(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転ロータのための、特にターボ過給機軸の支承のための軸受支持部材（１０）であって、この軸受支持部材（１０）がケーシング（２）内に支承されており、かつ少なくとも１つの軸受（３）をケーシング（２）に半径方向で支持せしめており、ケーシング（２）と軸受支持部材（１０）との間に、オイル供給手段（３１）に連通して圧縮オイルダンパとして機能する環状隙間（２５）が形成されている形式のものにおいて、
ａ）  軸受支持部材（１０）が１部分から形成されており、
ｂ）  軸受支持部材（１０）が、ケーシング（２）に結合された外側フランジ（１１）と、カルダンリング（１２）と、単数又は複数の軸受（３）を収容する内側の軸受ブッシュ（１３）とから成り、
ｃ）  カルダンリング（１２）と外側フランジ（１１）との間、並びにカルダンリング（１２）と軸受ブッシュ（１３）との間に、それぞれ１つの周方向スリット（１４，１５）が形成されており、
ｄ）  カルダンリング（１２）が、それぞれの周方向スリット（１４，１５）を中断する内側及び外側のそれぞれ２つのウエブ（１６，１７）を介して軸受ブッシュ（１３）もしくは外側フランジ（１１）に結合されており、
ｅ）  前記環状隙間（２５）が軸受ブッシュ（１３）とケーシング（２）との間に形成されており、かつカルダンリング（１２）に対して軸方向にずれて位置しており、
ｆ）  外側フランジ（１１）並びにケーシング（２）に、それぞれ少なくとも１つのセンタリング面（２２，２３）が、互いに協働するように、かつ単数又は複数の軸受（３）に対して同軸的に配置されており、カルダンリング（１２）がウェブ（１６,１７）の領域内で半径方向で厚肉に形成されていることを特徴とする高速回転ロータのための軸受支持部材。
【請求項２】
内側のウエブ（１６）が互いに角１８０°ずれて配置されており、かつ、外側のウエブ（１７）が内側のウエブ（１６）に対してそれぞれ角９０°ずれて配置されている請求項１記載の軸受支持部材。
【請求項３】
軸受ブッシュ（１３）が、ウエブ（１６，１７）を介してカルダンリング（１２）もしくは外側フランジ（１１）に結合された第１のブッシュ部分（２６）と、このブッシュ部分（２６）に対して軸方向に延びる第２のブッシュ部分（２７）とから成り、かつ、前記環状隙間（２５）が第２のブッシュ部分（２７）とケーシング（２）との間に形成されている請求項１又は２記載の軸受支持部材。
【請求項４】
カルダンリング（１２）がその全周にわたり一定の厚さで形成されている請求項３記載の軸受支持部材。
【請求項５】
単数又は複数の軸受（３）が半径方向でカルダンリング（１２）の下方に配置されている請求項１から４までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
【請求項６】
単数又は複数の軸受（３）が半径方向で圧縮オイルダンパ（２５）の下方に配置されている請求項１から４までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
【請求項７】
前記環状隙間（２５）のためのオイル供給手段（３１）がケーシング（２）内に配置されており、かつ圧力オイル接続部（２８）と、接続孔（２９）と環状通路（３０）とから成っている請求項１から６までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
【請求項８】
前記環状隙間（２５）のためのオイル供給手段（３１）が、圧力オイル接続部（２８）と、接続孔（２９）と、環状通路（３０）とから成っており、圧力オイル接続部（２８）が外側フランジ（１１）に配置されており、接続孔（２９）と環状通路（３０）とがケーシング（２）内に配置されている請求項１から６までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
【請求項９】
外側フランジ（１１）が容易に解離可能にケーシング（２）に結合されている請求項１から８までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速回転ロータのラジアル及びスラスト軸受のための、特にターボ過給機軸の支承部のための軸受支持部材であって、少なくとも１つの軸受と軸受フランジとの間に配置されていて単数又は複数の軸受の半径方向の支持に役立てられる構成部分から成る形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばターボ過給機の軸のような高速回転ロータには大きな軸方向力及び半径方向力が作用するが、これらの力は適当に形成されかつ配置されたスラスト軸受もしくはラジアル軸受により受け止められる。さらに、故障のない運転のためには半径方向のロータ振動並びに偶発的なロータ傾斜位置が補償されなければならない。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第２６２８８２８号明細書によれば、特にターボ過給機の軸のための回転する機械部分の支承部が公知であり、この支承部ではターボ過給機の圧縮側での軸方向力が、タンデム排列された２つの玉軸受により受け止められる。この玉軸受の半径方向及び軸方向の支持はそれぞれダンパ薄板パケットにより行われる。このダンパ薄板パケットの配置により、軸受内での偶発的なロータ軸傾斜位置が吸収される。
【０００４】
しかし、この解決手段は、非直線的なばね特性曲線を有しており、その結果、規定されないばね・緩衝特性が生じる。それゆえ、規定された運転条件では軸受力が許容されないほど高くなる。その上、半径方向の軸運動時に不所望な摩耗が軸方向のダンパ薄板パケット内に生じる。上述の欠点は軸受排列の耐用寿命の減少をもたらす。
【０００５】
ヨーロッパ特許第０１４３９５０号明細書によれば、タンデム形ころがり軸受を備えた排ガスターボ過給機のための別の軸受装置が公知である。この解決手段によれば、軸受の周方向にわたり配置された複数の円筒状のばねロッドにより直線的なばね特性曲線が実現されている。さらに、この軸受装置は２つの分離された緩衝機構を備えており、これらの緩衝機構はそれぞれ半径方向振動の緩衝を行う。このことのために、第１の緩衝機構は適当な環状隙間を備えた圧縮オイルダンパとして形成されている。第２の緩衝機構はころがり軸受外レースの外側端面に当接した緩衝リングとこれに続いて設けられた皿ばねとを備えた摩擦緩衝装置がら成っている。
【０００６】
しかし、この解決手段では、軸受フランジの接触面及びころがり軸受の外レースの接触面のみならず、特に緩衝リングへの皿ばねの接触箇所が摩耗する。その理由は特にこの箇所では軸受支持部材へロータの軸方向荷重の伝達が行われるからである。このことにより、もはや半径方向の緩衝が十分に保証されなくなり、このことが軸受負荷を増大せしめ、最終的にはターボ過給機の故障を誘発する。その上、軸受装置は極めて精密に製作しなければならない多数の構成部分から成っている。それゆえ、一面においては比較的高い製作コストが、他面においては軸受装置の時間のかかる組立が必要となる。
【０００７】
以上の両方の解決手段の有する共通の欠点は、これらの解決手段により軸傾斜位置を補償することができないか、又はわずかな軸傾斜位置しか補償することができないことにある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記欠点を解決すべき本発明の課題とするところは、高速回転ロータのための軸受支持部材を改良し、これにより軸受装置の耐用寿命を高めると共に、その製作コスト並びに組立費用を減少せしめることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、請求項１の上位概念に記載の装置において、軸受支持部材が１部分から形成されており、軸受支持部材が、ケーシングに結合された外側フランジと、カルダンリングと、単数又は複数の軸受を収容する内側の軸受ブッシュとから成り、カルダンリングと外側フランジとの間、並びにカルダンリングと軸受ブッシュとの間に、それぞれ１つの周方向スリットが形成されており、カルダンリングが、それぞれの周方向スリットを中断する内側及び外側のそれぞれ２つのウエブを介して軸受ブッシュもしくは外側フランジに結合されており、圧縮オイルダンパの環状隙間が軸受ブッシュとケーシングとの間に形成されており、かつカルダンリングに対して軸方向にずれて位置しており、外側フランジ並びにケーシングに、それぞれ少なくとも１つのセンタリング面が、互いに協働するように、かつ単数又は複数の軸受に対して同軸的に配置されていることにより解決される。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の利点は特に軸受支持部材が１部分から形成されていることにより理由づけられる。このことにより、個々のエレメントの間に摩耗が生じるという不都合がなく、その結果、軸受支持部材が完全に摩耗から解放され、従って、軸受支持部材ひいてはカルダンリングが直線的なばね特性曲線、換言すれば正確に規定されたばね強度を有している。従って、発生する軸受力を予め規定することができ、これにより、要求に応じて軸受を設計することができる。このことにより、軸受装置の耐用寿命を高めることができる。軸受支持部材の１部分から成る構成にもとづき、製作コスト並びに組立時間が著しく軽減される。
【００１１】
ロータの運転時に、軸受に作用するすべての力が最終的には軸受支持部材を介してケーシングに伝達される。軸受支持部材の所要の半径方向の可撓性及び角度的な可撓性はカルダンリングにより得られる。このことのために重要なことは、軸受支持部材の種々のエレメント間の摩擦を生じることなしに、カルダンリングが軸方向荷重のもとで半径方向運動を行うことがてきることである。このことのために、外側フランジはケーシングに固定的に結合されていると共にセンタリング面により適当にセンタリングされるように配置されている。さらに、本発明にもとづき配置された圧縮オイルダンパを介して、摩耗のない緩衝が保証される。
【００１２】
内側のウエブが互いに角１８０°ずれて配置され、かつ外側のウエブが内側のウエブに対してそれぞれ角９０°ずれて配置されていると特に効果的である。このことにより、カルダンリングは半径方向の極めて良好な可撓性とわずかなこわさとを有している。これにより、カルダンリングは適当な負荷時にその弾性を失うことなしに最大に半径方向で変形することができる。
【００１３】
さらに、軸受ブッシュが、ウエブを介してカルダンリングもしくは外側フランジに結合された第１のブッシュ部分と、このブッシュ部分に対して軸方向に延びる第２のブッシュ部分とから成り、かつ、環状隙間が第２のブッシュ部分とケーシングとの間に形成されていると効果的である。このことにより、その環状隙間が常に、振動する構成部分と静的な構成部分との間に配置されなければならないところの圧縮オイルダンパが比較的簡単に実現される。
【００１４】
カルダンリングはその全周にわたり一定の厚さを有することができる。このことにより、簡単な製作が保証されると共に良好の作用が得られる。これに対して、ウエブの領域内ではカルダンリングの厚さが増大して形成されることもできる。このようにすることにより、この領域内に発生する応力が最適となる。
【００１５】
本発明の第１構成では、軸受が半径方向で圧縮オイルダンパの下方に配置されており、かつ第２構成では直にカルダンリングの下方に配置されている。これら両方のバリエーションにより、種々の組立の可能性が与えられ、その場合、第１構成は特に、緩衝力がばね力に比して大きい場合に使用される。これに対して、力の配分が逆の場合には、第２構成が使用される。
【００１６】
圧縮オイルダンパの環状隙間のためのオイル供給手段は圧力オイル接続部と、接続孔とから成り、これら両方がケーシング内に配置されている。この解決手段は特に、十分な構造スペースを有する使用例のために適しており、その場合、有利には付加的な孔及びパッキンが不要である。半径方向のスペースが足りない場合、換言すればケーシングがアクセス不可能である場合、接続孔がケーシング内に、かつ圧力オイル接続部が外側フランジ内に配置される。
【００１７】
さらに、外側フランジは容易に解離可能にケーシングに結合されている。このことにより、単数又は複数の軸受の交換のために要する作業時間が著しく軽減される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次ぎに、排ガスターボ過給機のタンデム排列で構成されたスラスト／ラジアル軸受のための圧縮機側の軸受支持部材について本発明の２つの実施例を図面に即して説明する。
【００１９】
本発明の理解にとって重要なエレメントだけが図示されている。装置のうち、例えば排ガスターボ過給機の圧縮機側及びタービン側は図示されていない。
【００２０】
本排ガスターボ過給機は主として、圧縮羽根車とタービン羽根車と共通の１つの軸とを備えたロータと、圧縮機ケーシングと、タービンケーシングと、それぞれ１つの圧縮機側もしくはタービン側の軸受ケーシングとして形成されたケーシング２とから成る。軸１の支承手段は圧縮機側でタンデム排列の玉軸受として形成された２つのスラスト／ラジアル軸受３を備えており、これらの玉軸受はそれぞれ１つの外レース４、１つのケージ５、１つの内レース６及び多数の球７から成っている。
【００２１】
軸１への両方の玉軸受３の固定は、これらの玉軸受を軸の肩９に圧着せしめるナット８により行われている。軸受ケーシング２と玉軸受３との間には１部分から成る軸受支持部材１０が配置されている。この軸受支持部材１０は、軸受ケーシング２に結合された外側フランジ１１と、カルダンリング１２と、玉軸受３を収容する内側の軸受ブッシュ１３とから成る。カルダンリング１２と外側フランジ１１との間、並びにカルダンリング１２と軸受ブッシュ１３との間には、それぞれ１つの周方向スリット１４，１５が形成されている（図１）。カルダンリング１２は、それぞれの周方向スリットを中断している２つの内側のウエブ１６と２つの外側のウエブ１７とを介して軸受ブッシュ１３もしくは外側フランジ１１に結合されている。その場合、カルダンリング１２の両方の内側のウエブ１６は互いに角１８０°ずれて配置されており、かつ、外側のウエブ１７は内側のウエブ１６に対してそれぞれ角９０°ずれて配置されている。
【００２２】
カルダンリング１２はその周囲にわたり一定の厚さを有しており、かつ、周方向スリット１４，１５は一定のスリット幅を有している（図２）。これに対して、カルダンリング１２の厚さはウエブ１６，１７の領域内で増大しており、周方向スリット１４，１５のスリット幅はこの領域内で減少して形成されている（図３）。周方向スリット１４，１５の構成は製作の都合上（１点鎖線で示すように）一定でもよく、又はウエブ１６，１７の領域内で増大されてもよい（図示せず）。
【００２３】
軸受ケーシング２にも、軸受支持部材１０の外側フランジ１１にも、組立状態で互いに協働するねじ孔１８もしくは固定用孔１９が形成されている。軸受支持部材１０はこれらの孔１８，１９内に案内された複数のねじ２０を介して外側フランジ１１の範囲内で軸受ケーシング２に固定されており、かつ円筒状のはめあい部２１を介してセンタリングされている。このことのために、はめあい部２１は外側フランジ１１と軸受ケーシング２とに形成されたそれぞれ１つのセンタリング面２２，２３を備えている。これら両方のセンタリング面２２，２３は玉軸受３の外面２４に対して同軸的に配置されている（図１）。
【００２４】
軸受ブッシュ１３と軸受ケーシング２との間にはカルダンリング１２に対して軸方向にずらされて、環状隙間として形成された圧縮オイルダンパ２５が配置されている。そのことのために、軸受ブッシュ１３は、ウエブ１６，１７を介してカルダンリング１２もしくは外側フランジ１１に結合された第１のブッシュ部分２６と、軸方向に延びる第２のブッシュ部分２７とから成り、その場合、第２のブッシュ部分２７と軸受ケーシング２との間に環状隙間２５が形成される。軸受ケーシング２内には、圧力オイル接続部２８と、接続孔２９と、環状通路３０とから成るオイル供給手段３１が配置されており、その場合、環状通路３０は軸方向で環状隙間２５の外側の領域内に形成されている。環状隙間２５は環状通路３０に連通しており、かつ両側でピストンリング３２により外部に対してシールされている。
【００２５】
環状隙間２５のディメンジョン、換言すればその幅及び高さは軸受支持部材１０のために必要な緩衝特性に応じて選択される。勿論、圧力オイル接続部２８は軸受支持部材１０の外側フランジ１１内に配置されてもよい。外部に対する環状隙間２５のシールはただ１つのピストンリング３２により行われることもできる。勿論、選択的にＯ−リングの使用も適している。
【００２６】
具体的な運転条件に対応して、使用される軸受３の種類及び又は数が決定される。例えば、１つだけ又は３つの軸受３を使用することも可能であり、その場合、この軸受は簡単な玉軸受又はころがり軸受として形成され、さらにまた滑り軸受としても形成されることができる。さらに、この種の軸受支持部材１０は軸１の図示されていないタービン側の軸受でも使用されることができる。
【００２７】
本発明の第１実施例では、玉軸受３が半径方向で圧縮オイルダンパ２５の下方に配置されている。そのことのために、第２のブッシュ部分２７は半径方向で軸受ケーシング２と玉軸受３との間に形成されている。第２のブッシュ部分２７は第１のブッシュ部分２６に比して大きな内径を有しており、かつタービン側の端部領域内に内ねじ山３３を備えている。第１のブッシュ部分２６は軸方向の肩３４を備えており、この肩に、第２のブッシュ部分２７の内ねじ山３３にねじはめられたナット３５により玉軸受３が圧着される。その場合、軸受支持部材１０と玉軸受３との間に形状接続（形状による拘束）が生じ、これにより、両方の部分の相対運動が不能である。
【００２８】
それゆえ、排ガスターボ過給機の運転時に、発生した軸方向力３６は形状接続的に軸の肩９から玉軸受３へ、かつさらに玉軸受３から肩３４を介して軸受ブッシュ１３へ伝達される。軸受支持部材１０が１部分から成るという構成にもとづき、軸方向力３６は完全に摩耗なしにカルダンリング１２とウエブ１６，１７と外側フランジ１１とを介して軸受ケーシング２へ伝達される。その際、カルダンリング１２は軸方向で可能な限り剛性であり、換言すれば十分な長さで形成されており、その結果、このカルダンリング１２は運転時に生じる排ガスターボ過給機の軸方向力３６を、著しい変形をこうむることなしに受け止めることができる。基本的に言えることは、外側フランジ１１、カルダンリング１２及び軸受ブッシュ１３の第１のブッシュ部分２６のそれぞれの長さ３７が増大するにつれて、軸受支持部材１０の軸方向の強度が増大し、その結果、一層大きな力を受け止めることができる。軸１に発生した半径方向力３８並びに軸１の傾斜位置は軸方向力３６と同様形式で受け止められる。
【００２９】
その際、それぞれ角９０°ずれた４つのウエブ１６，１７が、カルダンリング１２の十分な半径方向のたわみを可能ならしめる。傾斜位置に関連して、カルダンリング１２は可能なかぎり柔軟に、換言すれば薄く形成されている。このことにより、カルダンリング１２は軸１の種々の角度位置を弾性的なねじれ及びたわみにより補償することができる。さらに、カルダンリング１２は正確に規定された直線的な半径方向のばね強度を有しており、その結果、支承部の所望のばね・ダンパ特性が得られる。ウエブ１６，１７の領域内で厚肉に形成されたカルダンリング１２を使用すれば、この領域内に発生する応力を、一定厚のカルダンリング１２を使用した場合に比して一層良好に軽減することができる。
【００３０】
圧縮オイルダンパ２５へのオイルの供給は、例えば排ガスターボ過給機に結合された内燃機関から、図示されていないオイルポンプと、圧力オイル接続部２８と、接続孔２９と環状通路３０とを介して行うことができる。この環状通路３０内ではオイルが均一に周囲に分配され、その結果、環状隙間２５に圧力オイルが十分に供給される。環状隙間２５が両側でピストンリング３２によりシールされていれば、緩衝のために必要なオイル消費量が比較的少なくてすむ。しかし、その場合には冷却効果が比較的低くなる。これに対して、環状隙間２５が片側だけでシールされた場合には、１０倍までの多量のオイル消費量が必要であるが、しかし、冷却効果は改善される。圧縮オイルダンパ２５及び玉軸受３には、別個にオイルが供給される。勿論、圧縮オイルダンパ２５へのオイル供給は従来通り玉軸受３の固有の潤滑又は外部からの潤滑と組み合わせて行うこともできる。
【００３１】
本発明の第２実施例では、玉軸受３が直にカルダンリング１２の下方に配置されるように、第１実施例に対比して玉軸受３が軸方向にずれて位置している。これにより、対応する条件に合った組立の可能性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガスターボ過給機の本発明の第１実施例にもとづく軸受支持部材の部分縦断面図である。
【図２】図１に示す軸受支持部材の縮小端面図である。
【図３】図２の軸受支持部材のバリエーションを縮小して示す端面図である。
【図４】本発明の第２実施例にもとづく軸受支持部材の部分縦断面図である。
【符号の説明】
１  軸、  ２  ケーシング（軸受ケーシング）、  ３  軸受（スラスト／ラジアル軸受，玉軸受）、  ４  外レース、  ５  ケージ、  ６  内レース、  ７  球、  ８  ナット、  ９  軸の肩、  １０  軸受支持部材、  １１  外側フランジ、  １２  カルダンリング、  １３  軸受ブッシュ、  １４，１５  周方向スリツト、  １６  内側のウエブ、  １７  外側のウエブ、  １８  孔（ねじ孔）、  １９  孔（固定用孔）、  ２０  ねじ、  ２１  はめあい部、  ２２，２３センタリング面、  ２４  外面、  ２５  圧縮オイルダンパ（環状隙間）、  ２６  第１のブッシュ部分、  ２７  第２のブッシュ部分、  ２８  圧縮オイル接続部、  ２９  接続孔、  ３０  環状通路、  ３１  オイル供給手段、  ３２ピストンリング、  ３３  内ねじ山、  ３４  肩、  ３５  ナット、  ３６  軸方向力、  ３７  長さ、  ３８  半径方向力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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