CN102597554B - 一种内燃机的增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力产生装置尤其是内燃机增压器的轴(2)的轴承单元(1)，其中，所述轴(2)由至少一个第一滚动轴承(4)和至少一个第二滚动轴承(5)支承，其中，每个滚动轴承(4，5)分别具有内圈(6，7)和外圈(8，9)，其中，在所述圈(6，7，8，9)之间形成环形空腔(10)并且其中，在环形空腔(10)中设置有滚动体(11，12)。为了更好地对压力产生装置的轴承进行润滑，本发明规定，在环形空腔(10)中设置至少一个体积元件(13)，所述至少一个体积元件至少部分地在轴向区域内填充所述环形空腔(10)。
Description
本发明涉及一种压力产生装置尤其是内燃机增压器的轴的轴承单元，其中，该轴由至少一个第一滚动轴承和至少一个第二滚动轴承支承，其中，每个滚动轴承各具有内圈和外圈，其中，在这些圈之间形成环形空腔，并且其中在该环形空腔中设有滚动体。
这种类型的轴承单元例如由DE 202004017194U1公开。在此，废气涡轮增压器的轴在两个相互抵靠设置的并且因此通过确定的预紧力固定轴的角接触球轴承中导引。
已知的用于给内燃机，尤其是涡轮增压机增压进气的系统大多基于一般借助滚动轴承装置支承的旋转的子系统。在此，轴承充分的润滑是一个重要的并且决定轴承使用寿命的因素。
为了满足持续的成本压力，相对油润滑来说更优选进行油脂润滑。但在待支承的轴不是水平定向的轴承装置中，由于重力会产生这种问题，即，润滑所需的油脂或位于其中的油随着时间的推移易于从滚动轴承滚道的区域中泄漏出。这大多在这种情况下造成需要完全密封所用轴承。
在增压器系统中存在这些应用，在这些应用中有意地允许或要求轴承装置处于倾斜位置，在极端的情况下甚至规定出垂直的旋转轴线。这种情况例如出现在所谓的气动压力波增压器中。
本发明所要解决的技术问题是，改进开头所述类型的压力产生装置的轴承单元，使得压力产生装置的轴也可以毫无问题地处于不与水平位置相应的位置。在此应总是保证，确保将润滑剂充分地供应给轴承装置。在此应可实现一种廉价的方案。
该技术问题通过本发明这样解决，即，在轴承的内圈与外圈之间的环形空腔中设有至少一个体积元件，该体积元件至少部分地在轴向区域内填充环形空腔。
这两个滚动轴承在此按一种优选的实施形式并排地并且彼此邻接地布置，其中，体积元件布置在两个滚动轴承的滚动体之间的轴向区域内。
但作为补充或备选也可行的是，体积元件布置在滚动轴承的端侧或其附 近的滚动轴承轴向端部区域内。
体积元件优选设计为尤其是实心的环形体。但该体积元件也可以设计成空心结构。
体积元件可以在环形空腔的大部分径向尺寸，尤其是在该环形空腔的径向尺寸的至少50％上延伸。
这两个滚动轴承的两个内圈可以相互一体式构造。但还可行的是，两个滚动轴承的两个外圈相互一体式构造。
体积元件按一种扩展设计可以设计为滚动轴承保持架的一个扩宽部分。
体积元件还可以借助形状接合式连接轴向地固定在环形空腔中。该体积元件可以形成环形空腔相对于内圈和/或外圈的密封装置。
这两个滚动轴承可以相邻地布置，其中，在内圈和/或外圈之间有效地布置有弹簧元件，该弹簧元件在滚动轴承中产生轴向预紧力。该弹簧元件也可以由体积元件本身构成。
该体积元件可以由金属，尤其是由钢或轻质金属，由塑料材料或陶瓷材料制成。
该滚动轴承优选设计成球轴承，尤其是深沟球轴承或角接触球轴承，其中，球体尤其由陶瓷材料制成。
该轴承单元优选是内燃机的增压器的组成部分，其中，增压器是废气涡轮增压器、机械压缩机或气动压力波增压器。
因此为了提供尽可能廉价的，但还在整个使用寿命期间保持功能性的解决方案，本发明规定使用至少是双列的滚动轴承装置，该滚动轴承装置在这至少两列滚动体之间具有至少一个中间元件。该中间元件填充现有间隙的至少一部分，以便将存在于滚动体列的区域内的润滑剂保持在滚道区域内。此外可以规定，在滚动体列与轴承端面之间设有封闭元件。该封闭元件可以填充现有间隙的大部分，以便将处于滚动体列区域内的润滑剂保持在滚道区域。
通常在已知的增压器系统中给出旋转轴水平的定向(其中轴承装置的润滑剂供应是相对不成问题的)，而通过所建议的解决方案也可以实现，在轴不为零度地，亦即非水平地布置时也供应给轴承装置足够的润滑剂，以确保在大多通常为300000km的整个使用寿命中对滚动轴承列进行充分地润滑。因此，按本发明的建议允许倾斜的安装位置(在轴的水平布置到其垂直布置 之间的整个范围)，其中，设置有油脂润滑的系统。
所建议的解决方案尤其设计用于内燃机的增压器。但它也适用于介质压力的增大是功能基础的所有应用。
优选的解决方案规定，除所述轴承装置外，使用单独的滚针轴承装置。在此，可以在所述轴承装置与滚针轴承装置之间设置中间件，优选在定位轴承与浮动轴承之间设置套筒形中间件。
在轴承装置中优选设计再润滑可能性，以便能够补充地导入润滑剂，尤其是油脂。
也可以规定，将轴承的一个或多个滚道直接加工到待支承的轴的外圆周中，因此相应地可以省掉单独的轴承圈。
体积元件同时也可以承担密封功能并且为此相应地构造。在此，既可以实现密封装置的类迷宫式的结构方案也可以实现一种具有磨擦密封唇的结构方案。
整个轴承装置可以配有中间元件，其中，至少两个具有分离轴承圈的轴承列借助额外的例如套筒形的容纳部形成预装配的轴承单元。带有中间元件的整个轴承装置也可以设计成，使得至少两个具有分离轴承圈的轴承列借助额外的连接元件形成预装配的轴承单元。两个轴承圈(作为预装配单元)的连接可以在此借助连接元件事后的变形过程实现。
连接元件可以直接或借助附加元件间接地将拉力和/或压力施加到两个轴承圈上，以致使两个轴承列预紧。
带有中间元件的整个轴承装置也可以设计成，使得在安装状态下至少一个轴承列借助至少一个额外的配合元件将压力施加到至少一个轴承圈上，从而形成轴承列的确定的轴承间隙或轴承预紧。该配合元件同时可以形成中间元件(单构件式或多构件式)。
体积元件可以由金属材料(例如由铝、钢或烧结材料)制成或也可以由非金属材料(例如塑料、弹性体材料或陶瓷)制成。该体积元件也可以由复合材料制成。
体积元件可以通过浇铸(或注塑)工艺或挤压工艺制成。
使用了本发明的优选增压器类型是废气涡轮增压器、机械增压器(压缩机)或气动压力波增压器(Hyprex-增压器或气波增压器)。
在附图中描述本发明的实施例。在附图中：
图1是按本发明第一种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图2是按本发明第二种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图3是按本发明第三种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图4是按本发明第四种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图5是按本发明第五种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图6是带有按本发明轴承单元的废气涡轮增压器的剖面图，
图7是按本发明第六种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图8是按图7的细节“W”，
图9是按本发明第七种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图10是按图9的细节“X”，
图11是按本发明第八种实施形式的轴承单元的径向剖面图，
图12是按图11的细节“Y”，
图13是按本发明第九种实施形式的轴承单元的径向剖面图以及
图14是按图13的细节“Z”。
在图1中示出轴承单元1，该轴承单元1具有两个滚动轴承4和5，即，第一滚动轴承4和第二滚动轴承5。两个滚动轴承设计为深沟球轴承并且分别具有一列滚动体(球体)11或12。两个滚动轴承4，5具有共同的、一体式构造的内圈6或7；同时每个轴承4，5分别具有外圈8或9。
通过轴承单元1支承内燃机增压器的一根仅简略表示的轴2。
在两个轴承4，5的外圈8，9与一体式的内圈6，7之间定义出环形空腔10，在按规定使用轴承单元1时将润滑油脂引入该环形空腔中。
为了即使在轴2不是水平地而是偏离水平线地支承时也尽可能地将润滑油脂保持在两个轴承4，5的滚道20，21，22和23区域内，在外圈和内圈之间的环形空腔10中布置有体积单元13。
在此指的是由塑料制成的、润滑物质无法穿透的圈。该圈将润滑油脂从体积元件延伸的轴向区域内的环形空腔10中挤出，使得油脂保持在滚道20，21，22，23的区域内。
在按图1的实施例中，体积元件13通过形状接合式连接17，18进行轴向固定。该形状接合式连接具有突起17，该突起17啮合到形状相符的凹处18中。突起17和凹处18均设计成旋转对称的。一旦在装配时突起17与凹处18咬合，体积元件13就被轴向固定。
两个外圈8，9借助连接元件24连接在一起。通过该连接元件24还可以在轴承外圈8，9之间产生轴向预紧力，从而在轴承4，5中产生压力角(在球体11，12中用虚线表示)。
在图2中简略示出按图1解决方案的备选方案。体积元件13又布置在环形空腔10中的两列滚动体11，12之间。在此省去了借助形状接合式连接对体积元件13的轴向固定。
在按图3的解决方案中，在两个轴承外圈8，9之间设置弹簧元件19，该弹簧元件19将两个轴承外圈8，9相互挤开并且由此在轴承单元1中产生预紧力。体积元件13在此通过两个形状接合式的连接17，18轴向地固定。此外，通过凹处18中的突起17还可以由体积元件13本身在轴承单元中产生预紧力。
根据预紧力的方向，可以实现O型或X型布置的轴承装置。
在按图4的解决方案中规定，使用滚动轴承保持架16，以便导引球体11，12。体积元件13布置在保持架上，亦即它似乎是伸入两列球体11，12之间的环形空腔中的并且在此实现所述的油脂挤出的保持架突起。与前述解决方案不同的是，两个轴承4，5的轴承外圈8，9在此一体式地构造，而使用单独的轴承内圈6，7。
如在按图5的解决方案中可见，体积元件13也可以布置在轴承4的保持架16上(参见图5的左侧)，而在它旁边可以使用另一个单独的体积元件13(参见图5的右侧)。
在图6中概略示出废气涡轮增压器3，其轴2由轴承单元1支承，亦即可旋转地布置在外壳25中。在此，轴承单元(在右边区域内)由如在图1至5中所示的并且用作定位轴承的轴承装置组成。作为补充(在左边区域内)将滚针轴承26用作浮动轴承。在两个轴承系统之间设置中间套筒27。该中间套筒也用于使润滑油脂保留在轴承滚道的区域内。
在图7和图8中概略示出按本发明设计方案的另一种变型。在此规定，除了位于两列滚动体11，12之间的体积元件13，即更确切地说，除了两个体积元件13外，在两个轴承4，5的端面15区域内还分别在环形空腔10中设有另一个体积元件14。由此防止油脂从轴承4，5侧面流出滚道区域。
未描述但也可行的是，端侧15区域内的体积元件14以相似于图1或图3概略示出的方式，亦即通过形状接合式连接17，18轴向地固定定位。
在图9和图10中可见，在体积元件14上或在体积元件14的区域内设置确保轴承侧面密封的密封装置28。
在附图11至图14中简略表示了其它备选的解决方案，其中，在两个轴承4，5之间或者更精确地说在轴承内圈6，7之间的弹簧元件19用于在轴承单元中产生预紧。
在附图8，10，12和14中示出，可以规定内圈超出外圈一段确定的轴向超出量x。
附图标记清单
1轴承单元
2轴
3压力产生装置(增压器)
4第一滚动轴承
5第二滚动轴承
6内圈
7内圈
8外圈
9外圈
10环形空腔
11滚动体(球体)
12滚动体(球体)
13体积元件
14体积元件
15端侧
16滚动轴承保持架
17，18形状配合式连接
17形状接合式连接部分(突起)
18形状接合式连接部分(凹处)
19弹簧元件
20滚道
21滚道
22滚道
23滚道
24连接元件
25外壳
26滚针轴承
27中间套筒
28密封装置
x轴向超出量
Claims (13)
1.一种内燃机的增压器(3)，该增压器(3)具有用于轴(2)的轴承单元(1)，其中，所述轴(2)由至少一个第一滚动轴承(4)和至少一个第二滚动轴承(5)支承，其中，每个滚动轴承(4，5)分别具有内圈(6，7)和外圈(8，9)，其中，在所述圈(6，7，8，9)之间形成环形空腔(10)并且在所述环形空腔(10)中设置有滚动体(11，12)，其中，在所述环形空腔(10)中设置至少一个体积元件(13，14)，所述至少一个体积元件(13，14)在轴向区域内至少部分地填充所述环形空腔(10)，其特征在于，两个滚动轴承(4，5)的两个内圈(6，7)相互设计为一体式的，其中，两个外圈(8，9)分别设计为分离的圈，其中连接元件(24)连接两个外圈(8，9)，其中，连接元件(24)设计为单独的构件并且连同两个外圈(8，9)构成齐平的外圆周面。
2.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述两个滚动轴承(4，5)并排地并且彼此邻接地布置，其中，所述体积元件(13)布置在所述两个滚动轴承(4，5)的滚动体(11，12)之间的轴向区域内。
3.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(14)设置在所述滚动轴承(4，5)的端侧(15)或其附近的轴向端部区域内。
4.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)设计为环形体。
5.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)在所述环形空腔(10)的大部分径向尺寸上，亦即所述环形空腔(10)的径向尺寸的至少50％上延伸。
6.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)设计成滚动轴承保持架(16)的扩宽的部分。
7.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)借助形状接合式连接(17，18)轴向地固定在所述环形空腔(10)中。
8.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)形成所述环形空腔(10)相对所述内圈(6，7)和/或所述外圈(8，9)的密封装置。
9.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述两个滚动轴承(4，5)相邻地布置，其中，在所述内圈(6，7)和/或所述外圈(8，9)之间有效地设置弹簧元件(19)，所述弹簧元件(19)在所述滚动轴承(4，5)中产生轴向预紧。
10.如权利要求9所述的增压器，其特征在于，所述弹簧元件(19)由所述体积元件(13)本身形成。
11.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述体积元件(13，14)由金属，由塑料或由陶瓷材料制成。
12.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述滚动轴承(4，5)设计成球轴承，其中球体由陶瓷材料制成。
13.如权利要求1至3之一所述的增压器，其特征在于，所述增压器是废气涡轮增压器、机械压缩机或气动压力波增压器。
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