DE102007036913A1

DE102007036913A1 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007036913A1
Application number: DE102007036913A
Authority: DE
Inventors: Mario Sievert; Bernhard Prof. Dr. Schweizer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2010-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine - mit einer Turbine; - mit einem Verdichter; - mit einer Welle, auf der der Turbinenrotor und der Verdichterrotor drehfest montiert sind; - mit einer Lagereinheit zum Lagern der Welle; - die Lagereinheit weist wenigstens eine Lagerbuchse auf, die die Welle umgibt. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Lagerbuchse ist in einem Lagergehäuse gelagert; - die Lagerbuchse ist mit Bohrungen versehen, die derart angeordnet sind, dass während des Betriebes des Turboladers eine Unwucht entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Abgasturbolader.
Abgasturbolader sind bei modernen Kraftfahrzeugen unverzichtbar. Sie umfassen als wichtigste Bauteile eine Turbine und einen Verdichter. Diese beiden Bauteile sitzen im Allgemeinen auf ein- und derselben Welle oder stehen zumindest in Triebverbindung miteinander. Der Turbine wird das Abgas einer Brennkraftmaschine zugeleitet. Das Abgas treibt die Turbine an. Die Turbine treibt ihrerseits den Verdichter an. Dieser saugt Luft aus der Umgebung an und verdichtet diese. Die verdichtete Luft wird sodann für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine ausgenutzt. Abgasturbolader haben den Zweck, die Abgasemissionen zu verringern sowie den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und deren Drehmoment zu erhöhen. Sie haben außerdem eine wichtige Funktion bezüglich der Wirkung des Katalysators.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der genannten Welle und deren Lagerung. Die Lagerung ist von entscheidender Bedeutung für den gesamten Abgasturbolader, insbesondere für dessen Lebensdauer sowie für dessen Geräuschentwicklung.
Es sind zahlreiche Arten von Lagerungen bekannt geworden. DE 39 36 069 C2 beschreibt die Lagerung eines Abgasturboladers mit einer Hülse oder mit Lagerbuchsen, die in einer Bohrung eines Lagergehäuses zur radialen Lagerung der Welle schwimmend und drehbar angeordnet sind. DE 40 02 583 C1 beschreibt eine ähnliche Lagerung.
US 44 27 309 A1 beschreibt eine Lagerung mit zwei Lagerbuchsen. Die Lagerbuchsen weisen zylindrische Lagerflächen auf, zwischen denen Taschen mit Zuführbohrung für Schmiermittel angeordnet ist.
DE 36 01 082 A1 beschreibt eine Lagerung mit zwei Lagerbuchsen, die durch axiale Stege miteinander verbunden sind. Hiermit soll ein Effekt beherrscht werden, der als „oil whip” bezeichnet wird. Dieser Effekt kann während des Betriebes in Drehzahlbereichen auftreten, die oberhalb der ersten oder der zweiten kritischen Drehzahl liegen. Er führt zu Schwingungen, die starke Geräusche erzeugen und zu Verschleiß führen.
DE 15 75 563 A1 beschreibt eine Lagerung, bei welcher die Lager-Innenfläche eine von der kreiszylindrischen Form abweichende Kontur aufweist. Der Herstellungsaufwand ist hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für einen Abgasturbolader derart zu gestalten, dass der Oil-Whip-Effekt minimiert wird, und damit auch die Geräuschentwicklung sowie der Verschleiß. Gleichzeitig sollen die Herstellungskosten minimiert werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Abgasturbolader gelöst, der die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
Die Lagerbuchse ist demgemäß in einem Lagergehäuse gelagert. Sie ist mit Bohrungen versehen, die derart angeordnet werden, dass eine definierte Unwucht entsteht. Durch diese definierte Unwucht der mitrotierenden Lagerbuchse oder Lagerbuchsen wird die Ausprägung der zweiten subharmonischen Schwingung gedämpft. Die Lagerbuchse kann auf der Welle frei drehbar gelagert sein. Sie kann aber auch drehfest mit der Welle verbunden sein.
Statt einer einzigen Lagerbuchse können auch zwei oder mehrere Lagerbuchsen vorgesehen werden.
Die genannten Bohrungen können an jeglicher Stelle in die betreffende Lagerbuchse eingebracht werden, beispielsweise von der Stirnseite her oder vom Außenumfang her. Die Bohrungen können parallel oder senkrecht zur Drehachse der Welle verlaufen, jedoch auch unter einem Winkel hierzu. Auch können Ölversorgungsbohrungen im Sinne der Erfindung ausgenutzt werden, indem man einige hiervon weglässt oder verkleinert oder an einem anderen Ort anordnet.
Die Erfindung zeichnet sich durch die Wahl von Bohrungen durch große Einfachheit und damit geringe Herstellungskosten aus. Das Maß der Unwucht lässt sich feinfühlig dosieren, beispielsweise durch Wahl des Bohrungsdurchmessers oder der Bohrungstiefe.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt einen Abgasturbolader in einem Axialschnitt.
2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine stirnseitige Ansicht auf die Welle und auf eine diese umgebende Lagerbuchse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ebenfalls in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die Lagerbuchse eines Abgasturboladers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Der in 1 gezeigte Abgasturbolader weist eine Turbine 1 und einen Verdichter 2 auf. Der Turbinenrotor 1.1 und der Verdichterrotor 2.1 sind auf einer Welle 3 aufgekeilt und somit drehfest miteinander verbunden.
Die Turbine umfasst ferner ein Gehäuse 1.2. Das Gehäuse umfasst einen spiralförmigen Einlauf und einen Auslassstutzen 1.3. Dem Rotor 1.1 ist ein Kranz von verstellbaren Leitschaufeln 4 vorgeschaltet. Die Leitschaufeln 4 befinden sich in einem Strömungskanal. Dieser ist begrenzt von einer Trägerplatte 5 und einer Trompete 6.
Während des Betriebs wird dem spiralförmigen Einlauf des Gehäuses 1.2 ein Abgas-Massestrom zugeführt. Dieser Abgasstrom tritt durch die Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln 4 hindurch und gelangt zum Rotor 1.1. Er verlässt das Gehäuse 1.2 durch den Auslassstutzen 1.3.
Der Verdichter 2 saugt durch einen Einlassstutzen Frischluft an. Diese gelangt unter erhöhtem Druck in einen Sammelraum 2.3, und von dort zu einem Verbrennungsmotor.
Wie die Lagerbuchse im Einzelnen ausgebildet sein kann, ersieht man genau aus den 2 und 3.
2 zeigt die Welle 3 eines Abgasturboladers in Draufsicht auf deren Stirnseite. Die Lagerbuchse 5 sitzt auf der Welle 3. Die Welle 3 und die Lagerbuchse 5 sind in diesem Falle nicht drehfest miteinander verbunden. Vielmehr sitzt die Lagerbuchse 5 mit Spiel auf der Welle 3, so dass sich die Lagerbuchse während des Betriebes frei drehen kann.
Das Entscheidende ist eine Bohrung 5.1 in der Lagerbuchse 5. Die Bohrung 5.1 ist in die Stirnfläche der Buchse 5 eingebracht. Sie kann sich über einen Teil der Länge der Buchse erstrecken, aber auch über deren gesamte Länge. Die Länge kann von Fall zu Fall, das heißt von Turboladertyp zu Turboladertyp, verschieden gewählt werden. Gleiches gilt für die lichte Weite der Bohrung.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 sieht man wieder die Welle 3 eines Abgasturboladers. Die dort gezeigte Buchse 5 ist mit drei Bohrungen versehen, nämlich mit den Bohrungen 5.2, 5.3, 5.4. Anders als bei der Ausführungsform gemäß 2 verlaufen die Bohrungen senkrecht zur Drehachse 3.1 der Welle 3.
Auch hierbei können die Bohrungen von Turboladertyp zu Turboladertyp bezüglich Länge und lichter Weite unterschiedlich gestaltet werden.
Die beiden Buchsen sind in einem Lagergehäuse drehbar gelagert, das hier nicht näher dargestellt ist.

1: Turbine
1.1: Turbinenrotor
1.2: Turbinengehäuse
1.3: Auslassstutzen
2: Verdichter
2.1: Verdichterrotor
2.2: Einlassstutzen
2.3: Sammelraum
3: Welle des Abgasturboladers
3.1: Drehachse der Welle
4: Leitschaufeln
5: Lagerbuchse
5.1: Axialbohrung in der Lagerbuchse
5.2: Radialbohrung in der Lagerbuchse
5.3: Radialbohrung in der Lagerbuchse
5.4: Radialbohrung in der Lagerbuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3936069 C2 [0004]
- DE 4002583 C1 [0004]
- US 4427309 A1 [0005]
- DE 3601082 A1 [0006]
- DE 1575563 A1 [0007]

Claims

Turbolader für eine Brennkraftmaschine 1.1 mit einer Turbine (1); 1.2 mit einem Verdichter (2); 1.3 mit einer Welle (3), auf der der Turbinenrotor (1.1) und der Verdichterrotor (2.1) drehfest montiert sind; 1.4 mit einer Lagereinheit zum Lagern der Welle (3); 1.5 die Lagereinheit weist wenigstens eine Lagerbuchse (5) auf, die die Welle (3) umgibt; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.6 die Lagerbuchse (5) ist in einem Lagergehäuse gelagert; 1.7 die Lagerbuchse weist eine definierte Unwucht auf.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (5) mit Bohrungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) versehen ist, die derart angeordnet sind, dass während des Betriebes des Turboladers eine Unwucht entsteht.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (5) auf der Welle (3) frei drehbar ist.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (5) mit der Welle (3) drehfest verbunden ist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5.1) in der Lagerbuchse (5) zur Drehachse (3.1) der Welle (3) parallel verläuft.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5.2, 5.3, 5.4) in der Buchse (5) zur Drehachse (3.1) der Welle (3) senkrecht verläuft.