DE102011003702A1

DE102011003702A1 - Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, sowie ein Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102011003702A1
Application number: DE102011003702A
Authority: DE
Inventors: Klaus Daut
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-09
Also published as: US20130323048A1; WO2012107120A1; CN103328836A; CN103328836B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (1), insbesondere für eine Welle (2) eines Turboladers (3), umfassend zwei radiale Lager (5) und ein buchsenförmiges Trennelement (9) zur räumlichen Trennung der beiden Lager (5), wobei das Trennelement (9) eine Trennbuchse umfasst, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von umfangseitig angeordneten und durch Streben (17) voneinander getrennten Durchbrüchen (16) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, welche zwei radiale Lager und ein buchsenförmiges Trennelement zur räumlichen Trennung der beiden Lager umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung.
Verwendung findet eine derartige Baugruppe unter anderem im Motorenbau. Hier liegt beispielsweise die Turbinenwelle eines Abgasturboladers in einer entsprechenden Lagervorrichtung ein.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Lagervorrichtung ist in der europäischen Patentschrift EP 03 95 825 B1 offenbart. Darin wird ein als Abstandhalter bezeichnetes Trennelement beschrieben mit einem hohlzylinderförmigen Grundkörper, an dessen Außenmantelfläche vorspringende Führungseinrichtungen positioniert sind zum Führen des Abstandhalters innerhalb einer Lagerbohrung. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zudem eine zentrale Auslassöffnung vorgesehen, durch die ein Öl aus dem Inneren des Abstandhalters radial austritt. Das Ölaufnahmevermögen ist hierbei jedoch recht gering und die Herstellung eines solchen Abstandhalters ist aufgrund der üblichen Ausgestaltung als Drehteil verhältnismäßig kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und kostengünstiger herzustellende Lagervorrichtung anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Lagervorrichtung ist aufgebaut aus zumindest zwei radialen Lagern und einem buchsenförmigen Trennelement, welches die beiden Lager räumlich voneinander trennt. Vorgesehen ist eine derartige Lagervorrichtung insbesondere für eine Welle eines Turboladers, wobei als Lager typischerweise radiale Gleitlager zum Einsatz kommen. Das Trennelement dieser Baugruppe umfasst eine Trennbuchse, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von umfangsseitig angeordneten und durch Streben voneinander getrennten Durchbrüchen ausgebildet ist. Aufgrund der käfigartigen Struktur der Trennbuchse wird eine deutliche Materialreduzierung und infolge dessen auch eine Gewichtsreduzierung des Trennelements erreicht. Während die Materialreduzierung mit einer Verringerung der Herstellungskosten einhergeht, bewirkt die Gewichtsreduzierung beim Einsatz der Lagervorrichtung zum Beispiel in einem Fahrzeug nicht zuletzt einen geringeren Treibstoffverbrauch. Ist zudem eine Ölschmierung und insbesondere eine schwimmende Lagerung für die Vorrichtung vorgesehen, so wird durch die entsprechenden Durchbrüche die Effektivität der Schmierung verbessert, da die Durchbrüche je nach Betriebszustand entweder als Taschen zur Zwischenspeicherung von Öl dienen oder als vergrößerte Öffnungen in einem Schmierölströmungspfad wirken.
Vorzugsweise weist das Trennelement dabei einen größeren Innendurchmesser als die beiden Lager auf. Da für das Trennelement in Bezug auf die Welle keine lagernde Funktion vorgesehen ist, werden hierdurch sowohl Gewicht als auch Material weiter reduziert. Der damit geschaffene Raum zwischen dem Trennelement und der Welle wird zudem beispielsweise als weiterer Schmierölzwischenspeicher genutzt.
Weiter ist es von Vorteil, die Gestaltung der Durchbrüche an den jeweiligen Verwendungszweck für die Lagervorrichtung anzupassen. Daher sind die Durchbrüche zum Beispiel in Anlehnung an die üblicherweise gestreckte Form des Trennelements bevorzugt stabförmig ausgestaltet. In diesem Zusammenhang ist dabei für die Durchbrüche in Richtung der Mittellängsachse der Welle eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, größerer Ausdehnung vorgesehen, als senkrecht dazu.
In vorteilhafter Weiterbildung sind die gestreckten Durchbrüche und damit, bei umgekehrter Betrachtung, die Streben zudem im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse der Welle ausgerichtet. Auf diese Weise ist zum Beispiel eine erhöhte Belastbarkeit gegenüber auftretenden axialen Kräften realisiert.
Darüber hinaus übersteigt die Anzahl der ausgebildeten Durchbrüche beispielsweise den Wert 3 und vorzugsweise den Wert 5. Angestrebt wird dabei stets ein, für den jeweiligen Einzelfall, möglichst guter Kompromiss zwischen Gewichtsersparnis und Belastbarkeit, welcher eine lange Haltbarkeit der Lagervorrichtung gewährleistet.
Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entsprechend kommt als Trennbuchse ein Wälzlager- und insbesondere ein Nadellagerkäfig zum Einsatz. Derartige Lagerkäfige werden in sehr großen Stückzahlen produziert und liegen als handelsübliche Massenware auch mit geeigneten Abmessungen vor. Diesbezügliche Ausführungen sind dem zuständigen Fachmann wohl bekannt und beispielsweise in den Auslegeschriften DE 00 00 01 009 445 A , DE 00 00 01 022 431 A und DE 00 00 01 079 901 A detailliert beschrieben.
Gemäß einer Variante ist es vorgesehen, das Trennelement mehrteilig auszugestalten, wobei als Trennbuchse ein entsprechender Lagerkäfig verwendet wird. Die Trennbuchse kann dann beispielsweise durch einfache Ringkörper zu einem Trennelement ergänzt werden, sofern lediglich die axiale Ausdehnung der Trennbuchse für den Anwendungszweck ungeeignet ist. Bevorzugt wird jedoch eine einteilige Gestaltung des Trennelements, bei der allein die Trennbuchse und insbesondere ein Lagerkäfig als Trennelement fungiert. Insgesamt sind hierdurch die Vorteile geringere Herstellungskosten, einfachere Montage und günstigere Gebrauchseigenschaften gegeben. Dabei werden die geringeren Kosten insbesondere durch ein Gleichteilekonzept erreicht, d. h. durch die Verwendung des bereits für andere Zwecke vorrätigen Lagerkäfigs, dessen Herstellung aufgrund der Massenfertigung beispielsweise als Stanzteil zudem kostenoptimiert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die beiden Lager und das Trennelement mit Hilfe eines axialen Presssitzes in ihrer Position fixiert. Infolge dessen ist es beispielsweise möglich, für diese Bauteile umfangsseitig einen Freiraum vorzusehen, der durch ein Schmieröl ausgefüllt ist. Aufgrund der Durchbrüche im Trennelement kann dieses Öl dann als Leckage die beiden Wellen-Lager-Kontaktflächenpaare benetzen. Hierdurch wird dann eine so genannte schwimmende Lagerung realisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung einen Turbolader mit einer Lagervorrichtung gemäß Stand der Technik,
2 in einer Seitenansicht einen Wälzlagerkäfig gemäß Stand der Technik,
3 den Querschnitt III-III in 2 des Wälzlagerkäfigs gemäß Stand der Technik und
4 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung mitsamt einer gelagerten Turboladerwelle und
5 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung ohne die Turboladerwelle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel dient eine Lagervorrichtung 1 exemplarisch zur Führung einer Welle 2 eines Abgasturboladers 3. Ein solcher Abgasturbolader 3 ist in 1 mit einer Lagervorrichtung 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Darin nicht mit abgebildet ist die Welle 2, an welcher jeweils endseitig ein Turbinenrad 4 fixiert ist.
Als Führung für die Welle 2 wirken zwei radiale Gleitlager 5, welche in einer Aufnahme 6 im Gehäuse 7 des Abgasturboladers 3 positioniert sind. In ihrer Position fixiert sind die beiden Gleitlager 5 mit Hilfe eines axial wirkenden Presssitzes, der durch jeweils einen endseitigen Anschlag 8 einerseits und ein hohlzylinderförmiges Trennelement 9 andererseits gebildet ist. Das Trennelement 9 ist dabei typischerweise als Drehteil ausgestaltet und somit relativ kostenintensiv in seiner Herstellung. Sowohl für die Gleitlager 5 als auch für das Trennelement 9 sind zentral positionierte und radial verlaufende Öffnungen vorgesehen, die als Bestandteil eines Schmieröl-Strömungspfades wirksam sind.
Das entsprechende Schmieröl wird in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer Förderpumpe über ein Hydrauliknetzwerk unter Betriebsdruck in eine Vorkammer 11 eingeleitet und gelangt von dort über Zuführkanäle 12 zu den Öffnungen 10. Als Leckage bildet das so zugeführte Schmieröl zwischen den Kontaktflächenpaaren der beiden Gleitlager 5 und der Welle 2 einen Schmierfilm aus, der sich zum Trennelement 9 hin ausbreitet und schließlich über die Öffnungen 10 in selbigem in eine Abflusskammer 13 abfließt. Von dort gelangt das Schmieröl zurück ins Hydrauliknetzwerk.
Zur Verbesserung der bekannten Lagervorrichtung wird das als Trennelement 9 genutzte Bauteil substituiert. Ersetzt wird dieses im Ausführungsbeispiel durch einen Nadellagerkäfig 14, welcher entgegen seiner angedachten Funktion als Wälzkörperträger in der Lagervorrichtung als Trennelement 9 zur räumlichen Trennung zweier Gleitlager 5 wirkt. Aufgrund der käfigartigen Struktur weist der Nadellagerkäfig 14 einerseits ein geringes Gewicht auf und ist andererseits widerstandsfähig gegen auftretende mechanische Belastungen. Zudem bewirken die Durchbrüche, die Teil des Schmieröl-Strömungspfades sind, einen verbesserten Schmieröldurchsatz.
In 2 und 3 ist exemplarisch ein solcher Nadellagerkäfig 14 dargestellt. Dieser buchsenförmige Nadellagerkäfig 14 weist sechs parallel zu seiner Mittellängsachse 15 ausgerichtete Durchbrüche 16 auf, die durch näherungsweise stabförmige Streben 17 voneinander getrennt sind. Aufgrund geeigneter Abmessungen ersetzt der Nadellagerkäfig 14 das Trennelement 9 vollständig, so dass das erfindungsgemäße Trennelement 9 in diesem Ausführungsbeispiel keine weiteren Bauteile umfasst.
Die hiermit realisierte Lagervorrichtung 1 samt unmittelbarem Umfeld ist in 4 mit der Welle 2 und in 5 ohne die Welle 2 skizziert. Für diese erfindungsgemäße Lagervorrichtung ist, wie im Falle der Ausführung nach dem Stand der Technik aus 1, eine Ölschmierung vorgesehen, wobei beide Gleitlager 5 und der Nadellagerkäfig 14 in der im Betriebszustand vollständig mit Schmieröl gefluteten Aufnahme 6 mittig und mit radialem Spiel einliegen. Als Zuführung für das Schmieröl fungieren dabei auch hier die Zuführkanäle für das Schmieröl fungieren dabei auch hier die Zuführkanäle 12. Die Funktion der Öffnungen 10 im Trennelement 9 übernehmen allerdings beim Nadellagerkäfig 14 die Durchbrüche 16. Über diese tritt das zwischen die Kontaktflächenpaare von Welle 2 und Gleitlagern 5 eingepresste und zum Nadellagerkäfig 14 vorgedrungene Schmieröl wieder aus.
Bezugszeichenliste

1: Lagervorrichtung
2: Welle
3: Abgasturbolader
4: Turbinenrad
5: Gleitlager
6: Aufnahme
7: Gehäuse
8: Anschlag
9: Trennelement
10: Öffnung
11: Vorkammer
12: Zuführkanal
13: Abflusskammer
14: Nadellagerkäfig
15: Mittellängsachse
16: Durchbruch
17: Strebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0395825 B1 [0003]
DE 000001009445 A [0011]
DE 000001022431 A [0011]
DE 000001079901 A [0011]

Claims

Lagervorrichtung (1), insbesondere für eine Welle (2) eines Turboladers (3), umfassend zwei radiale Lager (5) und ein buchsenförmiges Trennelement (9) zur räumlichen Trennung der beiden Lager (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) eine Trennbuchse umfasst, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von umfangseitig angeordneten und durch Streben (17) voneinander getrennten Durchbrüchen (16) ausgebildet ist.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) einen größeren Innendurchmesser als die beiden Lager (5) aufweist.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (16) im Wesentlichen stabförmig gestaltet sind.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Durchbrüche (16) in Richtung der Mittellängsachse (15) der Welle (2) eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, größere Ausdehnung vorgesehen ist, als senkrecht dazu.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (16) im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse (15) ausgerichtet sind.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 3 Durchbrüche (16) vorgesehen sind.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennbuchse ein Wälzlager- und insbesondere ein Nadellagerkäfig (14) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) einteilig ausgestaltet ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lager (5) und das Trennelement (9) mit Hilfe eines axialen Presssitzes in ihrer Position fixiert sind.
Turbolader (3) umfassend eine Lagervorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.