WO2012079881A1

WO2012079881A1 - Bearing arrangement for a turbocharger, and turbocharger

Info

Publication number: WO2012079881A1
Application number: PCT/EP2011/070048
Authority: WO
Inventors: Heiko Schmidt; Peter Solfrank; Christopher Mitchell; André KUCKUK; Thomas Motz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: DE102010054939A1; US20130272854A1; CN103261716A

Abstract

The invention relates to a bearing arrangement (3, 63, 123, 183) for a turbocharger (1, 61, 121, 181), comprising a bearing housing (11, 71, 131, 191) which extends in an axial direction, an anti-friction bearing (13, 73, 133, 193) which is arranged within the bearing housing (11, 71, 131, 191) and has an outer bearing ring (15, 17, 75, 77, 135, 137, 195, 197) and a number of rolling bodies (21, 81, 101, 161), and an axially extending shaft (9, 69, 129, 189) which is mounted rotatably within the bearing housing (11, 71, 131, 191). It is provided here that the shaft (9, 69, 129, 189) comprises a rolling-body raceway (25, 27, 85, 87, 145, 147, 205, 207) for guiding the rolling bodies (21, 81, 101, 161). Furthermore, the invention relates to a turbocharger (1, 61, 121, 181), having a bearing arrangement (3, 63, 123, 183) of this type. A bearing arrangement (3, 63, 123, 183) of this type makes the secure mounting of a shaft (9, 69, 129, 189) in a turbocharger (1, 61, 121, 181) possible, with simple assembly and low costs.

Description

Bezeichnung der Erfindung Name of the invention

Lageranordnung für einen Turbolader und Turbolader Beschreibung Bearing arrangement for a turbocharger and turbocharger Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Turbolader, umfassend ein Lagergehäuse, ein innerhalb des Lagergehäuses angeordnetes Wälzlager mit einem äußeren Lagerring und einer Anzahl von Wälzkörpern, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses drehbar gelagerte, sich axial erstreckende Welle. The invention relates to a bearing arrangement for a turbocharger, comprising a bearing housing, a bearing arranged inside the bearing housing with an outer bearing ring and a number of rolling elements, and a rotatably mounted within the bearing housing, axially extending shaft.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Turbolader mit einer vorgenannten Lageranordnung. Furthermore, the invention relates to a turbocharger with an aforementioned bearing assembly.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Ein Turbolader dient üblicherweise der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Turbolader besteht hierzu aus einem Verdichter und einer Turbine, die über eine innerhalb eines Lagergehäuses gelagerte Welle miteinander verbunden sind. A turbocharger is usually used to increase the performance of internal combustion engines through the use of exhaust gas energy. The turbocharger consists of a compressor and a turbine, which are connected to each other via a shaft mounted within a bearing housing shaft.

Im Betrieb wird die Turbine durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt über die Welle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird in den Motor geleitet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine große Menge Luft in die Zylinder gelangt. Hier- durch steigt der zur Verbrennung von Kraftstoff benötigte Sauerstoffgehalt entsprechend an, so dass bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangt. Dies führt zu einer Steigerung des maximalen Drehmoments, wodurch die Leistungsabgabe, also die maximale Leistung bei konstantem Arbeitsvolumen, erhöht wird. Diese Steigerung erlaubt insbesondere den Einsatz eines leistungsstärkeren Motors mit annähernd gleichen Abmessungen oder ermöglicht alter- nativ eine Verringerung der Motorabmessungen, also das Erzielen einer vergleichbaren Leistung bei kleineren und leichteren Maschinen. In operation, the turbine is rotated by an exhaust gas flow and drives the compressor via the shaft, which sucks and compresses air. The compressed air is conducted into the engine, whereby a large amount of air enters the cylinders due to the increased pressure during the intake stroke. As a result, the oxygen content required for the combustion of fuel increases accordingly, so that more oxygen enters the combustion chamber of the engine at each intake stroke. This leads to an increase in the maximum torque, whereby the power output, ie the maximum power at a constant working volume, is increased. In particular, this increase allows the use of a more powerful motor with approximately the same dimensions or, alternatively, allows for a reduction in engine dimensions, ie, a comparable performance for smaller and lighter machines.

Da die Welle im Betrieb eines Turboladers mit hoher Drehgeschwindigkeit rotiert, ist deren sichere Lagerung notwendig, um einen störungsfreien Betrieb des Turboladers zu ermöglichen. Since the shaft rotates at high rotational speed during operation of a turbocharger, its safe storage is necessary to allow trouble-free operation of the turbocharger.

Aus der DE 689 08 244 T2 ist eine als Lagerhalterungsanordnung ausgebildete Lagereinheit für einen Turbolader der eingangs genannten Art bekannt. Innerhalb eines Lagergehäuses ist eine Welle angeordnet. Die Lagerung der Welle innerhalb des Lagergehäuses erfolgt über ein Paar von als Kugellagern ausgebildeten Wälzlagern. Die Kugellager bestehen hierbei jeweils aus einem äußeren Lagerring sowie aus einem inneren Lagerring, wobei die inneren Lagerringe fest an der Welle befestigt sind. Durch die vorgenannte Ausgestaltung lässt sich die sichere Lagerung einer Welle eines Turboladers auch bei erhöhten Drehzahlen der Welle erreichen. Allerdings stellen der Einsatz einer Mehrzahl an benötigten separaten Lagerkomponenten und der damit verbundene kostenintensive Montageaufwand keine dauerhafte Lösung für eine Lageranordnung bzw. einen Turbolader dar. From DE 689 08 244 T2 a designed as a bearing support assembly bearing unit for a turbocharger of the type mentioned is known. Within a bearing housing, a shaft is arranged. The bearing of the shaft within the bearing housing via a pair of ball bearings designed as rolling bearings. The ball bearings consist in each case of an outer bearing ring and an inner bearing ring, wherein the inner bearing rings are fixedly secured to the shaft. By the aforementioned embodiment, the safe storage of a shaft of a turbocharger can be achieved even at increased speeds of the shaft. However, the use of a plurality of required separate bearing components and the associated costly installation effort is no permanent solution for a bearing assembly or a turbocharger.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Es ist demnach eine erste Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lageranordnung anzugeben, die bei einfacher Montage und geringen Kosten die sichere Lagerung einer Welle in einem Turbolader ermöglicht. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turbolader mit einer solchen Lageranordnung anzugeben. It is therefore a first object of the invention to provide a comparison with the prior art improved bearing assembly that allows for easy installation and low cost secure storage of a shaft in a turbocharger. A second object of the invention is to provide a turbocharger with such a bearing assembly.

Lösung der Aufgabe Solution of the task

Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, ein innerhalb des Lagergehäuses angeord- netes Wälzlager mit einem äußeren Lagerring und einer Anzahl von Wälzkörpern, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses drehbar gelagerte, sich axial erstreckende Welle. Hierbei ist vorgesehen, dass Welle eine Wälzkörperlaufbahn zur Führung der Wälzkörper umfasst. Die Erfindung berücksichtigt, dass durch den Einsatz einer Mehrzahl separater Lagerkomponenten neben einem erhöhten Montageaufwand auch eine Beeinträchtigung der Lagerkomponenten und damit der Funktion des Turboladers zu befürchten ist. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die üblicherweise eingesetzten inneren Lagerringe, die zur Führung von Wälzkörpern an ihrem Außen- umfang entsprechende Laufbahnen aufweisen. Bei der Montage werden die inneren Lagerringe auf die Welle aufgeschoben und müssen auf diese gepresst werden, so dass im Betrieb kein Verdrehen relativ zur Welle möglich ist. Bei dem Aufpressen werden die Lagerringe derart gestaucht, dass sich der axiale Abstand zwischen den Wälzkörperlaufbahnen verkürzt und somit das Wellen- spiel verändert wird. Weiterhin ändern sich die Durchmesser der Wälzkörperlaufbahnen und damit auch das Lagerspiel. The first object of the invention is achieved by a bearing arrangement for a turbocharger, comprising a bearing housing extending in an axial direction, a roller bearing arranged inside the bearing housing with an outer bearing ring and a number of rolling elements, and a housing rotatably mounted within the bearing housing axially extending shaft. In this case, it is provided that the shaft comprises a rolling body raceway for guiding the rolling bodies. The invention takes into account that by using a plurality of separate bearing components in addition to an increased installation effort and a deterioration of the bearing components and thus the function of the turbocharger is to be feared. This applies in particular with regard to the usually used inner bearing rings which have corresponding raceways for guiding rolling elements on their outer circumference. During assembly, the inner bearing rings are pushed onto the shaft and must be pressed onto them so that no rotation relative to the shaft is possible during operation. During pressing, the bearing rings are compressed in such a way that the axial distance between the rolling element raceways is shortened and thus the shaft clearance is changed. Furthermore, the diameter of the Wälzkörperlaufbahnen and thus the bearing clearance change.

Zusätzlich kann es beim Aufpressen der inneren Lagerringe zu deren fehlerhafter Ausrichtung auf der Welle kommen. Es ist beispielsweise möglich, dass sie sich nicht koaxial mit der Welle und zueinander ausrichten, was sowohl beim Wuchten als auch im späteren Betrieb zu einem unerwünschten Setzen an den axialen Kontaktstellen zwischen den Lagerringen bzw. den Lagersitzen führen kann. Darüber hinaus kann sich die Wuchtqualität über die Laufzeit des Lagers verschlechtern und so zu einem erhöhtem Verschleiß der Lagerkomponenten führen. In jedem Fall kann so eine störungsfreie Funktion eines Turboladers nicht gewährleistet werden. Die Erfindung erkennt schließlich, dass die vorgenannten Probleme überraschenderweise dann überwunden werden können, wenn die Welle eine Wälzkörperlaufbahn zur Führung der Wälzkörper umfasst. Auf die Verwendung separat zu montierender innerer Lagerringe kann gänzlich verzichtet werden. Mit anderen Worten übernimmt die Welle selbst die Funktion der inneren Lagerrin- ge, so dass durch eine derartige Ausgestaltung mit geringem Kosten- und Montageaufwand eine sichere Lagerung der Welle in einem Turbolader erreicht werden kann. In addition, when the inner bearing rings are pressed in, they may be misaligned on the shaft. It is possible, for example, that they do not align coaxially with the shaft and with respect to one another, which can lead to an undesired setting at the axial contact points between the bearing rings or the bearing seats both during balancing and during later operation. In addition, the balancing quality can vary over the life of the warehouse deteriorate and lead to increased wear of the bearing components. In any case, such a trouble-free function of a turbocharger can not be guaranteed. The invention finally recognizes that the aforementioned problems can be overcome, surprisingly, when the shaft comprises a rolling body raceway for guiding the rolling bodies. The use of separately mounted inner bearing rings can be dispensed with altogether. In other words, the shaft itself assumes the function of the inner bearing ring, so that a safe mounting of the shaft in a turbocharger can be achieved by such a design with low cost and assembly costs.

Zusätzlich kann durch den Verzicht auf separate innere Lagerringe die Summe der Bauteiltoleranzen verringert werden. Die sich üblicherweise addierenden Form- und Lagefehler der inneren Lagerringe auf der Welle können so vermieden werden, wodurch die Toleranz insgesamt geringer ist. In addition, by dispensing with separate inner bearing rings, the sum of the component tolerances can be reduced. The usually adding shape and position errors of the inner bearing rings on the shaft can be avoided, whereby the tolerance is lower overall.

Die Welle kann aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, wobei sich insbesondere temperaturstabile und korrosionsbeständige Werkstoffe eignen. Die Welle kann beispielsweise einteilig mittels eines Umformverfahrens, eines spanenden Verfahrens oder eines Gießverfahrens gefertigt sein. Alternativ zur einteiligen Fertigung ist auch eine mehrteilige Fertigung möglich. Die Wälzkörperlaufbahn ist hierbei in die Mantelfläche der Welle integriert und kann bei- spielsweise direkt bei der Fertigung der Welle in einem Schritt in die Mantelfläche eingebracht sein. Alternativ kann die Wälzkörperlaufbahn in einem sich der Fertigung des Wellengrundkörpers anschließenden Schritt nachträglich in die Mantelfläche eingebracht werden. Um die notwendige Stabilität der Welle zu gewährleisten, wir diese nach der Fertigung vorzugsweise einer Nachbearbei- tung unterzogen. The shaft can be made of different materials, in particular temperature-stable and corrosion-resistant materials are suitable. The shaft may for example be made in one piece by means of a forming process, a machining process or a casting process. Alternatively to the one-piece production, a multi-part production is possible. The rolling body raceway is in this case integrated into the lateral surface of the shaft and can be introduced, for example, directly in the production of the shaft in one step in the lateral surface. Alternatively, the rolling body raceway can be subsequently introduced into the lateral surface in a step subsequent to the manufacture of the shaft main body. In order to ensure the necessary stability of the shaft, we preferably subject it to post-processing after production.

Die Welle ist im eingebauten Zustand innerhalb eines Lagergehäuses drehbar gelagert. Das Lagergehäuse ist hierzu vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebil- det. Aufgrund der hohen Belastungen im Betrieb eines Turboladers eignen sich zur Herstellung des Lagergehäuses insbesondere temperaturfeste und korrosionsbeständige metallische Werkstoffe. Das Lagergehäuse ist insbesondere mit einer Aufnahmebohrung für die weiteren Komponenten der Lageranordnung, wie beispielsweise das Wälzlager ausgebildet. The shaft is rotatably mounted in the installed state within a bearing housing. For this purpose, the bearing housing is preferably hollow-cylindrical. det. Due to the high loads during operation of a turbocharger, temperature-resistant and corrosion-resistant metallic materials are particularly suitable for producing the bearing housing. The bearing housing is formed in particular with a receiving bore for the other components of the bearing assembly, such as the rolling bearing.

Auch das Wälzlager bzw. die einzelnen Wälzlagerkomponenten sind zweckmäßigerweise aus temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien, wie beispielsweise aus durchgehärteten Stählen oder auch Keramiken gefertigt. Als Wälzlager sind grundsätzlich die gängigen Lagertypen einsetzbar, wie beispielsweise Zylinderrollenlager oder auch Kegelrollenlager. Besonders geeignet sind Kugellager, wie insbesondere doppelreihige Schrägkugellager. Zur Führung der Wälzkörper eines doppelreihigen Schrägkugellagers sind in der Mantelfläche der Welle zweckmäßigerweise zwei axial voneinander beabstandete Wälzkörperlaufbahnen eingebracht. The rolling bearing or the individual rolling bearing components are expediently made of temperature and corrosion resistant materials, such as hardened steels or ceramics. As a rolling bearing, the common types of bearings are basically used, such as cylindrical roller bearings or tapered roller bearings. Particularly suitable are ball bearings, such as in particular double row angular contact ball bearings. To guide the rolling elements of a double row angular ball bearing expediently two axially spaced Wälzkörperlaufbahnen are introduced in the lateral surface of the shaft.

Das Wälzlager ist weiterhin mit zumindest einem äußeren Lagerring ausgebildet, an dessen Innenumfang eine Wälzkörperlaufbahn eingebracht ist, die e- benfalls der der Führung und Positionierung der Wälzkörper dient. Hierbei ist sowohl eine einteilige als auch eine mehrteilige Fertigung des äußeren Lagerrings möglich. Bei einer mehrteiligen Fertigung können die äußeren Lagerringe beispielsweise aneinander anliegen und so ein axiales Verschieben der Lager auf der Welle verhindern. Alternativ können die äußeren Lagerringe beispielsweise auch mittels eines Federelements axial voneinander beabstandet sein. The rolling bearing is further formed with at least one outer bearing ring, on whose inner circumference a rolling body raceway is introduced, which also serves to guide and position the rolling bodies. Here, both a one-piece and a multi-part production of the outer bearing ring is possible. In a multi-part manufacturing, the outer bearing rings, for example, abut each other and thus prevent axial displacement of the bearings on the shaft. Alternatively, the outer bearing rings, for example, by means of a spring member axially spaced apart.

Zwischen dem Außendurchmesser des äußeren Lagerrings und dem Innenumfang des Lagergehäuses ist insbesondere ein Zwischenraum, beispielsweise als ein den äußeren Lagerring umlaufender Spalt, für einen sogenannten Quetschölfilm ausgebildet. Der Quetschölfilm übernimmt hier die Funktion des Schwingungsdämpfers und verhindert einen unerwünschten Kontakt zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse. Um den Zwischenraum mit Öl zu versorgen, kann innerhalb des Lagergehäuses eine Anzahl an Versorgungsbohrungen eingebracht sein, über welche Öl aus dem Motorölkreislauf in den Zwischenraum dosiert werden kann. Die Versorgungsbohrungen stehen hierzu insbesondere mit einer Anzahl von den Au- ßenumfang des äußeren Lagerrings umlaufenden Nuten in einer kommunizierenden Verbindung. Entsprechend können die Nuten über die Versorgungsbohrungen mit Öl beaufschlagt werden. Von den Nuten ausgehend kann sich das Öl in axialer Richtung über den Umfang des äußeren Lagerrings verteilen, so dass sich ein gleichmäßiger Ölfilm zwischen dem äußeren Lagerring und der Innenwand des Lagergehäuses bildet. Die Anzahl der Versorgungsbohrungen und der Nuten ist hierbei grundsätzlich nicht begrenzt und kann beispielsweise den Abmessungen des Lagergehäuses und der Dicke des Quetschölfilms an- gepasst werden. Weiterhin ist in dem Lagergehäuse vorzugsweise zusätzlich eine Auslassbohrung eingebracht, die mit einer den äußeren Lagerring auf seinem Außenumfang umlaufenden Ablaufnut kommunizierend verbunden ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das über die Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen kann. Between the outer diameter of the outer bearing ring and the inner circumference of the bearing housing in particular a gap, for example as a circumferential outer race ring gap formed for a so-called Quetschölfilm. The quenching oil film assumes the function of the vibration damper and prevents unwanted contact between the outer bearing ring and the bearing housing. In order to supply the intermediate space with oil, a number of supply bores can be introduced within the bearing housing, via which oil from the engine oil circuit can be metered into the intermediate space. The supply holes are for this purpose in particular with a number of the outer circumference of the outer bearing ring encircling grooves in a communicating connection. Accordingly, the grooves can be supplied with oil via the supply bores. Starting from the grooves, the oil can distribute in the axial direction over the circumference of the outer bearing ring, so that forms a uniform oil film between the outer bearing ring and the inner wall of the bearing housing. The number of supply bores and the grooves is in principle not limited and can for example be adapted to the dimensions of the bearing housing and the thickness of the quenching oil film. Furthermore, an outlet bore is preferably additionally introduced into the bearing housing, which is communicatively connected to a drain groove running around the outer bearing ring on its outer circumference. In this way it is ensured that the oil supplied via the supply bore to the intermediate space can flow away continuously.

Alternativ können die äußeren Lagerringe durch einen zusätzlichen Trägerring im Lagergehäuse geführt werden. In diesem Fall wird der Trägerring im Zwischenraum eingebettet. Der Trägerring weist hierbei bevorzugt an seinem Außenumfang eine Anzahl von umlaufenden Nuten auf, die im eingebauten Zu- stand mit den Versorgungsbohrungen des Lagergehäuses kommunizierend in Verbindung stehen. Der Quetschölfilm wird dann entsprechend im Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Trägerrings und der Innenwand des Lagergehäuses ausgebildet. Beim Einsatz eines Trägerrings steht zweckmäßigerweise eine in diesem auf seinem Außenumfang eingebrachte Ablaufnut mit einer Auslassbohrung kommunizierend in Verbindung und ermöglicht entsprechend den Ölablauf. Um das Wälzlager verdrehsicher innerhalb des Lagergehäuses zu positionieren, können Sicherungselemente eingesetzt werden. Grundsätzlich ist hierbei eine Vielzahl von Sicherungselementen denkbar, die den im Betrieb eines Turboladers wirkenden Kräften standzuhalten und die eine verdrehsichere Anord- nung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses ermöglichen. Die Sicherungselemente, deren Anzahl grundsätzlich nicht begrenzt ist, können beispielsweise als Sicherungspins oder Sicherungsbolzen ausgebildet sein, die in hierfür vorgesehene Bohrungen innerhalb des Lagergehäuses gesteckt werden können. Alternativ können die Sicherungselemente als Federn ausgebildet sein, die dann beispielsweise in dafür vorgesehene Vertiefungen oder Nuten eingreifen können. Alternatively, the outer bearing rings can be guided by an additional support ring in the bearing housing. In this case, the carrier ring is embedded in the intermediate space. In this case, the carrier ring preferably has on its outer circumference a number of circumferential grooves which, in the installed state, communicate with the supply bores of the bearing housing in a communicating manner. The quenching oil film is then formed correspondingly in the space between the outer periphery of the carrier ring and the inner wall of the bearing housing. When using a carrier ring is suitably introduced in this introduced on its outer circumference drainage communicating with an outlet bore in connection and allows corresponding to the oil drain. In order to position the rolling bearing against rotation within the bearing housing, securing elements can be used. In principle, a multiplicity of securing elements is conceivable which withstand the forces acting during operation of a turbocharger and which enable a rotation-proof arrangement of the outer bearing ring within the bearing housing. The security elements, the number of which is not limited in principle, may be formed, for example, as backup pins or securing bolts that can be inserted into holes provided for this purpose within the bearing housing. Alternatively, the securing elements can be designed as springs, which can then engage, for example, in recesses or grooves provided for this purpose.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Welle zumindest im Bereich der Wälzkörperlaufbahn aus einem Stahl. Grundsätzlich sind hier verschiedene Stähle oder metallische Werkstoffe einsetzbar. Insbesondere eignet sich ein legierter Wälzlagerstahl. Hierbei kann beispielsweise ein Wälzlagerstahl des Typs 81 MoCrV42-16 eingesetzt werden, der insbesondere aufgrund seiner Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit die notwendigen Voraussetzungen für den Einsatz in Turboladern. Die Eigenschaften des metal- lischen Werkstoffs bzw. des Wälzlagerstahls können durch die Wahl der Legierungskomponenten bzw. durch die Zusammensetzung beeinflusst werden. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, die gesamte Welle aus einem Wälzlagerstahl zu fertigen. Alternativ kann auch nur an den Stellen der Wälzkörperlaufbahnen ein Wälzlagerstahl eingesetzt sein. In an advantageous embodiment of the invention, the shaft consists of a steel, at least in the region of the rolling body track. In principle, different steels or metallic materials can be used here. In particular, an alloyed bearing steel is suitable. Here, for example, a roller bearing steel type 81 MoCrV42-16 can be used, which in particular due to its temperature stability and corrosion resistance, the necessary conditions for use in turbochargers. The properties of the metallic material or of the rolling bearing steel can be influenced by the choice of the alloy components or by the composition. In principle, it is possible here to manufacture the entire shaft from a rolling bearing steel. Alternatively, a rolling bearing steel can also be used only at the points of the rolling body raceways.

In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle aus einer Anzahl axial benachbarter Wellenabschnitte zusammengesetzt. Die einzelnen Wellenabschnitte können vor der Montage der Lageranordnung miteinander verschweißt werden. Die mehrteilige Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise die kontrollierte Einbringung von Aussparungen in die Welle. Diese Aussparungen stellen ein Luftvolumen innerhalb der Welle zur Verfügung, welches im eingebauten Zustand der Welle im Turbolader die Wärmeleitung vom Turbinenrad zum Wälzlager reduziert. Insbesondere können durch den Einsatz mehrerer Wellenabschnitte die Kosten bei der Herstellung der Welle bzw. bei der Herstellung der Lageranordnung verringert werden. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Wel- lenabschnitte aus verschiedenen Materialien gefertigt sein können. Hierbei sind die Wellenabschnitte, in denen die Wälzkörperlaufbahnen eingebracht sind, vorzugsweise aus einem Wälzlagerstahl gefertigt, der die notwendige Stabilität aufweist. Für die weiteren Wellenabschnitte kann anforderungsspezifisches Material und entsprechend kostengünstigeres Wellenmaterial, eingesetzt wer- den. In a further advantageous embodiment of the invention, the shaft is composed of a number of axially adjacent shaft sections. The individual shaft sections can be welded together prior to assembly of the bearing assembly. The multi-part design allows, for example, the controlled introduction of recesses in the shaft. These recesses provide an air volume within the shaft which, when the shaft is installed in the turbocharger, reduces the heat conduction from the turbine wheel to the rolling bearing. In particular, by using a plurality of shaft sections, the costs associated with the production of the shaft or during the production of the bearing arrangement can be reduced. This is made possible in particular by the fact that the shaft sections can be made of different materials. Here, the shaft sections in which the Wälzkörperlaufbahnen are introduced, preferably made of a bearing steel, which has the necessary stability. For the further shaft sections, requirement-specific material and correspondingly less expensive shaft material can be used.

Um die Wellenabschnitte miteinander zu verbinden, sind diese vorzugsweise miteinander verschweißt. Schweißverfahren eignen sich hierbei insbesondere deswegen, weil bei deren Einsatz die Möglichkeit besteht, auch Werkstoffe mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. Stahl mit Aluminium, zu verbinden. In order to connect the shaft sections with each other, these are preferably welded together. Welding methods are suitable in this case in particular because, when used, it is also possible to use materials with different physical properties, such as, for example, Steel with aluminum, to connect.

Bevorzugt umfasst die Welle eine innere Aussparung. Die innere Aussparung kann als ein Hohlraum ausgebildet sein, der ein zusätzliches Luftvolumen zu Verfügung stellt. Hierdurch kann beispielsweise die Wärmeleitung vom Turbinenrad zum Lager reduziert werden. Weiterhin kann die Aussparung der Aufnahme von sogenanntem Schweißauswurf dienen, der bei der Verbindung der Welle mit dem Turbinenrad oder auch bei der Verbindung mehrerer Wellenabschnitte miteinander entsteht und dann innerhalb der Aussparungen aufgefan- gen werden kann. Grundsätzlich kann auch im Turbinenrad eine Aussparung eingebracht sein. Das gleiche gilt bei einer mehrteiligen Ausgestaltung der Welle für die einzelnen Wellenabschnitte, die ebenfalls jeweils mit einer Aussparung ausgebildet sein können. Hierdurch vergrößert sich das innenliegende Luftvolumen weiter und die Wärmeleitfähigkeit wird weiter verringert. Preferably, the shaft comprises an inner recess. The inner recess may be formed as a cavity that provides an additional volume of air. As a result, for example, the heat conduction from the turbine to the bearing can be reduced. Furthermore, the recess can serve for receiving so-called welding ejection, which occurs when the shaft is connected to the turbine wheel or even when several shaft sections are connected to one another and can then be caught within the recesses. In principle, a recess can also be made in the turbine wheel. The same applies to a multi-part design of the shaft for the individual shaft sections, which can also be formed in each case with a recess. As a result, the internal air volume increases further and the thermal conductivity is further reduced.

Vorzugsweise weist die Welle stirnseitig einen Wellenzapfen zur Zentrierung und Befestigung an einem Turbinenrad auf. Der Wellenzapfen ist vorzugsweise als ein sich in axialer Richtung erstreckender Zapfen ausgebildet, der im einge- bauten Zustand in die Bohrung eines Turbinenrads eingreifen kann. So wird bereits vor dem Verschweißen der Bauteile eine Verbindung zwischen diesen möglich, die den sich anschließenden Schweißvorgang vereinfachen. Grundsätzlich ist hierbei auch die Ausbildung eines Zapfens an dem Turbinenrad möglich, welcher dann in eine Bohrung an der Stirnseite der Welle eingreift. Preferably, the shaft on the front side a shaft journal for centering and attachment to a turbine wheel. The shaft journal is preferably designed as a pin extending in the axial direction, which in the inserted Built state in the bore of a turbine wheel can intervene. Thus, even before the welding of the components, a connection between them is possible, which simplify the subsequent welding process. Basically, in this case also the formation of a pin on the turbine wheel is possible, which then engages in a bore on the end face of the shaft.

Hierbei ist es grundsätzlich auch möglich, dass in dem Zapfen einer Aussparung eingebracht ist, die ein Luftvolumen innerhalb der Welle zur Verfügung stellt. So kann auch mittels des Zapfens die Wärmeleitung vom Turbinenrad zum Wälzlager reduziert werden. In this case, it is also possible in principle for a recess to be introduced in the journal, which provides an air volume within the shaft. Thus, the heat conduction from the turbine wheel to the rolling bearing can also be reduced by means of the pin.

Zweckmäßigerweise umfasst der äußere Lagerring eine Spritzölbohrung zur Schmiermittelbeaufschlagung des Wälzlagers. Die Spritzölbohrungen sind hierbei mit den Nuten im Außenring verbunden. Das Öl kann von den Nuten über die Spritzölbohrungen in den Lagerraum gelangen und auf diese Weise zur Schmierung und Kühlung genutzt werden. Conveniently, the outer bearing ring comprises a spray oil hole for lubricant application of the rolling bearing. The spray oil holes are in this case connected to the grooves in the outer ring. The oil can pass from the grooves through the spray oil holes in the storage room and be used in this way for lubrication and cooling.

Weiter bevorzugt umfasst die Welle auf ihrem Außenumfang eine Anzahl von Nuten zur Positionierung von Dichtelementen. Die Nuten können sowohl auf der Verdichterseite als auch auf der Turbinenseite in den Außenumfang der Welle eingebracht sein, so dass an beiden Seiten der Welle eine Dichtwirkung erreicht wird. Auf diese Weise kann die benötigte Schmierung des innerhalb des Lagergehäuses positionierten Wälzlagers sichergestellt werden, die beispielsweise über Spritzölbohrungen erreicht wird. More preferably, the shaft comprises on its outer circumference a number of grooves for positioning of sealing elements. The grooves can be introduced into the outer circumference of the shaft both on the compressor side and on the turbine side, so that a sealing effect is achieved on both sides of the shaft. In this way, the required lubrication of the positioned inside the bearing housing bearing can be ensured, which is achieved for example via spray oil holes.

Weiter bevorzugt umfasst die Welle einen Olabscheider. Der Olabscheider kann beispielsweise als separates Bauteil an der Welle angebracht sein oder auch in die Welle integriert sein. Insbesondere ist der Olabscheider als ein solcher ausgebildet, der unter Ausnutzung des Fliehkraftwirkprinzips arbeitet. More preferably, the shaft comprises an oil separator. The oil separator may for example be attached to the shaft as a separate component or integrated into the shaft. In particular, the oil separator is designed as one which operates by utilizing the centrifugal force principle.

Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Turbolader, umfassend ein Verdichterrad, ein Turbinenrad, sowie eine Lageranordnung entsprechend den vorgenannten Ausgestaltungen, wobei das Verdichterrad und das Turbinenrad an den entgegengesetzten Enden der Welle angeordnet sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die Welle mit dem Turbinenrad verschweißt ist. Wie eingangs bereits erläutert wird das Turbinenrad der Turbine eines Turboladers durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt über die Welle den Verdichter an. Der Verdichter saugt Luft an und verdichtet diese. Der Verdichter arbeitet kontinuierlich und zeichnet sich durch geringe Druckerhöhung und einen hohen Volumendurchsatz aus. Die verdichtete Luft wird in den Motor gelei- tet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine große Menge Luft in die Zylinder gelangt. Hierdurch steigt der zur Verbrennung von Kraftstoff benötigte Sauerstoffgehalt entsprechend an, so dass bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangt. Um eine sichere Befestigung des Turbinenrads auf der Welle zu erreichen und damit eine Verbindung zwischen dem Verdichterrad und dem Turbinenrad sicherstellen zu können, ist die Welle mit dem Turbinenrad verschweißt. Hierzu eignen sich unterschiedliche Schweißverfahren. Beispielsweise kann ein Reibschweißverfahren eingesetzt werden. Das Reibschweißen ermöglicht eine sichere Verbindung von Bauteilen sowohl bei gleichen als auch bei unterschiedlichen Werkstoffkombinationen. Es handelt es sich hierbei um ein Pressschweißverfahren, wobei die Erwärmung der zu fügenden Teile durch mechanische Reibung erfolgt. Die Erwärmung wird in der Regel durch eine Bewegung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Bauteil erzeugt, welche unter Kraft ohne Zusatzwerkstoff zusammengeführt werden. The second object of the invention is achieved by a turbocharger, comprising a compressor wheel, a turbine wheel, and a bearing assembly according to the aforementioned embodiments, wherein the Compressor and the turbine are arranged at the opposite ends of the shaft. It is provided that the shaft is welded to the turbine wheel. As already explained, the turbine wheel of the turbine of a turbocharger is set in rotation by an exhaust gas flow and drives the compressor via the shaft. The compressor draws in air and compresses it. The compressor operates continuously and is characterized by low pressure increase and a high volume throughput. The compressed air is directed into the engine, whereby a large amount of air enters the cylinders due to the increased pressure during the intake stroke. As a result, the oxygen content required for the combustion of fuel increases accordingly, so that more oxygen enters the combustion chamber of the engine at each intake stroke. In order to achieve a secure attachment of the turbine wheel on the shaft and thus to ensure a connection between the compressor and the turbine wheel, the shaft is welded to the turbine wheel. For this purpose, different welding methods are suitable. For example, a friction welding method can be used. Friction welding allows a secure connection of components both with the same and with different material combinations. This is a pressure welding process, whereby the heating of the parts to be joined takes place by mechanical friction. The heating is usually generated by a movement between a rotating and a stationary component, which are combined under force without additional material.

Alternativ zum Reibschweißverfahren kann die Welle mit dem Turbinenrad auch mittels eines Elektronenstrahlschweißverfahrens verbunden werden. Dieses Verfahren erlaubt beispielsweise aufgrund der hohen Energiedichte, die in die Schweißzone eingebracht wird, das Verbinden einer Vielzahl verschiedener Material, wie beispielsweise auch hochschmelzender Metalle. Das Elektronen- strahlschweißen ermöglicht hierbei hohe Schweißgeschwindigkeiten mit extrem tiefen und schmalen Nähten. Durch die geringen Nahtbreiten und der hohen Parallelität kann der Verzug extrem klein gehalten werden. Weiterhin ist beispielsweise auch ein Laserstrahlschweißen denkbar, wodurch sich Bauteile mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug verbinden lassen. Das Laserstrahlschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. As an alternative to the friction welding method, the shaft can also be connected to the turbine wheel by means of an electron beam welding method. This method, for example, due to the high energy density, which is introduced into the welding zone, allows the joining of a variety of different materials, such as high-melting metals. The electron Beam welding enables high welding speeds with extremely deep and narrow seams. Due to the small seam widths and the high parallelism, the delay can be kept extremely small. Furthermore, for example, a laser beam welding is conceivable, which can connect components with high welding speed, narrow and slim weld shape and low thermal distortion. The laser beam welding is usually performed without feeding a filler material.

Vorzugsweise ist das Turbinenrad auf die Welle aufgepresst. Dieser Vorgang ist zweckmäßigerweise dem Schweißverfahren vorgeschaltet. Hierzu ist die Welle auf der Turbinenseite beispielsweise mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Wellenzapfen ausgebildet, der in eine Bohrung im Turbinenrad gepresst wird. Durch diese Presspassung wird bereits vor dem Verschweißen eine Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinenrad möglich, so dass die beiden Bauteile anschließend nur noch an den vorzugsweise planen Kontaktstellen miteinander verschweißt werden müssen. Selbstverständlich können alternativ auch das Turbinenrad mit einem Zapfen und die Welle mit einer Boh- rung an ihrer Stirnseite ausgebildet sein, so dass die Welle in dem Turbinenrad verpresst ist. Preferably, the turbine wheel is pressed onto the shaft. This process is expediently preceded by the welding process. For this purpose, the shaft is formed on the turbine side, for example, with a shaft journal extending in the axial direction, which is pressed into a bore in the turbine wheel. By means of this interference fit, a connection between the shaft and the turbine wheel is possible even before welding, so that the two components subsequently only have to be welded together at the preferably planar contact points. Of course, alternatively, the turbine wheel with a pin and the shaft can be formed with a bore on its end face, so that the shaft is pressed in the turbine wheel.

Zweckmäßigerweise ist das Verdichterrad mittels einer Mutter an der Welle befestigt. Das Verdichterrad wird hierzu bei der Montage auf die Welle aufge- schoben und schließlich mittels der Mutter dort verklemmt. Auf diese Weise ist auch eine sichere Verbindung zwischen dem Verdichterrad und der Welle gewährleistet. The compressor wheel is expediently fastened to the shaft by means of a nut. For this purpose, the compressor wheel is pushed onto the shaft during assembly and finally jammed there by means of the nut. In this way, a secure connection between the compressor and the shaft is guaranteed.

Grundsätzlich können die Lagerkomponenten der Lagerkartusche vormontiert werden und von der Turbinenseite ausgehend in das Lagergehäuse geschoben werden. Dies ermöglicht eine Lieferung der Lagerkartusche mit geringerem Aufwand sowie einen geringen Montageaufwand beim Kunden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf die Lageranordnung gerichteten Unteransprüchen, die sinngemäß auf den Turbolader übertragen werden können. In principle, the bearing components of the bearing cartridge can be preassembled and pushed starting from the turbine side into the bearing housing. This allows a delivery of the storage cartridge with less effort and a low installation costs for the customer. Further advantageous embodiments can be found in the directed to the bearing assembly subclaims that can be analogously transmitted to the turbocharger.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 jeweils einen Turbolader mit einer Lageranordnung in einem Längsschnitt. In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. 1 to 4 each show a turbocharger with a bearing assembly in a longitudinal section.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Fig. 1 zeigt einen Turbolader 1 mit einer Lageranordnung 3. Der Turbolader weist ein Verdichterrad 5 und ein Turbinenrad 7 auf, die an den entgegengesetzten Enden einer sich in axialer Richtung erstreckenden Welle 9 angeordnet sind. Die Welle 9 ist Teil der Lageranordnung 3 und innerhalb eines sich ebenfalls axial erstreckenden Lagergehäuses 1 1 drehbar gelagert. Weiterhin umfasst die Lageranordnung 3 ein innerhalb des Lagergehäuses 1 1 angeordnetes Wälzlager 13 mit zwei axial benachbarten äußeren Lagerringen 15, 17. Die äußeren Lagerringe 15, 17 sind mittels eines zwischen ihnen angeordneten vorgespann- ten Federelements 19 voneinander beabstandet. DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWING FIG. 1 shows a turbocharger 1 having a bearing assembly 3. The turbocharger has a compressor wheel 5 and a turbine wheel 7 disposed at opposite ends of a shaft 9 extending in the axial direction. The shaft 9 is part of the bearing assembly 3 and rotatably mounted within a likewise axially extending bearing housing 1 1. Furthermore, the bearing arrangement 3 comprises a rolling bearing 13 arranged inside the bearing housing 11 with two axially adjacent outer bearing rings 15, 17. The outer bearing rings 15, 17 are spaced apart from one another by means of a prestressed spring element 19 arranged between them.

Das Wälzlager 13 weist weiterhin als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 21 auf, die in Reihen jeweils in Käfigen 23 gehalten sind. Geführt werden die Wälzkörper 21 jeweils in Wälzkörperlaufbahnen 25, 27, die in der Mantelfläche der Wel- le 9 integriert sind. Die Wälzkörperlaufbahnen 25, 27 sind direkt bei der Fertigung der Welle in einem Schritt in die Mantelfläche eingebracht. Hierdurch kann auf die Verwendung separat zu montierender innerer Lagerhnge verzichtet werden, da die Welle 9 die Funktion der inneren Lagerringe übernimmt. Hierdurch wird der Aufwand bei der Montage, bei welcher die inneren Lagerringe auf die Welle aufgeschoben und auf diese gepresst werden müssen, verringert. Weiterhin bleibt der axiale Abstand zwischen den Wälzkörperlaufbahnen 25, 27 immer gleich groß, so dass sich auch das Wellenspiel nicht verändert. The rolling bearing 13 also has rolling elements 21 designed as balls, which are held in rows in cages 23, respectively. The rolling elements 21 are each guided in rolling body raceways 25, 27, which are integrated in the lateral surface of the shaft 9. The Wälzkörperlaufbahnen 25, 27 are introduced directly in the manufacture of the shaft in one step in the lateral surface. This makes it possible to dispense with the use of separately mounted inner Lagerhnge, since the shaft 9 takes over the function of the inner bearing rings. As a result, the effort during assembly, in which the inner bearing rings must be pushed onto the shaft and pressed onto this reduced. Furthermore, the axial distance between the Wälzkörperlaufbahnen 25, 27 always the same size, so that the wave play does not change.

Zusätzlich kann durch den Verzicht auf separate innere Lagerringe die Summe der Bauteiltoleranzen verringert werden. Die sich üblicherweise addierenden Form- und Lagefehler der inneren Lagerringe auf der Welle 9 können so ver- mieden werden, wodurch die Toleranz insgesamt geringer ist. In addition, by dispensing with separate inner bearing rings, the sum of the component tolerances can be reduced. The usually adding shape and position errors of the inner bearing rings on the shaft 9 can be avoided, whereby the tolerance is lower overall.

Die gesamte Welle 9 ist einteilig aus einem temperaturbeständigen Wälzlagerstahl gefertigt. Sie ist mittels eines Reibschweißverfahrens mit dem Turbinenrad 7 verschweißt, wodurch eine sichere Verbindung zwischen der Welle 9 und dem Turbinenrad 7 erreicht wird. The entire shaft 9 is made in one piece from a temperature-resistant bearing steel. It is welded by means of a friction welding process with the turbine wheel 7, whereby a secure connection between the shaft 9 and the turbine wheel 7 is achieved.

Zusätzlich sind sowohl in der in der Welle 9 als auch in dem Turbinenrad 7 Aussparung 29, 31 eingebracht. Die Aussparungen 29, 31 stellen ein Luftvolumen zur Verfügung, so dass die Wärmeleitung von dem einem Turbinenrad 7 zum Wälzlager 13 im Betrieb des Turboladers 1 reduziert wird. Weiterhin bieten sie Platz für Schweißauswurf bei der Bearbeitung der Welle. In addition, both in the shaft 9 and in the turbine wheel 7 recess 29, 31 are introduced. The recesses 29, 31 provide an air volume, so that the heat conduction is reduced from that of a turbine wheel 7 to the rolling bearing 13 during operation of the turbocharger 1. Furthermore, they provide space for welding ejection during machining of the shaft.

Auf der dem Turbinenrad 7 gegenüberliegenden Seite ist die Welle 9 mit dem Verdichterrad 5 verbunden. Hierzu ist das Verdichterrad 5 auf die Welle aufge- schoben und dort mittels einer Mutter 33 verklemmt. On the opposite side of the turbine 7, the shaft 9 is connected to the compressor 5. For this purpose, the compressor wheel 5 is pushed onto the shaft and clamped there by means of a nut 33.

Auf dem Außenumfang der Welle 9 sind Nuten 35 für die Positionierung von Dichtelementen 37 eingebracht. Die Dichtelemente 37 dichten sowohl auf Seiten des Verdichterrads 5 als auch auf Seiten des Turbinenrads 7 gegen Lecka- ge und Verunreinigungen ab. On the outer circumference of the shaft 9 grooves 35 for the positioning of sealing elements 37 are introduced. The sealing elements 37 seal against leakage and impurities both on the side of the compressor wheel 5 and on the side of the turbine wheel 7.

Zur Montage des Turboladers können die Lagerkomponenten vormontiert werden und von der Turbinenseite ausgehend in das Lagergehäuse 11 geschoben werden. Da der Außendurchmesser der äußeren Lagerringe 15, 17 geringfügig kleiner ist, als der Innendurchmesser des Lagergehäuses 1 1 , entsteht zwischen dem Lagergehäuse 11 und den äußeren Lagerringen 15, 17 ein spaltförmiger Zwischenraum 39. Der Zwischenraum 39 wird über Versorgungsbohrung 41 im Lagergehäuse 11 mit Öl beaufschlagt, so dass sich dort ein Quetschölfilm ausbildet. Die Versorgungsbohrungen 41 , 42 stehen mit Nuten 43, 44 auf dem Außenumfang der äußeren Lagerringe 15, 17 kommunizierend in Verbindung. Weiterhin wird das Öl von den Nuten 43, 44 ausgehend wird durch mit den Nuten 43 verbundenen Spritzölbohrungen 45, 46 in die Lager verteilt und kann so zur Schmierung genutzt werden. Zum Ablauf des Öls ist eine Auslassbohrung 47 umfasst. For mounting the turbocharger, the bearing components can be pre-assembled and pushed starting from the turbine side into the bearing housing 11 become. Since the outer diameter of the outer bearing rings 15, 17 is slightly smaller than the inner diameter of the bearing housing 1 1, formed between the bearing housing 11 and the outer bearing rings 15, 17, a gap-shaped gap 39. The space 39 is via supply bore 41 in the bearing housing 11 with oil acted upon, so that there forms a Quetschölfilm. The supply bores 41, 42 communicate with grooves 43, 44 on the outer periphery of the outer races 15, 17 in communication. Furthermore, the oil from the grooves 43, 44, starting is distributed through connected with the grooves 43 spray oil holes 45, 46 in the camp and can be used for lubrication. To drain the oil, an outlet bore 47 is included.

Zusätzlich ist an der Welle 9 ein Ölabscheider 49 mit Fliehkraftwirkprinzip angebracht. In addition, an oil separator 49 is attached to the shaft 9 with centrifugal force principle.

In Fig. 2 ist ein weiterer Turbolader 61 mit einer Lageranordnung 63 gezeigt. Der Turbolader 61 weist eine Verdichterrad 65 und ein Turbinenrad 67 auf, die an den entgegengesetzten Enden einer sich in axialer Richtung erstreckenden Welle 69 angeordnet sind. Die gesamte Welle 69 ist auch in Fig. 2 einteilig aus einem temperaturbeständigen Stahl gefertigt. In Fig. 2, another turbocharger 61 is shown with a bearing assembly 63. The turbocharger 61 has a compressor wheel 65 and a turbine wheel 67 disposed at opposite ends of an axially extending shaft 69. The entire shaft 69 is also manufactured in one piece in FIG. 2 from a temperature-resistant steel.

Da die Funktion und die einzelnen Komponenten des Turboladers 61 in Fig. 2 im Wesentlichen denen des Turboladers 1 in Fig. 1 entsprechend, wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung und Darstellung in Fig. 1 verwiesen, die im Folgenden sinngemäß übertragen werden kann. Since the function and the individual components of the turbocharger 61 in FIG. 2 essentially correspond to those of the turbocharger 1 in FIG. 1, reference is here made to the detailed description and representation in FIG. 1, which can be transmitted analogously below.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist das Turbinenrad 67 mittels eines Elektronenstrahl- schweißens mit der Welle 69 verbunden. Hierzu ist das Turbinenrad 67 auf die Welle 69 aufgepresst. Das Turbinenrad 67 weist eine entsprechende Bohrung 1 1 1 auf, in die der an der Stirnseite der Welle ausgebildete Wellenzapfen 1 13 der Welle eingepresst wird. Der Wellenzapfen 113 ist als ein sich in axialer Richtung erstreckender Zapfen ausgebildet. Im Anschluss werden das Turbinenrad 67 und die Welle 69 lediglich an den planen Anlageflächen 1 15 des Turbinenrads 67 und der Welle 69 durch einen Elektronenstrahl verschweißt. Weiterhin ist die Welle 69 auf der dem Turbinenrad 67 gegenüberliegenden Seite mit dem Verdichterrad 65 mittels einer Mutter 93 verklemmt. An der gleichen Seite ist an der Welle 69 zusätzlich ein Ölabscheider 109 mit Fliehkraftwirkprinzip angebracht. Fig. 3 zeigt einen weiteren Turbolader 121 mit einer Lageranordnung 123. Der Turbolader 121 weist ebenfalls ein Verdichterrad 125 und ein Turbinenrad 127 auf, die an den entgegengesetzten Enden einer sich in axialer Richtung erstreckenden Welle 129 angeordnet sind. Die Welle 129 ist innerhalb eines sich ebenfalls axial erstreckenden Lagergehäuses 131 drehbar gelagert. In contrast to FIG. 1, the turbine wheel 67 is connected to the shaft 69 by means of electron beam welding. For this purpose, the turbine wheel 67 is pressed onto the shaft 69. The turbine wheel 67 has a corresponding bore 1 1 1, in which the formed on the end face of the shaft shaft journal 1 13 of the shaft is pressed. The shaft journal 113 is formed as a pin extending in the axial direction. Subsequently, the turbine wheel 67 and the shaft 69 are welded to the planar contact surfaces 15 of the turbine wheel 67 and the shaft 69 by an electron beam only. Furthermore, the shaft 69 is clamped on the turbine wheel 67 opposite side with the compressor wheel 65 by means of a nut 93. On the same side of the shaft 69 is additionally attached an oil separator 109 with centrifugal force principle. FIG. 3 shows another turbocharger 121 having a bearing assembly 123. The turbocharger 121 also includes a compressor wheel 125 and a turbine wheel 127 disposed at opposite ends of a shaft 129 extending in the axial direction. The shaft 129 is rotatably mounted within a likewise axially extending bearing housing 131.

Hierzu weist die Lageranordnung 123 ein innerhalb des Lagergehäuses 131 angeordnetes Wälzlager 133 mit zwei axial benachbarten äußeren Lagerringen 135, 137 auf. Die äußeren Lagerringe 135, 137 sind mittels eines zwischen ihnen angeordneten vorgespannten Federelements 139 voneinander beabstan- det. Das Wälzlager 133 weist weiterhin als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 141 auf, die in Reihen jeweils in Käfigen 143 gehalten sind. Geführt werden die Wälzkörper 141 jeweils in Wälzkörperlaufbahnen 145, 147, die in der Mantelfläche der Welle 149 integriert sind. Im eingebauten Zustand ist zwischen dem Außendurchmesser der äußeren Lagerringe 135, 137 und dem Lagergehäuse 131 ein spaltförmiger Zwischenraum 159 ausgebildet, der über zwei Versorgungsbohrungen 161 im Lagergehäuse 131 mit Öl beaufschlagt wird. Hierbei bildet sich im Zwischenraum ein Quetschölfilm aus. Die Versorgungsbohrungen 161 , 162 stehen mit Nuten 163, 164 auf dem Außenumfang der äußeren Lagerringe 13, 137 kommunizierend in Verbindung. Von den Nuten 163, 164 ausgehend wird das Öl zusätzlich über Spritzölbohrungen 165, 166 in die Lager verteilt und kann so zur Schmierung genutzt werden. Zum Ablauf des Öls ist weiterhin eine Auslassbohrung 167 umfasst. For this purpose, the bearing assembly 123 a disposed within the bearing housing 131 rolling bearing 133 with two axially adjacent outer bearing rings 135, 137. The outer bearing rings 135, 137 are spaced apart from each other by means of a preloaded spring element 139 arranged between them. The rolling bearing 133 further has rolling elements 141 formed as balls, which are held in rows in cages 143, respectively. The rolling elements 141 are each guided in rolling element raceways 145, 147, which are integrated in the lateral surface of the shaft 149. In the installed state, a gap-shaped gap 159 is formed between the outer diameter of the outer bearing rings 135, 137 and the bearing housing 131, which is acted upon by two supply holes 161 in the bearing housing 131 with oil. Here, a quenching oil film forms in the intermediate space. The supply bores 161, 162 communicate with grooves 163, 164 on the outer periphery of the outer races 13, 137 in communication. Starting from the grooves 163, 164, the oil is additionally distributed via injection oil bores 165, 166 into the bearings and can thus be lubricated be used. For the drain of the oil, an outlet bore 167 is further included.

Der Unterschied des Turboladers 121 zu den bereits gezeigten Turboladern 1 , 61 besteht in der Beschaffenheit der Welle 129. Die Welle 129 ist aus verschiedenen Wellenabschnitten 171 , 173, 175 zusammengesetzt. Die Wälzkörperlaufbahnen 145, 147 sind entsprechend nur in einem Wellenabschnitt 173 eingebracht. Der Wellenabschnitt 173 übernimmt entsprechend die Funktion der ansonsten benötigten inneren Lagerringe. The difference between the turbocharger 121 and the turbochargers 1, 61 already shown is the nature of the shaft 129. The shaft 129 is composed of various shaft sections 171, 173, 175. The rolling element raceways 145, 147 are correspondingly introduced only in a shaft section 173. The shaft portion 173 assumes the function of the otherwise required inner bearing rings accordingly.

Der Wellenabschnitt 173 besteht aus temperaturbeständigem Stahl, wohingegen die beiden axial benachbarten Wellenabschnitte 171 , 175 anforderungsspezifische aus einem günstigeren metallischen Werkstoff gefertigt sind. Die Wellenabschnitte 171 , 173, 175 weisen sich axial nach innen erstreckende Aussparungen 176, 177, 178, 179 auf. Die inneren Aussparungen 176, 177, 178, 179 sind als Hohlräume ausgebildet, die ein zusätzliches Luftvolumen zu Verfügung stellen. Aufgrund dessen bewirken sie eine Reduzierung der Wärmeleitung vom Turbinenrad 127 zu den Lagern bewirken. Auch das Turbinen- rad 127 weist eine Aussparung 180 auf, die zusätzlich das Luftvolumen erhöht und damit die Wärmeleitung verringert. The shaft portion 173 is made of temperature-resistant steel, whereas the two axially adjacent shaft portions 171, 175 are made requirement-specific from a cheaper metallic material. The shaft portions 171, 173, 175 have axially inwardly extending recesses 176, 177, 178, 179. The inner recesses 176, 177, 178, 179 are formed as cavities, which provide an additional volume of air available. Due to this, they cause a reduction of the heat conduction from the turbine wheel 127 to the bearings. The turbine wheel 127 also has a recess 180, which additionally increases the volume of air and thus reduces the heat conduction.

Die Wellenabschnitte 171 , 173, 175 sind vorliegend miteinander verschweißt. Nach dem Verschweißen der Wellenabschnitte 171 , 173, 175 ist schließlich der Wellenabschnitt 175 mit dem Turbinenrad 127 verschweißt. Hierzu wird wie bereits beim Turbolader 1 gemäß Fig. 1 ein Reibschweißen eingesetzt. The shaft sections 171, 173, 175 are welded together in the present case. After welding the shaft sections 171, 173, 175, finally, the shaft section 175 is welded to the turbine wheel 127. For this purpose, as already in the turbocharger 1 shown in FIG. 1, a friction welding is used.

Die verschweißten Wellenabschnitte 171 , 173, 175 bzw. die Welle 129 wird schließlich an der Seite des Wellenabschnitts 175 mittels eines Reibschweiß- Verfahrens mit dem Turbinenrad 127 verschweißt. Auch das Turbinenrad 127 weist eine innere Aussparung 180 auf, die das Luftvolumen zur Reduzierung der Wärmeleitung vom Turbinenrad 127 zum Wälzlager 133 im Betrieb des Turboladers 121 weiter reduziert. Zur Befestigung des Verdichterrads 125 an der Welle 129 ist dieses an der dem Turbinenrad 127 gegenüberliegenden Seite der Welle129 auf diese aufgeschoben und dort mittels einer Mutter 153 befestigt. Weiterhin ist an der Wel- le 129 ein Ölabscheider 169 angebracht, der mittels des mit Fliehkraftwirkprinzip arbeitet. The welded shaft portions 171, 173, 175 and the shaft 129 is finally welded to the side of the shaft portion 175 by a Reibschweiß- method with the turbine wheel 127. The turbine wheel 127 also has an inner recess 180, which further reduces the volume of air for reducing the heat conduction from the turbine wheel 127 to the rolling bearing 133 during operation of the turbocharger 121. For fastening the compressor wheel 125 to the shaft 129, the latter is pushed onto the side of the shaft 129 opposite the turbine wheel 127 and fastened there by means of a nut 153. Furthermore, an oil separator 169, which operates by means of the centrifugal force principle, is attached to the shaft 129.

In Fig. 4 ist ein weiterer Turbolader 181 mit einer Lageranordnung 183 gezeigt. Der Turbolader 181 weist eine Verdichterrad 185 und ein Turbinenrad 187 auf, die an den entgegengesetzten Enden einer sich in axialer Richtung erstreckenden Welle 189 angeordnet sind. Die Welle 189 ist innerhalb eines sich ebenfalls axial erstreckenden Lagergehäuses 191 drehbar gelagert. FIG. 4 shows a further turbocharger 181 with a bearing arrangement 183. The turbocharger 181 includes a compressor wheel 185 and a turbine wheel 187 disposed at opposite ends of an axially extending shaft 189. The shaft 189 is rotatably mounted within a likewise axially extending bearing housing 191.

Die Lageranordnung 183 umfasst weiterhin ein innerhalb des Lagergehäuses 191 angeordnetes Wälzlager 193 mit zwei axial benachbarten äußeren Lagerringen 195, 197, die wie bereits bei den vorhergehenden Figuren mittels eines zwischen ihnen angeordneten vorgespannten Federelements 199 voneinander beabstandet sind. Das Wälzlager 193 weist weiterhin als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 201 auf, die in Reihen jeweils in Käfigen 203 gehalten sind. Die Wälzkörper 201 sind in Wälzkörperlaufbahnen 205, 207 geführt. The bearing assembly 183 further comprises a rolling bearing 193 disposed within the bearing housing 191 with two axially adjacent outer bearing rings 195, 197 which, as in the previous figures, are spaced apart by means of a prestressed spring element 199 disposed between them. The rolling bearing 193 further comprises rolling elements 201 formed as balls, which are held in rows in cages 203, respectively. The rolling elements 201 are guided in Wälzkörperlaufbahnen 205, 207.

Da die Funktion der einzelnen Komponenten des Turboladers 181 in Fig. 4 im Wesentlichen denen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entspricht, wird an dieser Stelle auf die dortige detaillierte Beschreibung verwie- sen, die im Folgenden sinngemäß übertragen werden kann. Since the function of the individual components of the turbocharger 181 in FIG. 4 essentially corresponds to those of the exemplary embodiments described above, reference is made at this point to the detailed description given there, which can be transmitted analogously below.

Wie auch in Fig. 3 ist die Welle 189 aus drei separaten Wellenabschnitten 237, 239, 241 gefertigt. Die Wellenabschnitte 237, 239, 241 bestehen aus verschiedenen Materialien, wobei der Wellenabschnitt 239 aus temperaturbeständigem Stahl besteht. Die beiden anderen Wellenabschnitte 237, 241 bestehen aus einem kostengünstigeren metallischen Werkstoff. Die Wälzkörperlaufbahnen 205, 207 sind entsprechend nur in dem Wellenabschnitt 239 eingebracht, der aus dem Stahl besteht. Der Wellenabschnitt 239 übernimmt die Funktion der inneren Lagerringe, so dass sowohl die Kosten als auch der Montageaufwand verringert werden und die Genauigkeit erhöht. As in FIG. 3, the shaft 189 is made of three separate shaft sections 237, 239, 241. The shaft portions 237, 239, 241 are made of different materials, the shaft portion 239 is made of temperature-resistant steel. The other two shaft sections 237, 241 are made of a less expensive metallic material. The Wälzkörperlaufbahnen 205, 207 are introduced accordingly only in the shaft portion 239, which consists of the steel. The shaft portion 239 takes over the function of the inner bearing rings, so that both the cost and the assembly costs are reduced and increases the accuracy.

Der Wellenabschnitt 239 ist jeweils stirnseitig mit zwei sich axial erstreckenden Wellenzapfen 243, 245 ausgebildet. Diese Wellenzapfen 243, 245 greifen gebauten Zustand in die Bohrungen 247, 249, die jeweils an den axialen Anlagestellen der Wellenabschnitten 237, 241 ausgebildet sind. Die Wellenzapfen 243, 245 werden bei der Montage entsprechend in die Bohrungen 247, 249 eingepresst. So wird bereits vor dem Verschweißen der Bauteile eine Verbindung zwischen diesen möglich, die den sich anschließenden Schweißvorgang vereinfachen. Das Verschweißen der einzelnen Wellenabschnitte aneinander erfolgt aufgrund des Presssitzes zwischen dieses nur noch an den Kontaktflä- Chen 251 , 253. The shaft portion 239 is each frontally formed with two axially extending shaft journals 243, 245. These shaft journals 243, 245 engage a built state in the bores 247, 249 which are respectively formed at the axial abutment points of the shaft sections 237, 241. The shaft journals 243, 245 are correspondingly pressed into the holes 247, 249 during assembly. Thus, even before the welding of the components, a connection between them is possible, which simplify the subsequent welding process. The welding of the individual shaft sections to each other is due to the interference fit between this only at the Kontaktflä Chen 251, 253rd

Zur Befestigung am Turbinenrad 187 weist der Wellenabschnitt 241 an der der Bohrung 249 gegenüberliegenden Seite zusätzlich einen Wellenzapfen 255 auf, der in die Bohrung 257 des Turbinenrads 187 gepresst ist. Nach dem Auf- pressen werden die beiden Bauteile, bzw. die Welle 189 und das Turbinenrad 187 an den Kontaktstellen 259 verschweißt. Hierzu wird ein Laserstrahlschweißen eingesetzt, wobei Bauteile mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug verbinden. Das Laserstrahlschweißen wird ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. For attachment to the turbine wheel 187, the shaft portion 241 on the opposite side of the bore 249 a shaft journal 255 which is pressed into the bore 257 of the turbine wheel 187. After being pressed on, the two components or the shaft 189 and the turbine wheel 187 are welded to the contact points 259. For this purpose, a laser beam welding is used, whereby components with high welding speed, narrow and slim weld form and connect with low thermal distortion. The laser beam welding is performed without feeding a filler material.

Zur Befestigung des Verdichterrads 185 an der Welle 189 ist dieses an der dem Turbinenrad 187 gegenüberliegenden Seite der Welle189 auf diese aufgeschoben und dort mittels einer Mutter 213 verklemmt. Auf diese Weise ist auch eine sichere Verbindung zwischen dem Verdichterrad 185 und der Welle 189 gewährleistet. Zusätzlich ist an der Welle 189 ein Ölabscheider 229 angebracht, der mittels des mit Fliehkraftwirkprinzip arbeitet. Liste der Bezugszahlen For fastening the compressor wheel 185 to the shaft 189, the latter is pushed onto the side of the shaft 189 opposite the turbine wheel 187 and clamped there by means of a nut 213. In this way, a secure connection between the compressor wheel 185 and the shaft 189 is ensured. In addition, an oil separator 229 is attached to the shaft 189, which operates by means of the centrifugal force principle. List of reference numbers

1 Turbolader 1 turbocharger

3 Lageranordnung 3 bearing arrangement

5 Verdichterrad 5 compressor wheel

7 Turbinenrad 7 turbine wheel

9 Welle 9 wave

1 1 Lagergehäuse 1 1 bearing housing

13 Wälzlager 13 rolling bearings

15 äußerer Lagerring 15 outer bearing ring

17 äußerer Lagerring 17 outer bearing ring

19 Federelement 19 spring element

21 Wälzkörper 21 rolling elements

23 Käfig 23 cage

25 Wälzkörperlaufbahn 25 rolling element raceway

27 Wälzkörperlaufbahn 27 rolling element raceway

29 Aussparung 29 recess

31 Aussparung 31 recess

33 Mutter 33 mother

35 Nut 35 groove

37 Dichtelement 37 sealing element

39 Zwischenraum 39 gap

41 Versorgungsbohrung 41 supply bore

42 Versorgungsbohrung 42 supply bore

43 Nut 43 groove

44 Nut 44 groove

45 Spritzölbohrung 45 splash oil hole

46 Spritzölbohrung 46 Spray oil hole

47 Auslassbohrung 47 Outlet bore

49 Ölabscheider 49 oil separator

61 Turbolader 61 turbocharger

63 Lageranordnung 63 bearing arrangement

65 Verdichterrad Turbinenrad 65 compressor wheel turbine

Welle wave

Lagergehäuse Wälzlager Bearing housings Rolling bearings

äußerer Lagerring äußerer Lagerring Federelement Wälzkörper Outer bearing ring Outer bearing ring Spring element Rolling element

Käfig Cage

Wälzkörperlaufbahn Wälzkörperlaufbahn Aussparung Wälzkörperlaufbahn Wälzkörperlaufbahn recess

Aussparung recess

Mutter mother

Nut groove

Dichtelement Zwischenraum Versorgungsbohrung Versorgungsbohrung Nut Sealing element Interspace Supply hole Supply hole Groove

Nut groove

Spritzölbohrung Spritzölbohrung Auslassbohrung Ölabscheider1 Bohrung Drilling oil hole Drilling oil hole Outlet hole Oil separator1 Drill hole

Wellenzapfen Kontaktfläche1 Turbolader Shaft contact surface1 turbocharger

Lageranordnung Verdichterrad Turbinenrad Bearing arrangement Compressor wheel Turbine wheel

9 Welle Lagergehäuse Wälzlager äußerer Lagerring äußerer Lagerring Federelement Wälzkörper 9 wave Bearing housing Rolling bearing Outer bearing ring Outer bearing ring Spring element Rolling element

Käfig Cage

Wälzkörperlaufbahn Wälzkörperlaufbahn Mutter Wälzkörperlaufbahn Wälzkörperlaufbahn nut

Nut groove

Spritzölbohrung Spritzölbohrung Auslassbohrung Ölabscheider Wellenabschnitt Wellenabschnitt Wellenabschnitt Aussparung Spray oil hole Spray oil hole Outlet hole Oil separator Shaft section Shaft section Shaft section Recess

Aussparung recess

Turbolader turbocharger

Lageranordnung Verdichterrad Turbinenrad 189 Welle Bearing arrangement Compressor wheel Turbine wheel 189 wave

191 Lagergehäuse 191 bearing housing

193 Wälzlager 193 rolling bearings

195 äußerer Lagerring 195 outer bearing ring

197 äußerer Lagerring 99 Federelement197 outer bearing ring 99 spring element

201 Wälzkörper 201 rolling elements

203 Käfig 203 cage

205 Wälzkörperlaufbahn 205 rolling element raceway

207 Wälzkörperlaufbahn207 rolling element raceway

213 Mutter 213 mother

215 Nut 215 groove

217 Dichtelement 217 sealing element

219 Zwischenraum219 gap

221 Versorgungsbohrung221 supply bore

223 Nut 223 groove

225 Spritzölbohrung 225 Spray oil hole

227 Auslassbohrung227 outlet hole

229 Ölabscheider229 Oil separator

237 Wellenabschnitt237 shaft section

239 Wellenabschnitt239 shaft section

241 Wellenabschnitt241 shaft section

243 Wellenzapfen243 shaft journals

245 Wellenzapfen245 shaft journals

247 Bohrung 247 bore

249 Bohrung 249 bore

251 Kontaktfläche 251 contact area

253 Kontaktfläche253 contact area

255 Wellenzapfen255 shaft journals

257 Bohrung 257 bore

259 Kontaktfläche 259 contact area

Claims

claims

Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) for a turbocharger (1, 61, 121, 181), comprising a bearing housing (11, 71, 131, 191) extending in an axial direction, a bearing housing (11, 71 , 131, 191) arranged with an outer bearing ring (15, 17, 75, 77, 135, 137, 195, 197) and a number of rolling elements (21,81, 101, 161 ), and within the bearing housing (11, 71, 131, 191) rotatably mounted, axially extending shaft (9, 69, 129, 189), characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) frontally a Shaft (113, 243, 245, 255) for attachment to a turbine wheel (7, 67, 127, 187).

Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) for a turbocharger (1, 61, 121, 181), comprising a bearing housing (11, 71, 131, 191) extending in an axial direction, one inside the bearing housing (11, 71) , 131, 191) arranged with outer bearing rings (15, 17, 75, 77, 135, 137, 195, 197) and a number of rolling elements (21, 81, 101, 161) and an axially extending shaft (9, 69, 129, 189) within the bearing housing (11, 71, 131, 191), the shaft (9, 69, 129, 189) having a rolling body raceway (25, 27 , 85, 87, 145, 147, 205, 207) for guiding the rolling elements (21, 81, 101, 161), characterized in that the outer bearing rings (15, 17, 75, 77, 135, 137, 195, 197) are guided by a support ring in the bearing housing.

Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to claim 2, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) at the front end a shaft journal (113, 243, 245, 255) for attachment to a turbine wheel (7 , 67, 127, 187).

4. Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) at least in the region of the rolling body raceway (25, 27, 85, 87, 145, 147 , 205, 207) consists of a steel.

5. Bearing assembly (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) from a number of axially adjacent shaft sections (171, 173, 175, 237, 239, 241) is composed.

6. bearing assembly (3, 63, 123, 183) according to claim 5, characterized in that wherein the shaft portions (171, 173, 175, 237, 239, 241) are welded together.

7. bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) comprises an inner recess (29, 176, 177, 178, 179).

8. Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer bearing ring (15, 17,

75, 77, 135, 137, 195, 197) comprises a spray oil bore (45, 46, 105, 106, 165, 166, 225, 226) for lubricating the rolling bearing (13, 73, 133, 193).

9. bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) on its outer circumference a number of grooves (35, 95, 155, 215) to Positioning of sealing elements (37, 97, 157, 217) comprises.

10. Bearing arrangement (3, 63, 123, 183) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shaft (9, 69, 129, 189) comprises an oil separator (49, 109, 169, 229). A turbocharger (1, 61, 121, 181) comprising a compressor wheel (5, 65, 125, 185), a turbine wheel (7, 67, 127, 187), and a bearing assembly (3, 63, 123, 183) according to one of claims 1 to 8, wherein the compressor (5, 65, 125, 185) and the turbine wheel (7, 67, 127, 187) via the shaft (9, 69, 129, 189) are connected, and wherein the shaft ( 9, 69, 129, 189) is welded to the turbine wheel (7, 67, 127, 187).