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WO2018006999A1 - Lagervorrichtung für einen abgasturbolader und abgasturbolader - Google Patents

Lagervorrichtung für einen abgasturbolader und abgasturbolader Download PDF

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Publication number
WO2018006999A1
WO2018006999A1 PCT/EP2017/000773 EP2017000773W WO2018006999A1 WO 2018006999 A1 WO2018006999 A1 WO 2018006999A1 EP 2017000773 W EP2017000773 W EP 2017000773W WO 2018006999 A1 WO2018006999 A1 WO 2018006999A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
bearing
radial bearing
gas turbocharger
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/000773
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Gramsch
Martin Kreschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Charging Systems International GmbH filed Critical IHI Charging Systems International GmbH
Priority to JP2018566560A priority Critical patent/JP2019519717A/ja
Priority to CN201780042240.XA priority patent/CN109477397A/zh
Publication of WO2018006999A1 publication Critical patent/WO2018006999A1/de
Priority to US16/233,811 priority patent/US20190128140A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162—Bearing supports
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a bearing device for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1 and to an exhaust gas turbocharger according to claim 11.
  • the published patent application DE 10 2008 033 814 A1 discloses a bearing device for an exhaust-gas turbocharger, whose radial bearing designed for the radial mounting of a shaft of the exhaust-gas turbocharger is provided with a spacer, which is located between the two
  • Radial bearings is arranged, are connected.
  • the entire storage device is integrally formed, i. the radial bearings and the spacer are made together.
  • the problem of such a bearing device can be seen in addition to a complex production of the bearing device in the high material costs, since the bearing device, for example, is elaborately elaborated from a blank.
  • a lubricant outlet From a between the radial bearing and a radial bearing opposite wall is a lubricant outlet, which has a high flow velocity. This results in a high pressure on sealing rings, which are provided for sealing against a lubricant outlet in a compressor of the exhaust gas turbocharger and a turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • the object of the present invention is to provide an improved bearing device for an exhaust gas turbocharger.
  • Another aspect of the invention is to provide a cost-reduced exhaust gas turbocharger.
  • the first aspect of the invention relates to a bearing device for an exhaust gas turbocharger with a first radial bearing and a second radial bearing, wherein the first radial bearing and the second radial bearing for radially supporting a shaft of the exhaust gas turbocharger, comprising a rotation axis, are formed and disposed between the two radial bearings, a spacer is. Between the first radial bearing and one
  • Turbine wheel of the exhaust gas turbocharger facing, radially extending first support wall of the exhaust gas turbocharger, which serves for axial support of the first radial bearing, and the second radial bearing and a compressor wheel of the exhaust gas turbocharger facing radially extending second
  • Radial bearing is formed, a first discharge gap and a second discharge gap is configured. According to the invention for axial and simultaneous radial support and / or to support the radial bearing of the first discharge gap and / or the second discharge gap with respect to the axis of rotation at least partially to form an angle which is greater or less than 90 °, inclined or curved.
  • Radial bearings according to the prior art are cylindrical. In other words, that between the radial bearing and the supporting wall
  • the advantage of the present invention is the achievement of a targeted outflow of lubricant emerging from the discharge gap in a lubricant reservoir of the exhaust gas turbocharger, wherein the targeted outflow away from the sealing rings
  • Lubricant is sucked in particular on the exhaust gas guide section facing radial bearing. Thus, it is avoided that the lubricant can penetrate into the exhaust gas guide section.
  • trained lubricant is preferably the discharge gap in an outlet region of the discharge gap inclined or bent executed.
  • first radial bearing and / or second radial bearing for example, in the form of a truncated cone, the large base surface is formed in each case facing the opposite radial bearing leads to inclined wall surfaces of
  • Radial bearings that increase the effective bearing surfaces of the radial bearings.
  • the increase in effective bearing surfaces results in increased damping of the rotor during operation of the exhaust gas turbocharger.
  • the rigidity of the bearing is also increased by increasing the effective bearing surfaces. Under the effective storage area is a sum of actually the wave
  • Another advantage is the reduction of high-precision storage areas.
  • the bearing surfaces are due to their inclined and / or bent to the rotation axis training simultaneously as a radial and thrust bearing. In turn, costs can be reduced and thus a cost-reduced exhaust gas turbocharger can be realized.
  • Sloping surfaces reduce the sensitivity of the oil gap to length tolerances.
  • the effect of the length tolerance is less due to the skew and / or bent position. This results in a slower consumption of the lubrication gaps, whereby a greater axial play is brought about and the bearing device is configured overall more robust than in the prior art.
  • first radial bearing with the spacer and / or the second radial bearing with the spacer rotatably connected.
  • the first radial bearing and / or the second radial bearing is integrally formed with the spacer.
  • Radial bearings on the formation of the drainage gap can be influenced. Even if one of the drainage gap forming, the wall surface opposite arranged support wall has an orthogonal to the axis of rotation formed extension direction, can be taken to an orientation of the lubricant outlet influence.
  • the first support wall of the shaft or second support wall of the shaft opposite the first wall surface and / or the second wall surface is designed to be complementary to the first wall surface or second wall surface.
  • the shaft has a shaft ring for forming the first support wall.
  • the second support wall is formed by an oil slinger of the exhaust gas turbocharger.
  • Another preferred embodiment is the formation of the spacer made of a plastic, resulting in a weight reduction of the bearing device.
  • the second aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger with a rotor, wherein the rotor comprises a compressor impeller, a turbine wheel and a compressor wheel rotatably connected to the turbine shaft, wherein the rotor in one
  • Bearing portion is rotatably mounted with a bearing device.
  • the bearing device is designed according to one of claims 1 to 10.
  • the advantage of this invention is an increase in damping of the power tool whereby the power tool has improved runnability by being able to run quieter. Furthermore, with the bearing device according to the invention, a rigidity of the rotor tool is increased, as a result of which a resonance frequency of the rotor increases. Furthermore, a friction loss of the exhaust gas turbocharger with the aid of the improved bearing device is substantially reduced due to the increased damping. This improved or reduced friction power of the exhaust gas turbocharger according to the invention leads, for example, to a reduction in fuel demand with the
  • Fig. 1 in a longitudinal section an exhaust gas turbocharger according to the prior
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a bearing device according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of the bearing device according to the invention in a second embodiment
  • Fig. 4 is a perspective view of a first radial bearing, a second
  • a running gear 1 of an exhaust gas turbocharger 2 according to the prior art is formed in a first embodiment of FIG.
  • the exhaust gas turbocharger 2 has a flow-through exhaust gas guide section 3, which during operation of the exhaust gas turbocharger 2 of a fluid, is usually traversed by exhaust gas.
  • the exhaust gas is in
  • the exhaust gas turbocharger 2 is associated with a flow-through air guide section 4 and a positioned between the exhaust gas guide section 3 and the air guide section 4 bearing section 5, wherein the bearing member 1 is rotatably received in the bearing section 5.
  • the running gear 1 comprises a compressor wheel 6 and a turbine wheel 7, which are connected to each other with the aid of a shaft 8 rotatably.
  • the compressor 6 is in a
  • the turbine wheel 7 is in a wheel chamber 10 of the
  • Exhaust gas guide section 3 is rotatably received.
  • the turbine 7 is in the operation of the exhaust gas turbocharger 2 of the
  • Rotary movement can be transmitted by means of the shaft 8 to the compressor wheel 6, which thus performs a rotational movement simultaneously with the rotational movement of the turbine wheel 7.
  • the compressor wheel 6 and its rotational movement fresh air is sucked in, which is compressed in the air guide section 4.
  • the shaft 8 of the power tool 1 is rotatably mounted in the bearing section 5 by means of a bearing device 12, comprising a first radial bearing 13 and a second radial bearing 14.
  • a thrust bearing (not shown in more detail) is also received in the bearing section 5 for axial bearing.
  • the first radial bearing 13 and the second radial bearing 14 in the form of a Semifloating bearing.
  • the first radial bearing 13 and the second radial bearing 14 are arranged coaxially with the axis of rotation 1 of the power tool 1, wherein between the first radial bearing 13 and the second radial bearing 14, a spacer 15 is configured.
  • FIG. 2 shows a bearing device 12 according to the invention in a longitudinal section.
  • the first radial bearing 13 has a first wall surface 16, which faces the turbine wheel 7. Between the first radial bearing 13 and a first
  • Lubricant which is present for lubricating the bearing of the running tool 1 between the shaft 8 and the first radial bearing 13, can flow off into a lubricant reservoir 19 via this first outflow gap 18.
  • the lubricant tank 19 is connected via a drain passage 20 with a lubricant circuit of the internal combustion engine, not shown.
  • the second radial bearing 14 has a second wall surface 21, the second wall surface 21 facing the compressor wheel 6. Between the second wall surface 21 and a second support wall 22 of the shaft 8, which is designed for the axial support of the second radial bearing 14, is a second
  • Drain channel 20 steered.
  • the drainage gaps 18, 23 could also be formed bent. Also, the drainage gaps 18, 23 may be formed only partially inclined or bent. Necessary for the invention is the inclination or bending to be carried out so that the
  • Outlet region of the drainage column 18, 23 is deflected.
  • a lubricant pressure in the bearing is increased, whereby the bearing capacity of the bearing is increased.
  • first wall surface 16 and the second wall surface 21 are complementary to the first support wall 17 and the second
  • the first support wall 17 is a wall of a shaft 8 completely comprehensive shaft 24, which is integrally formed with the shaft 8. Likewise, it could also have been made independently of the shaft 8 and joined with the shaft 8 rotatably.
  • the second support wall 22 is formed by an oil slinger 25 of the exhaust gas turbocharger 2.
  • the storage device 12 is configured in a second embodiment according to FIG. 3 and is designed in the form of a so-called semi-floating bearing.
  • the integral with the spacer 15 running radial bearings 13, 14 do not rotate.
  • a not-shown fixing element is received in a holder opening 28.
  • the discharge gaps 18, 23 have a deflection, whereby a comparison with the first embodiment higher ram pressure is generated. This increases the carrying capacity. From one between the oil slinger 25 and the bearing section. 5
  • Exhaust passage section 3 can be reduced or eliminated. Furthermore, a speed of the lubricant at the exit area 27 decreases, thereby reducing the static pressure in the entire lubricant pool.
  • the deflection can also be formed bent.
  • FIG. 4 is a perspective view of the first radial bearing 13, the second radial bearing 14 and with two radial bearings 13, 14 integrally formed
  • the radial bearings 13, 14 are frusto-conical, whereby a bearing surface 26 of the radial bearings 13, 14 can be easily increased without additional space required.
  • the increase of the bearing surface 26 leads to an improved or increased damping of the power tool 1 and to a rigidity of the bearing of the power tool first
  • the angle ⁇ results in an increase of an effective storage area, wherein the
  • Bearing surface 26 is a part of this effective storage area. If the angle ⁇ is in the form of a shallow angle, i. if its value is less than 45 °, this leads to a substantial increase in the effective storage area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader, aufweisend ein erstes Radiallager (13) und ein zweites Radiallager (14), wobei die Radiallager (13, 14) zur radialen Lagerung einer Welle (8) des Abgasturboladers (2), mit einer Drehachse (11), ausgebildet sind, und wobei zwischen dem ersten Radiallager (13) und einer einem Turbinenrad (7) des Abgasturboladers (2) zugewandt ausgebildeten sich radial erstreckenden ersten Stützwandung (17) des Abgasturboladers (2) zur axialen Abstützung des ersten Radiallagers (13) und zwischen dem zweiten Radiallager (14) und einer einem Verdichterrad (6) des Abgasturboladers (2) zugewandt ausgebildeten sich radial erstreckenden zweiten Stützwandung (22) des Abgasturboladers (2) zur axialen Abstützung des zweiten Radiallagers (14) ein erster Abflussspalt (18) bzw. ein zweiter Abflussspalt (23) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist zur axialen und gleichzeitigen radialen Lagerung und/oder zur Unterstützung der radialen Lagerung der erste Abflussspalt (18) und/oder der zweite Abflussspalt (23) sich gegenüber der Drehachse (11) zumindest teilweise unter Ausbildung eines Winkels (α), welcher größer oder kleiner als 90° ist, geneigt oder gebogen ausgebildet.

Description

IHI Charging Systems International GmbH
Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 11.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 033 814 A1 offenbart eine Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader, dessen, zur radialen Lagerung einer Welle des Abgasturboladers ausgebildete Radiallager mit einem Abstandhalter, welcher zwischen den beiden
Radiallagern angeordnet ist, verbunden sind. Die gesamte Lagervorrichtung ist einteilig ausgebildet, d.h. die Radiallager und der Abstandhalter sind gemeinsam hergestellt. Das Problem einer derartigen Lagervorrichtung ist neben einer aufwendigen Herstellung der Lagervorrichtung auch in den hohen Materialkosten zu sehen, da die Lagervorrichtung bspw. aus einem Rohling aufwendig herausgearbeitet wird.
Aus einer zwischen dem Radiallager und einer dem Radiallager gegenüberliegenden Wandung erfolgt ein Schmiermittelaustritt, welcher eine hohe Fließgeschwindigkeit aufweist. Dadurch ergibt sich ein hoher Druck auf Dichtringe, welche zur Abdichtung gegenüber einem Schmiermittelaustritt in einen Verdichter des Abgasturboladers und einer Turbine des Abgasturboladers vorgesehen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, einen kostenreduzierten Abgasturbolader bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Abgasturbolader mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit
zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader mit einem ersten Radiallager und einem zweiten Radiallager, wobei das erste Radiallager und das zweite Radiallager zur radialen Lagerung einer Welle des Abgasturboladers, aufweisend eine Drehachse, ausgebildet sind und zwischen den beiden Radiallagern ein Abstandhalter angeordnet ist. Zwischen dem ersten Radiallager und einer einem
Turbinenrad des Abgasturboladers zugewandt ausgebildeten, sich radial erstreckenden ersten Stützwandung des Abgasturboladers, welche einer axialen Abstützung des ersten Radiallagers dient, und dem zweiten Radiallager und einer einem Verdichterrad des Abgasturboladers zugewandt ausgebildeten sich radial erstreckenden zweiten
Stützwandung des Abgasturboladers, welche zur axialen Abstützung des zweiten
Radiallagers ausgebildet ist, ist ein erster Abflussspalt bzw. ein zweiter Abflussspalt ausgestaltet. Erfindungsgemäß ist zur axialen und gleichzeitigen radialen Lagerung und/oder zur Unterstützung der radialen Lagerung der erste Abflussspalt und/oder der zweite Abflussspalt sich gegenüber der Drehachse zumindest teilweise unter Ausbildung eines Winkels, welcher größer oder kleiner als 90° ist, geneigt oder gebogen ausgebildet.
Radiallager gemäß dem Stand der Technik sind zylinderförmig ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass ein zwischen dem Radiallager und der Abstützwandung
ausgeführter Abflussspalt orthogonal zur Drehachse vorliegt. Dadurch tritt über den Abflussspalt austretendes Schmiermittel quasi senkrecht zur Drehachse aus dem
Abflussspalt aus. Infolge dieses Austritts ergibt sich ein hoher Druck auf Dichtringe, die der Lagervorrichtung zugeordnet sind und einen Übertritt von Schmiermittel in einen Verdichter des Abgasturboladers und eine Turbine des Abgasturboladers verhindern sollen.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Herbeiführung eines gezielten Abflusses von aus dem Abflussspalt austretenden Schmiermittel in ein Schmiermittelbecken des Abgasturboladers, wobei der gezielte Abfluss von den Dichtringen abgewandt
ausgerichtet ist. Dadurch sind diese nicht mehr der hohen Belastung aufgrund des hohen Staudruckes des auf sie auftreffenden Schmiermittels ausgesetzt. Die geneigten oder gebogen ausgebildete Abflussspalte führen zu einem Venturi-Effekt, wodurch
insbesondere am dem Abgasführungsabschnitt zugewandt ausgebildeten Radiallager Schmiermittel angesaugt wird. Somit ist vermieden, dass das Schmiermittel in den Abgasführungsabschnitt eindringen kann. Zur Steigerung eines Öldruckes des zwischen der Welle und dem Radiallager
ausgebildeten Schmiermittels ist bevorzugt der Abflussspalt in einem Austrittsbereich des Abflussspaltes geneigt oder gebogen ausgeführt.
Eine Ausbildung des ersten Radiallagers und/oder zweiten Radiallagers bspw. in Form eines Kegelstumpfes, dessen große Grundfläche jeweils dem gegenüberliegenden Radiallager zugewandt ausgebildet ist, führt zu geneigten Wandungsflächen der
Radiallager, die eine Vergrößerung von effektiven Lagerflächen der Radiallager erwirken. Die Vergrößerung der effektiven Lagerflächen ergibt eine gesteigerte Dämpfung des Laufzeugs während dem Betrieb des Abgasturboladers. Des Weiteren wird die Steifigkeit der Lagerung durch die Vergrößerung der effektiven Lagerflächen ebenfalls vergrößert. Unter der effektiven Lagerfläche ist eine Summe der tatsächlich der Welle
gegenüberliegenden Lagerfläche der Radiallager und ein Anteil der Wandungsfläche mit einer sich in radialer Richtung ausgerichteten Reibungskraftkomponente zu verstehen.
Ein weiterer Vorteil ist in einer Reduzierung hochpräziser Lagerflächen zu sehen.
Die Lagerflächen dienen aufgrund ihrer zur Drehachse geneigten und/oder gebogenen Ausbildung gleichzeitig als Radial- und als Axiallager. Dadurch wiederum können Kosten gesenkt werden und somit ein kostenreduzierter Abgasturbolader realisiert werden.
Schräge Flächen verringern die Empfindlichkeit des Ölspaltes auf Längentoleranzen. Die Auswirkung der Längentoleranz ist aufgrund der Schrägstellung und/oder gebogenen Stellung geringer. Dies ergibt einen langsameren Aufbrauch der Schmierspalte, wodurch ein größeres Axialspiel herbeigeführt wird und die Lagervorrichtung insgesamt robuster als im Stand der Technik ausgestaltet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Radiallager mit dem Abstandhalter und/oder das zweite Radiallager mit dem Abstandhalter drehfest verbunden.
Vorteilhafterweise ist das erste Radiallager und/oder das zweite Radiallager mit dem Abstandhalter einstückig ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der erste Abflussspalt und/oder der zweite
Abflussspalt eine vom ersten Radiallager bzw. eine vom zweiten Radiallager gebildete erste Wandungsfläche bzw. zweite Wandungsfläche auf, welche gegenüber der
Drehachse geneigt ausgebildet ist. Somit kann bereits bei der Herstellung des
Radiallagers auf die Ausbildung des Abflussspaltes Einfluss genommen werden. Selbst wenn eine den Abflussspalt bildende, der Wandungsfläche gegenüberliegend angeordnete Stützwandung eine orthogonal zur Drehachse ausgebildete Erstreckungsrichtung aufweist, kann auf eine Ausrichtung des Schmiermittelaustritts Einfluss genommen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist die der ersten Wandungsfläche und/oder der zweiten Wandungsfläche gegenüberliegende erste Stützwandung der Welle bzw. zweite Stützwandung der Welle komplementär zur ersten Wandungsfläche bzw. zweiten Wandungsfläche ausgebildet. Somit kann ein definierter Abflussspalt zu definierten Beeinflussung des Schmiermitteldruckes im Abflussspalt realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung weist die Welle zur Ausbildung der ersten Stützwandung einen Wellenring auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist die zweite Stützwandung von einem Ölschleuderring des Abgasturboladers gebildet. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass, da der Ölschleuderring ein unabhängig von der Welle gefertigtes Bauteil ist, die Herstellung einer komplementären oder nur teilweise komplementären Ausbildung der Stützwand ohne einen wesentlichen Mehraufwand möglich ist. Des Weiteren wird ein zusätzlicher Schleudereffekt aufgrund des schrägen und/oder gebogen ausgebildeten Abflussspaltes erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung ist die Ausbildung des Abstandhalters aus einem Kunststoff, wodurch sich eine Gewichtsreduzierung der Lagervorrichtung ergibt.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Laufzeug, wobei das Laufzeug ein Verdichterrad, ein Turbinenrad und eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad drehfest verbindende Welle umfasst, wobei das Laufzeug in einem
Lagerabschnitt mit einer Lagervorrichtung drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist die Lagervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet.
Der Vorteil dieser Erfindung ist eine Steigerung einer Dämpfung des Laufzeugs, wodurch das Laufzeug ein verbessertes Laufverhalten aufweist, indem es laufruhiger betrieben werden kann. Des Weiteren wird mit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung eine Steifigkeit des Laufzeugs erhöht, wodurch sich eine Resonanzfrequenz des Rotors erhöht. Des Weiteren ist eine Reibleistung des Abgasturboladers mit Hilfe der verbesserten Lagervorrichtung aufgrund der gesteigerten Dämpfung wesentlich reduziert. Diese verbesserte bzw. reduzierte Reibleistung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers führt beispielsweise zu einer Reduzierung eines Kraftstoffbedarfs einer mit dem
Abgasturbolader verbundenen Verbrennungskraftmaschine, da der erfindungsgemäße Abgasturbolader einen geringeren Abgasmassendurchsatz zur Erzielung einer Leistung eines Abgasturboladers gemäß dem Stand der Technik entsprechend benötigt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt einen Abgasturbolader gemäß dem Stand der
Technik,
Fig. 2 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung ein erstes Radiallager, ein zweites
Radiallager und ein mit dem ersten Radiallager und dem zweiten
Radiallager einstückig ausgebildeten Abstandhalter der
erfindungsgemäßen Lagervorrichtung.
Ein Laufzeug 1 eines Abgasturboladers 2 gemäß dem Stand der Technik ist in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgebildet. Der Abgasturbolader 2 weist einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 3 auf, welcher im Betrieb des Abgasturboladers 2 von einem Fluid, in der Regel von Abgas durchströmt wird. Das Abgas ist im
Allgemeinen, aber nicht zwangsweise, ein Verbrennungsprodukt einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine.
Dem Abgasturbolader 2 ist ein durchströmbarer Luftführungsabschnitt 4 sowie ein zwischen dem Abgasführungsabschnitt 3 und dem Luftführungsabschnitt 4 positionierter Lagerabschnitt 5 zugeordnet, wobei im Lagerabschnitt 5 das Laufzeug 1 drehbar aufgenommen ist.
Das Laufzeug 1 umfasst ein Verdichterrad 6 und ein Turbinenrad 7, welche miteinander mit Hilfe einer Welle 8 drehfest verbunden sind. Das Verdichterrad 6 ist in einer
Verdichterradkammer 9 des Luftführungsabschnitts 4 zum Ansaugen von im Allgemeinen Frischluft angeordnet. Das Turbinenrad 7 ist in einer Radkammer 10 des
Abgasführungsabschnitts 3 drehbar aufgenommen.
Das Turbinenrad 7 wird im Betrieb des Abgasturboladers 2 von dem den
Abgasführungsabschnitt 3 durchströmenden Abgas beaufschlagt und angetrieben, wobei es eine Drehbewegung um eine Drehachse 11 des Laufzeugs 1 ausführt. Diese
Drehbewegung ist mit Hilfe der Welle 8 auf das Verdichterrad 6 übertragbar, welches somit simultan zur Drehbewegung des Turbinenrads 7 eine Drehbewegung ausführt. Mit Hilfe des Verdichterrades 6 und dessen Drehbewegung wird Frischluft angesaugt, welche im Luftführungsabschnitt 4 verdichtet wird.
Die Welle 8 des Laufzeugs 1 ist im Lagerabschnitt 5 mit Hilfe einer Lagervorrichtung 12, umfassend ein erstes Radiallager 13 und ein zweites Radiallager 14 drehbar gelagert. Im Bereich des Verdichterrades 6 ist des Weiteren zur axialen Lagerung ein nicht näher dargestelltes Axiallager im Lagerabschnitt 5 aufgenommen. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel weisen das erste Radiallager 13 und das zweite Radiallager 14 die Form eines Semifloating-Lagers auf.
Das erste Radiallager 13 und das zweite Radiallager 14 sind koaxial mit der Drehachse 1 des Laufzeugs 1 angeordnet, wobei zwischen dem ersten Radiallager 13 und dem zweiten Radiallager 14 ein Abstandhalter 15 ausgestaltet ist. Der Abstandhalter 15, auch als Distanzhülse bezeichnet, unterstützt eine axiale Fixierung der beiden Radiallager 13, 14 und ist einstückig und drehfest mit den beiden Radiallagern 13, 14 verbunden. Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung 12 in einem Längsschnitt. Das erste Radiallager 13 weist eine erste Wandungsfläche 16 auf, welche dem Turbinenrad 7 zugewandt ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Radiallager 13 und einer ersten
Stützwandung 17 der Welle 8, welcher zur axialen Abstützung des ersten Radiallagers 13 ausgebildet ist, liegt ein erster Abflussspalt 18 vor. Über diesen ersten Abflussspalt 18 kann Schmiermittel, welches zur Schmierung der Lagerung des Laufzeugs 1 zwischen der Welle 8 und dem ersten Radiallager 13 vorliegt, in ein Schmiermittelbecken 19 abfließen. Das Schmiermittelbecken 19 ist über einen Ablaufkanal 20 mit einem nicht näher dargestellten Schmiermittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine verbunden.
Das zweite Radiallager 14 weist eine zweite Wandungsfläche 21 auf, wobei die zweite Wandungsfläche 21 dem Verdichterrad 6 zugewandt ausgebildet ist. Zwischen der zweiten Wandungsfläche 21 und einer zweiten Stützwandung 22 der Welle 8, welche zur axialen Abstützung des zweiten Radiallagers 14 ausgebildet ist, liegt ein zweiter
Abflussspalt 23 vor, über den das Schmiermittel in das Schmiermittelbecken 19 abfließen kann. Beide Abflussspalte 18, 23 sind gegenüber der Drehachse 1 1 unter Ausbildung jeweils eines Winkels <x, welcher kleiner als 90° ist, geneigt. Aufgrund der geneigten Ausbildung der Abflussspalte 18, 23, die von einer bezogen auf die Drehachse 11 orthogonalen Ausbildung abweicht, wird das Schmiermittel direkt in Richtung des
Ablaufkanals 20 gelenkt.
Ebenso könnten die Abflussspalte 18, 23 auch gebogen ausgebildet sein. Auch könnten die Abflussspalte 18, 23 nur teilweise geneigt oder gebogen ausgebildet sein. Für die Erfindung notwendig ist die Neigung oder Biegung so auszuführen, dass das
Schmiermittel abweichend von einer, wie im Stand der Technik angegebenen,
orthogonalen Ausströmung aus der Lagervorrichtung 12, insbesondere in einem
Austrittsbereich der Abflussspalte 18, 23 umgelenkt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Abflussspalt 18 und/oder der zweite Abflussspalt 23 insbesondere im Austrittsbereich 27 der Abflussspalte 18, 23 gegenüber der Drehachse 1 1 zumindest teilweise unter Ausbildung des Winkels a, welcher größer oder kleiner als 90° ist, geneigt oder gebogen ausgebildet ist. Dadurch wird ein Schmiermitteldruck im Lager erhöht, wodurch die Tragfähigkeit des Lagers gesteigert wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Wandungsfläche 16 und die zweite Wandungsfläche 21 komplementär zur ersten Stützwandung 17 bzw. zur zweiten
Stützwandung 22 ausgebildet. Die erste Stützwandung 17 ist eine Wandung eines die Welle 8 vollständig umfassenden Wellenrings 24, welcher einstückig mit der Welle 8 ausgebildet ist. Ebenso könnte er auch unabhängig von der Welle 8 hergestellt worden sein und mit der Welle 8 drehfest gefügt sein.
Die zweite Stützwandung 22 ist von einem Ölschleuderring 25 des Abgasturboladers 2 gebildet.
Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung 12 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ausgestaltet und ist in Form eines so genannten semi-floating Lagers ausgeführt. Dabei drehen sich die einstückig mit dem Abstandhalter 15 ausgeführten Radiallager 13, 14 nicht. Zur Fixierung ist ein nicht näher dargestelltes Fixierelement in einer Halteröffnung 28 aufgenommen.
Die Abflussspalte 18, 23 weisen eine Umlenkung auf, wodurch ein gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel höherer Staudruck erzeugt wird. Dadurch wird die Tragfähigkeit erhöht. Aus einer zwischen dem Ölschleuderring 25 und dem Lagerabschnitt 5
ausgebildeten Kammer 29 wird durch den erzeugten höheren Venturi-Effekt Schmiermittel verbessert angesaugt, wodurch ein Übertritt des Schmiermittels in den
Abgasführungsabschnitt 3 verringert bzw. eliminiert werden kann. Des Weiteren verringert sich eine Geschwindigkeit des Schmiermittels am Austrittsbereich 27, wodurch der statische Druck im gesamten Schmiermittelbecken reduziert wird.
Die Umlenkung kann auch gebogen ausgebildet sein.
In Fig. 4 ist in einer perspektivischen Darstellung das erste Radiallager 13, das zweite Radiallager 14 und der mit beiden Radiallagern 13, 14 einstückig ausgebildete
Abstandhalter 15 dargestellt. Die Radiallager 13, 14 sind kegelstumpfförmig ausgebildet, wodurch sich eine Lagerfläche 26 der Radiallager 13, 14 auf einfache Weise erhöhen lässt ohne zusätzlich benötigten Bauraum. Die Erhöhung der Lagerfläche 26 führt zu einer verbesserten bzw. gesteigerten Dämpfung des Laufzeugs 1 und zu einer Steifigkeit der Lagerung des Laufzeugs 1.
Der Winkel α ergibt eine Vergrößerung einer effektiven Lagerfläche, wobei die
Lagerfläche 26 ein Teil dieser effektiven Lagerfläche ist. Ist der Winkel α in Form eines flachen Winkels ausgebildet, d.h. ist sein Wert kleiner als 45°, so führt dies zu einer wesentlichen Steigerung der effektiven Lagerfläche.

Claims

Patentansprüche
1. Lagervorrichtung für einen Abgasturbolader, aufweisend ein erstes Radiallager (13) und ein zweites Radiallager (14), wobei die Radiallager (13, 14) zur radialen
Lagerung einer Welle (8) des Abgasturboladers (2) ausgebildet sind, und wobei zwischen dem ersten Radiallager (13) und einer einem Turbinenrad (7) des
Abgasturboladers (2) zugewandt ausgebildeten sich radial erstreckenden ersten Stützwandung (17) des Abgasturboladers (2) zur axialen Abstützung des ersten Radiallagers (13) und zwischen dem zweiten Radiallager (14) und einer einem Verdichterrad (6) des Abgasturboladers (2) zugewandt ausgebildeten sich radial erstreckenden zweiten Stützwandung (22) des Abgasturboladers (2) zur axialen Abstützung des zweiten Radiallagers (14) ein erster Abflussspalt (18) bzw. ein zweiter Abflussspalt (23) ausgebildet ist, und wobei die Welle (8) eine Drehachse (11 ) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur axialen und gleichzeitigen radialen Lagerung und/oder zur Unterstützung der radialen Lagerung der erste Abflussspalt (18) und/oder der zweite Abflussspalt (23) sich gegenüber der Drehachse (11 ) zumindest teilweise unter Ausbildung eines Winkels (a), welcher größer oder kleiner als 90° ist, geneigt oder gebogen ausgebildet ist, wobei ein Austrittsbereich (27) des Abflussspaltes (18; 23) im Vergleich zu einem wellennahen Bereich des Abflussspaltes (18; 23) von den Rädern (6, 7) abgewandt ausgebildet ist.
2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Abflussspalt (18) und/oder der zweite Abflussspalt (23) in einem
Austrittsbereich (27) des Abflussspaltes (18; 23) sich gegenüber der Drehachse (11 ) zumindest teilweise unter Ausbildung des Winkels (a), welcher größer oder kleiner als 90° ist, geneigt oder gebogen ausgebildet ist.
3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Radiallager (13) und dem zweiten Radiallager (14) ein Abstandhalter (15) ausgebildet ist.
4. Lagervorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Radiallager ( 3) mit dem Abstandhalter (15) und/oder das zweite
Radiallager (14) mit dem Abstandhalter (15) drehfest verbunden ist.
5. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Radiallager (13) und/oder das zweite Radiallager (14) mit dem
Abstandhalter (15) einstückig ausgebildet ist.
6. Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Abflussspalt (18) und/oder der zweite Abflussspalt (23) eine vom ersten Radiallager (13) bzw. eine vom zweiten Radiallager (14) gebildete erste
Wandungsfläche (16) bzw. zweite Wandungsfläche (21) aufweist, welche
gegenüber der Drehachse (11 ) geneigt ausgebildet ist.
7. Lagervorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der ersten Wandungsfläche (16) und/oder der zweiten Wandungsfläche (21 ) gegenüberliegende erste Stützwandung (17) der Welle (8) bzw. zweite
Stützwandung (22) der Welle (8) komplementär ausgebildet ist.
8. Lagervorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (8) zur Ausbildung der ersten Stützwandung (17) einen Wellenring (24) aufweist.
9. Lagervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Stützwandung (22) von einem Olschleuderring (25) des Abgasturboladers (2) gebildet ist.
10. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandhalter (15) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
11. Abgasturbolader mit einem Laufzeug, wobei das Laufzeug (1 ) ein Verdichterrad (6), ein Turbinenrad (7) und eine das Verdichterrad (6) mit dem Turbinenrad (7) drehfest verbindende Welle (8) umfasst, wobei das Laufzeug (1) in einem Lagerabschnitt (5) mit einer Lagervorrichtung ( 2) drehbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagervorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
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