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DE102014201081A1 - Abgasturbolader - Google Patents

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DE102014201081A1
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Georg Risch
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, in dem eine Turboladerwelle über mindestens ein Kugellager gelagert ist, wobei das Kugellager einen Lageraußenring aufweist. Um einen derartigen Abgasturbolader bezüglich seines akustischen Verhaltens zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lageraußenring frei drehbar in dem Lagergehäuse gehalten und an seinem einen axialen Ende über ein Axiallager abgestützt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, in dem eine Turboladerwelle über mindestens ein Kugellager gelagert ist, wobei das Kugellager einen Lageraußenring aufweist.
  • Bei herkömmlichen, nicht aufgeladenen Kolbenmotoren erzeugen die Kolben einen Unterdruck im Ansaugtrakt, durch welchen die unter Atmosphärendruck stehende Luft eingesogen wird. Mit wachsender Drehzahl des Motors reicht dieser Unterdruck aber nicht mehr aus, um die maximal mögliche Menge an Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum zu befördern und begrenzt damit die erreichbare Leistung des Motors. Um dem entgegenzuwirken, kann man die Zylinder mit Überdruck befüllen. Dazu dient die Aufladung der Zylinder mittels eines Abgasturboladers.
  • Ein Abgasturbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, wobei der Abgasstrom ein Turbinenrad der Turbine auf der Abgasseite in Rotation versetzt, dessen Drehmoment dann über eine Welle auf ein Verdichterrad des Verdichters im Ansaugtrakt übertragen wird. So lange genügend Abgas zu Verfügung steht, entsteht auf der Ansaugseite ein Überdruck. Infolge dieses Überdrucks wird der Luftdurchsatz erhöht oder die Ansaugarbeit des Kolbens vermindert, so dass in der größeren Menge Sauerstoff im Zylinder mehr Kraftstoff verbrannt werden kann. Dies führt zu einer Steigerung des Motordrucks und des Drehmoments und erhöht die Leistungsabgabe.
  • Die Turbine und der Verdichter arbeiten mit Flügel- bzw. Schaufelrädern, um Strömungsenergie in eine Drehbewegung umzusetzen und umgekehrt. Moderne Turbolader können Drehzahlen bis zu 290.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Für so hohe Drehzahlen muss die Turboladerwelle in einem hydrodynamischen Gleitlager gelagert werden. Anstelle der Gleitlagerung können auch Kugellager eingesetzt werden. Kugelgelagerte Turbolader haben eine geringere Gleitreibfläche, was sie schneller ansprechen lässt. Das beschleunigt den Drehzahlanstieg des Laders und lässt den Ladedruck früher einsetzen.
  • Beispielsweise können bei kugelgelagerten Turboladern Kugellager verwendet werden, bei denen das Kugellager aus akustischen Gründen auf einem Öl⎕Im schwimmt, um eine Bewegung und/oder eine Unwucht vom Lagergehäuse fern zu halten. Dabei darf sich der Lageraußenring jedoch nicht mitdrehen, da dies zu einem Verschleiß am Lagergehäuse führen würde. Um dieses Mitdrehen zu verhindern, ist eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese Verdrehsicherung stellt eine feste Verbindung zwischen dem Lageraußenring und dem Lagergehäuse dar, so dass Geräusche, die beispielsweise durch eine Unwucht der Turboladerwelle hervorgerufen werden, direkt an das Lagergehäuse weitergeleitet und dann von diesem und allen daran befestigten Teilen abgestrahlt werden. Dies führt zu einem nicht optimalen akustischen Verhalten.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, in dem eine Turboladerwelle über mindestens ein Kugellager gelagert ist, wobei das Kugellager einen Lageraußenring aufweist, bezüglich seines akustischen Verhaltens zu optimieren.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, in dem eine Turboladerwelle über mindestens ein Kugellager gelagert ist, wobei das Kugellager einen Lageraußenring aufweist, dadurch gelöst, dass der Lageraußenring frei drehbar in dem Lagergehäuse gehalten und an seinem einen axialen Ende über ein Axiallager abgestützt ist.
  • Infolge dieser Ausgestaltung kann einerseits auf die Verdrehsicherung und damit die Kopplung zwischen dem Lageraußenring und dem Lagergehäuse verzichtet werden, so dass eine Optimierung des akustischen Verhaltens ermöglicht wird, andererseits wird durch die axiale Lagerung des Lageraußenrings ein Eingraben des Lageraußenrings in das Lagergehäuse verhindert. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein besseres Akustikverhalten des Abgasturboladers durch eine verbesserte Entkopplung der Turboladerwelle vom Lagergehäuse erreicht, ohne dass dies zu einem erhöhten Verschleiß am Lagergehäuse führen würde.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Axiallager eine Scheibe auf, welche mit dem Lagergehäuse verbunden ist.
  • Die bevorzugt als Kreisringscheibe ausgebildete Scheibe ist vorteilhafterweise über eine Schraubverbindung mit dem Lagergehäuse verbunden.
  • Weiterhin ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Lageraußenring mit einem radial abstehenden Flansch versehen.
  • Der Flansch greift vorteilhafterweise in eine im Lagergehäuse und/oder in der Scheibe vorgesehene Ausnehmung ein, die von der Scheibe abgedeckt ist.
  • Der Flansch ist somit zwischen dem Lagergehäuse und der Scheibe gehalten- Folglich kann sich der Lageraußenring und damit auch das gesamte Kugellager nur in geringem Maß in axialer Richtung bewegen.
  • Um ein Klemmen des Axiallagers, d. h. des Flansches zwischen dem Lagergehäuse und der Scheibe zu verhindern, ist in dem Lagergehäuse gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Schmier- und/oder Kühlmittelzulauf vorgesehen, der mit einer in dem Flansch angeordneten Bohrung in Verbindung steht, um das Axiallager mit Schmier- und/oder Kühlmittel zu versorgen.
  • Da infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Lageraußenring in beliebiger Drehstellung in das Lagergehäuse eingesetzt werden kann und somit seine Schmier- und/oder Kühlmittelablaufbohrung nicht mehr zwingend mit dem Schmier- und/oder Kühlmittelablauf fluchtet, sind in dem Lageraußenring gemäß einer bevorzugten Weiterbildung mehrere, radial ausgerichtete Schmier- und/oder Kühlmittelablaufbohrungen vorgesehen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Abgasturboladers 1. Dabei ist der Abgasturbolader 1 nur im hier interessierenden Bereich dargestellt.
  • Der Abgasturbolader 1 weist ein Lagergehäuse 2 auf, in dem eine Turboladerwelle 3 gelagert ist. Die Turboladerwelle 3 ist an ihrem einen Ende mit einem Turbinenrad einer Turbine und an ihrem anderen Ende mit einem Verdichterrad eines Verdichters verbunden und über mindestens ein Kugellager 4 in dem Lagergehäuse 2 gelagert.
  • Das Kugellager 4 weist mindestens einen Lagerinnenring 5 und einen Lageraußenring 6 auf, zwischen denen Wälzkörper 7 angeordnet sind. Der/die Lagerinnenring(e) 5 umschließt die Turboladerwelle 3, während der Lageraußenring 6 frei drehbar in dem Lagergehäuse 2 gehalten und an seinem einen axialen Ende über ein Axiallager 8 abgestützt ist.
  • Das Axiallager 8 wird gebildet von einem an dem einen Ende des Lageraußenrings 5 radial abstehenden Flansch 9, der in einer an einer Stirnseite des Lagergehäuses 2 angeordneten Ausnehmung 10 liegt, und einer flachen, als Kreisring ausgebildeten Scheibe 11, welche mit dem Lagergehäuse 2 verbunden ist, vorzugsweise über eine Schraubverbindung 12. Alternativ kann die Scheibe auch auf andere Weise fixiert werden, etwa durch Einklemmen zwischen Lagergehäuse und Verdichtergehäuse, einem Sicherungsring, etc. Anders als dargestellt, kann die Scheibe 11 auch jede andere beliebige Form aufweisen. Auch kann die Ausnehmung 10 ganz oder teilweise in der Scheibe 11 angeordnet sein.
  • Somit wird der Flansch 9 zwischen dem Boden der Ausnehmung 10 und der Scheibe 11 in axialer Richtung gehalten. Folglich kann sich der Lageraußenring 6 und damit auch das gesamte Kugellager 4 nur in geringem Maß in axialer Richtung bewegen.
  • Um das Axiallager 8 mit einem Schmier- und/oder Kühlmittel wie Öl o. dgl. zu versorgen, ist in dem Flansch 9 eine Bohrung 13 angeordnet, welche von einem in dem Lagergehäuse 2 vorgesehenen Schmier- und/oder Kühlmittelzulauf 14 mit Schmier- und/oder Kühlmittel versorgt werden kann.
  • Da infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Lageraußenring 6 in beliebiger Drehstellung in das Lagergehäuse 2 eingesetzt werden kann und somit seine Schmier- und/oder Kühlmittelablaufbohrung nicht mehr zwingend mit dem Schmier- und/oder Kühlmittelablauf fluchtet, sind in dem Lageraußenring 6 mehrere, radial ausgerichtete Schmier- und/oder Kühlmittelablaufbohrungen 15 vorgesehen.
  • Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann einerseits auf die beim Stand der Technik erforderliche Verdrehsicherung und damit die Kopplung zwischen dem Lageraußenring 6 und dem Lagergehäuse 2 verzichtet werden, so dass eine Optimierung des akustischen Verhaltens ermöglicht wird. Andererseits wird durch die axiale Lagerung des Lageraußenrings 6 ein Eingraben des Lageraußenrings 6 in das Lagergehäuse 2 verhindert. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein besseres Akustikverhalten des Abgasturboladers 1 durch eine verbesserte Entkopplung der Turboladerwelle 3 vom Lagergehäuse 2 erreicht, ohne dass dies zu einem erhöhten Verschleiß am Lagergehäuse 2 führen würde.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasturbolader
    2
    Lagergehäuse
    3
    Turboladerwelle
    4
    Kugellager
    5
    Lagerinnenring
    6
    Lageraußenring
    7
    Wälzkörper
    8
    Axiallager
    9
    Flansch
    10
    Ausnehmung
    11
    Scheibe
    12
    Schraubverbindung
    13
    Bohrung
    14
    Schmier- und/oder Kühlmittelzulauf
    15
    Schmier- und/oder Kühlmittelablauf

Claims (8)

  1. Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, in dem eine Turboladerwelle über mindestens ein Kugellager gelagert ist, wobei das Kugellager einen Lageraußenring aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) frei drehbar in dem Lagergehäuse (2) gehalten und an seinem einen axialen Ende über ein Axiallager (8) abgestützt ist.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (8) eine Scheibe (11) aufweist, welche mit dem Lagergehäuse (2) verbunden ist.
  3. Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (11) über eine Schraubverbindung (12) mit dem Lagergehäuse (2) verbunden ist.
  4. Abgasturbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (11) als Kreisringscheibe ausgebildet ist.
  5. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) mit einem radial abstehenden Flansch (9) versehen ist.
  6. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (9) in eine im Lagergehäuse (2) und/oder in der Scheibe (11) vorgesehene Ausnehmung (10) eingreift, die von der Scheibe (11) abgedeckt ist.
  7. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagergehäuse (2) ein Schmier- und/oder Kühlmittelzulauf (14) vorgesehen ist, der mit einer in dem Flansch (9) angeordneten Bohrung (13) in Verbindung steht, um das Axiallager (8) mit Schmier- und/oder Kühlmittel zu versorgen.
  8. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lageraußenring (6) mehrere, radial ausgerichtete Schmier- und/oder Kühlmittelablaufbohrungen (15) vorgesehen sind.
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