Gleitsteine 27 schmiert. Von hier trifft das Öl 39 auf die radial innere Wand 18 der Laufradnabe 16 und tritt in die Lagerschalen 22 der Holmlager 21 ein. Das ständig nachfließende Öl 39 bewirkt ein Überlaufen der Lagerschalen 22, so daß sich im Bereich der radial äußeren Holmlager 23 ein Ölring bildet. Beim Betrieb des Axialgebläses 10 ist somit durch die Üoerflutung der Gleitsteine 27 sowie der Holmlager 21 und 23 deren ständige Schmierung sichergestellt.
An die dem Lagergehäuse 14 zugewandte Stirnseite 52 der Laufradnabe 16 ist ein schüsseiförmiges Bauteil 53 angefügt, welche eine rotationssymmetrische Kammer 54 bildet. Diese steht an ihrem radial äußeren Endbereich mit dem die äußeren Holmlager 23 aufnehmenden Inneren der Laufradnabe 16 durch Bohrungen 55 in Verbindung. Die Kammer 54 nimmt eine Schöpfeinrichtung 56 auf. Diese besteht aus einem am Lagergehäuse 14 befestigten Rohr 57, das sich innerhalb der Kammer 54 etwa radial nach außen erstreckt und an seinem entgegen der Drehrichtung des Laufrades 12 gerichteten Endabschnitt eine Eintrittsöffnung 58 für das Öl 39 aufweist. Mit seinem anderen Endabschnitt mündet das Rohr 57 in den Ölsammelraum 38 des Lagergehäuses 14. Durch die radiale Lage der Eintrittsöffnung 58 des Rohres 57 bestimmt die Schöpfeinrichtung 56 den Verlauf des Ölringspiegels in Höhe der Dichtungen 25 der radial äußeren Holmlager 23. Das beim Betrieb des Axialgebläses lü von der Schöpfeinrichtung 56 vom Ölring 59 aufgenommene Öl wird in den Ölsammelraum 38 gefördert. Dort schmiert es die Wälzlager 35 und 36 der Antriebswelle 13 des Laufrades 12. Die Laufradlagerung kann im übrigen auch aus Gleitlagern gebildet sein. Durch den kontinuierlichen Abzug des Öles 39 aus der Nabe 16 des Laufrades 12 in das Lagergehäuse 14 wird somit der Ölkreislauf geschlossen.
In Abwandlung des beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels kann r1c Schöpfeinrichtung auch eine in der Kammer 54 befindliche radial verlaufende Scheibe (nicht dargestellt) Verwendung finden, welche umfangsseitig Eintrittsöffnungen für das Öl aufweist. Von diesen gehen Kanäle aus, welche im Bereich des Scheibenzentrums in den Ölsammelraum 38 des Lagergehäuses 14 einmünden, an dem die Scheibe befestigt ist. Derartige Schöpfeinrichtungen sind in der DE-PS 1 046 423 beschrieben.
Anstelle der Speisepumpe 40 kann auch eine Ölfördervorrichtung 60 gemäß Fig. 2 Verwendung finden. Diese unterscheidet sich im wesentlichen vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Antriebswelle 13' eine Drehdurchführung 46' mit einem in das Öl 39' des Ölsammelraums eintauchenden Saugstutzen 61 zugeordnet ist. Von dort fließt das Öl 39· durch die Längsbohrungen 47', 48· der Antriebswelle 13' und des Zapfens 37' der Verstellscheibe 29' zu. Die Verstellscheibe 291 hat radial verlaufende Ölführungskanäle 41', welche in die Rinne 50' der Scheibe einmünden. Die Förderung des Öls 39' kommt dadurch zustande, daß der Auslaß der Ölführungskanäle 49· auf einem größeren Radius liegt als der in das Öl 39· eintauchende Einlaß des Saugstutzens 61.
Bei der Förderung heißer Gase erfährt das Laufrad 12 des Axialgebläses 10 eine hohe thermische Belastung. Es ist deshalb erforderlich, die Laufradnaoe 16, insbesondere aber die Holmlager 21 und 23 zu kühlen. Hierzu ist an das Lagergehäuse 14 des Gebläses 10 eine externe Speisepumpe 62 angeschlossen, welche Öl aus einem Vorratsbehälter 63 ansaugt, der aus dem Ölsammelraum 38 des Lagergehäuses 14 über ein Überlaufrohr 64 mit Öl 39 versorgt wird (Fig. 1). Die von einem Motor 65 angetriebene Speisepumpe 62 fördert das heiße Öl 39 durch ein im Zuge einer Leitung 66 sitzendes Filter 67 sowie einen Kühler 68. In diesem wird dem Öl die im Laufrad 12 aufgenommene Wärme entzogen. Das kalte Öl wird anschließend durch ein Druckbegrenzungsventil 69 und ein Rückschlagventil 70 der Drehdurchführung 46 des Lagergehäuses 14 zugeführt, um dort in die Antriebswelle 13 eingespeist und dem Laufrad 12 zugeführt zu werden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann auch Anwendung bei mehrstufigen Axialgebläsen finden. Bei diesen ist die Laufradnabe als trommeiförmiger Körper ausgeoildet, an dem mit axialem Abstand
die einzelnen Gebläsestufen mit ihren Laufschaufeln angeordnet sind. Anstelle der Verstellscheibe findet ein axial in der Nabe geführtes Rohr Verwendung, welches umfangsseitig im Bereich jeder Gebläsestufe eine Nut für die Gleitsteine der entsprechenden Laufschaufelholme hat. Eine sich innerhalb des Rohres erstreckende Verteilerleitung gibt in jede Nut das von einer Speisepumpe geförderte Öl zur Schmierung der Laufradlager ab. Eine Schöpfeinrichtung fördert das Öl aus der Laufradnabe in den ülsammelraum des Laufrad-Lagergehäuses, um den Kreislauf des Öles zu vervollständigen.
Heidenheim, 13.06.84
ül65k/HKa/Srö

Claims (9)

  1. L 4070 J.M. Voith GmbH
    Kennwort: "Schmierkreislauf" Heidenheim
    Patentansprüche
    Verfahren zum Schmieren und gegebenenfalls Kühlen der umlaufenden Lager von verstellbaren Laufschaufeln in Laufrädern von Axialgebläsen, insbesondere Heißgasgebläsen, durch in das Laufrad eingeführtes Öl, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl (39) kontinuierlich aus dem Laufrad (12) abgezogen, gegebenenfalls gekühlt und erneut in das Laufrad eingespeist wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 für Axialgebläse mit einer in der Laufradnabe axial verschiebbaren Verstellscheibe, welche umfangsseitig eine Nut aufweist, in die Gleitsteine eingreifen, welche drehbar endseitig auf Schwenkhebeln der Laufschaufelholme sitzen, die mit radial aufeinanderfolgenden Lagern in der Laufradnabe gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl (39) in der Verstellscheibe (29) ringförmig verteilt und an die Gleitsteine (27) abgegeben wird, von denen es das radial innere Holmlager (21) durchströmt, in dem ein Teil des Öls zurückgehalten wird, bevor es das radial äußere Holmlager (23) erreicht, um dort abgezogen zu werden.
  3. 3. Axialgebläse, insbesondere Heißgasgebläse, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer die Lager verstellbarer Laufschaufeln aufnehmenden Laufradnabe sowie einer die Nabe tragenden, hohlgebohrten Antriebswelle,
    durch die Öl in die Laufradnabe einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Laufradnabe (16) eine bei Betrieb des Gebläses (10) wirksame Schöpfeinrichtung (56) für das Öl (39) wenigstens mittelbar eingreift, welche mit einem Ölsammelraum (38) in Verbindung steht, an den eine Speisepumpe (40; 60; 62) zur Abgabe von Öl in die Antriebswelle (13, 13') angeschlossen ist.
  4. 4. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradnabe (16) an einer Stirnseite (52) mit einer rotationssymmetrischen Kammer (54) versehen ist, welche am radial äußeren Endbereich mit dem Inneren der Laufradnabe in Verbindung steht und die Schöpfeinrichtung (56) aufnimmt.
  5. 5. Axialgebläse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfeinrichtung (56) aus wenigstens einem vom Bereich des radial äußeren Laufschaufellagers (23) ausgehenden, dort eine Eintrittsöffnung (58) aufweisenden feststehenden Rohr (57) besteht, welches im Bereich der Antriebswelle (13) wenigstens mittelbar in das den Ölsammelraum (38) bildende Lagergehäuse (14) der Antriebswelle (13) mündet.
  6. 6. Axialgebläse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfeinrichtung als wenigstens annähernd radial verlaufende Scheibe ausgebildet ist, die umfangsseitig Eintrittsöffnungen aufweist, welche im Bereich des Scheibenzentrums wenigstens mittelbar in zum Ölsammelraum führende Kanäle übergehen.
  7. 7. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Speisepumpe (40) ein auf der Antriebswelle (13) sitzender, umfangsseitig Öl (39) aus dem Sammelraum (38) aufneh-
    mender Bund (41) in einem Gehäuse (42) dient, in welchem ein Kanal (45) das von einem Ölabstreifer vom Bund abgestreifte Öl zu einer in die Bohrung (47) der Antriebswelle mündende Drehdurchführung (46) leitet.
  8. 8. Axialgebläse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe Speisepumpe (62) vorgesehen ist, welche saugseitig mit dem Ölsammelraum (38, 63) und druckseitig gegebenenfalls über einen Kühler (68) mit der Drehdurchführung (46) der Antriebswelle (13) in Verbindung steht.
  9. 9. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 3 bis 8 mit einer mittelbar an den Laufschaufelholmen angreifenden, axial verstellbaren Scheibe mit einem hohlgebohrten Zapfen, der achsgleich in die Antriebswelle eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellscheibe (291) wenigstens einen radial verlaufenden Ölführungskanal (49·) hat, der gegen die Laufschaufelholme offen ist und durch den Zapfen (371) und die hohle Antriebswelle (131) mit einer Drehdurchführung (461) sowie einem dieser zugeordneten, in das Öl (391) des Sammelraumes eintauchenden Saugstutzen (61) in Verbindung steht, wobei der Auslaß des Ölführungskanals auf größerem Radius liegt als die Mündung des Saugstutzens.
    Heidenheim, 13.06.84
    0085k/HKa/Srö
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