DE102008031730A1 - Bearing housing for exhaust gas turbo charger of internal-combustion engine, has bearing surface for mounting shaft, by which turbine wheel and compressor wheel are coupled with one another - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Lagergehäuse der im Oberbegriff der Patentanspruchs 1 angegebenen Art für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Abgasturboladers.The The invention relates to a bearing housing specified in the preamble of claim 1 for a kind Exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine. The invention relates Furthermore, an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of in the preamble of claim 6 specified type and a method for producing an exhaust gas turbocharger.
Derartige Lagergehäuse bzw. Abgasturbolader mit derartigen Lagergehäusen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die bekannten Lagergehäuse dienen zum Lagern einer Welle, über welche ein in einem Turbinengehäuse des Abgasturboladers anzuordnendes Turbinenrad und ein in einem Verdichtergehäuse anzuordnendes Verdichterrad drehfest miteinander koppelbar sind. Das Turbinenrad, die Welle und das Verdichterrad bilden dabei das sogenannte Laufzeug des Abgasturboladers. Zur betriebssicheren Lagerung der Welle umfasst das Lagergehäuse üblicherweise ein oder mehrere Radial- und Axiallager, deren Lagerflächen während des Betriebs des Abgasturboladers radiale Kräfte aufnehmen können und eine gewisse Längsverschiebbarkeit der Welle erlauben, so dass mechanische und thermische Einflüsse ausgeglichen werden können. Zur Trennung von Lagerfläche und Welle umfasst das Lagergehäuse bzw. der Abgasturbolader wenigstens eine Führungsleitung, welche zum Zuführen von Schmierstoff zur Lagerfläche mit einer Schmierstoffversorgung der Brennkraftmaschine koppelbar ist. Mit Hilfe des zugeführten Schmierstoffs kann ein Schmierfilm erzeugt und eine Trennung der relativ zueinander bewegten Lagerfläche und Wellenoberfläche erzielt werden. Hierdurch wird der Verschleiß gesenkt und die Lebensdauer des Lagergehäuses bzw. des Abgasturboladers erhöht.such bearing housing or exhaust gas turbocharger with such bearing housings are already out of the state known to the art. The known bearing housings are used for storing a Wave about which one in a turbine housing the exhaust gas turbocharger to be arranged turbine wheel and a in a compressor housing to be arranged compressor wheel rotatably coupled to each other. The turbine wheel, the shaft and the compressor wheel form the so-called running gear of the exhaust gas turbocharger. For reliable storage the shaft usually includes the bearing housing one or more radial and thrust bearings, their bearing surfaces during operation the exhaust gas turbocharger radial forces be able to record and a certain longitudinal displacement allow the shaft to compensate for mechanical and thermal influences can be. to Separation of storage area and shaft includes the bearing housing or the exhaust gas turbocharger at least one guide line, which for supplying Lubricant to the bearing surface can be coupled with a lubricant supply to the internal combustion engine. With the help of the supplied Lubricant can produce a lubricating film and a separation of achieved relative to each other moving bearing surface and shaft surface become. As a result, the wear is reduced and the life of the bearing housing or of the exhaust gas turbocharger increased.
Als nachteilig an den bekannten Lagergehäusen bzw. den bekannten Abgasturboladern ist jedoch der Umstand anzusehen, dass es bei bestimmten Betriebszuständen der zugeordneten Brennkraftmaschine, beispielsweise beim Einlauf nach der Montage, nach einem längeren Stillstand oder einem Ölwechsel, aufgrund eines Schmiermittelmangels im Bereich der Wellenlagerung zu kritischen Situationen und irreparablen Schädigungen kommen kann. Diese Problematik tritt insbesondere bei Abgasturboladertypen auf, die bereits bei niedrigen Abgasmassenströmen ein hohes Turbinenaufstauverhalten zeigen, Beispiele hierfür sind Abgasturbolader mit mehreren Fluten, variablen Turbinen oder drehbaren Leitschaufeln vor dem Turbinenrad.When disadvantageous to the known bearing housings or the known exhaust gas turbochargers However, the fact that in certain operating conditions the associated internal combustion engine, for example, when enema the assembly, after a longer Standstill or an oil change, due to a lack of lubricant in the shaft bearing area can lead to critical situations and irreparable damage. These Problem arises in particular in exhaust gas turbocharger types, the even at low exhaust gas mass flows a high turbine backflow behavior show examples of this are turbochargers with multiple floods, variable turbines or rotating vanes in front of the turbine wheel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lagergehäuse sowie einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch in Betriebszuständen mit Schmiermittelmangel eine verbesserte Notlaufeigenschaft besitzen.task The invention is therefore a bearing housing and an exhaust gas turbocharger of the type mentioned, which also in operating conditions with Lubricant deficiency have improved runflat property.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Abgasturboladers gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Lagergehäuses und des Abgasturboladers – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.The The object is achieved by a bearing housing with the features of claim 1, an exhaust gas turbocharger with the features of claim 6 and by a method for Producing an exhaust gas turbocharger according to claim 9 solved. advantageous Embodiments with appropriate and non-trivial developments of the invention are in the respective dependent claims specified, wherein advantageous embodiments of the bearing housing and the exhaust gas turbocharger - so far applicable - as advantageous embodiments of the method and vice versa are to be considered.
Ein Lagergehäuse, welches auch in Betriebszuständen mit Schmiermittelmangel eine verbesserte Notlaufeigenschaft besitzt, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass die Lagerfläche wenigstens bereichsweise mit zumindest einer Gleitschicht beschichtet ist. Auf diese Weise wird zuverlässig sichergestellt, dass auch in kritischen Betriebsphasen der zugeordneten Brennkraftmaschine, in denen ein hydrodynamischer Schmierfilmaufbau an den Stellen der Relativbewegung zwischen der Welle und dem Lagergehäuse nicht oder nicht in ausreichendem Maß möglich ist, ein unmittelbarer Festkörperkontakt zwischen der Welle und der Lagerfläche vermieden wird. Hierdurch werden ein erhöhter Verschleiß oder gar die Zerstörung der Wellenlagerung verhindert und die Lebensdauer des Lagergehäuses signifikant gesteigert. Dabei ist es unerheblich, ob es sich bei der kritischen Betriebsphase um das Einlaufen einer neuen Brennkraftmaschine handelt, bei welcher sich zunächst der gesamte Schmiermittelkreislauf füllen muss, obwohl der mit dem Lagergehäuse versehene Abgasturbolader bereits mit hohen Drehzahlen betrieben wird, oder ob aufgrund einer längeren Standzeit oder eines Ölwechsels der Brennkraftmaschine eine sofortige Schmiermittelversorgung der Lagerfläche nicht sichergestellt ist.One Bearing housing which also in operating conditions having an improved runflat property with lubricant deficiency, is according to the invention created that the storage area at least partially coated with at least one sliding layer is. That way it will be reliable ensured that even in critical operating phases of the assigned Internal combustion engine, in which a hydrodynamic lubricant film construction not in the places of relative movement between the shaft and the bearing housing or not sufficiently possible, an immediate solid state contact between the shaft and the bearing surface is avoided. hereby become an elevated one Wear or even the destruction The shaft bearing prevents and the life of the bearing housing significantly increased. It is irrelevant whether it is the critical Operating phase is about the entry of a new internal combustion engine, at which first the entire lubricant circuit must fill, although with the bearing housing provided exhaust gas turbocharger already operated at high speeds is, or because of a longer Service life or an oil change the internal combustion engine immediate lubricant supply of the storage area is not ensured.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gleitschicht einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit und/oder Molybdänsulfid und/oder Polytetrafluorethen und/oder Kupfer und/oder Zinn und/oder eine Zinnbronze, umfasst. Hierdurch können Reibung und Verschleiß auch unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen besonders zuverlässig vermindert werden. Die genannten Festschmierstoffe sind zudem mineralöl- und chemikalienbeständig und verursachen keine Verschmutzung von Reibstellen.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the sliding layer is a solid lubricant, in particular graphite and / or molybdenum sulfide and / or polytetrafluoroethene and / or copper and / or tin and / or a tin bronze. This can also reduce friction and wear Extremely reliably reduced extreme temperature and pressure conditions become. The solid lubricants mentioned are also mineral oil and chemical resistant and do not cause contamination of friction points.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Gleitschicht zumindest ein organisches Polymer und/oder einen Verbundwerkstoff, insbesondere einen Faserverbundwerkstoff, umfasst, in welches bzw. in welchen der Festschmierstoff eingebettet ist. Hierdurch besitzt die Gleitschicht auch unter extremen Bedingungen die erforderliche Haft-, Reibungs- und Verschleißeigenschaften und kann flexibel an unterschiedliche Lagergehäusetypen angepasst werden. Als geeignetes Polymer kann beispielsweise ein Polyamid verwendet werden. Der Verbundwerkstoff kann beispielsweise als faserverstärktes Kunststoff- oder Steinmaterial ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch keramische Werkstoffe vorgesehen sein, die eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit besitzen.Further advantages result in that the sliding layer comprises at least one organic polymer and / or a composite material, in particular a fiber composite material, in which or in which the solid lubricant is embedded. As a result, the sliding layer has the necessary adhesive, friction and wear properties even under extreme conditions and can be flexibly adapted to different types of bearing housings. As a suitable polymer, for example, a polyamide can be used. The composite material may be formed, for example, as a fiber-reinforced plastic or stone material. Alternatively or additionally, it is also possible to provide ceramic materials which have a high temperature and corrosion resistance.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die wenigstens eine Gleitschicht eine Dicke zwischen 1 μm und 1 mm, insbesondere zwischen 5 μm und 50 μm, besitzt. Dies erlaubt eine optimale Anpassbarkeit an das jeweilige Anforderungsprofil. Dabei kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Dicke vorteilhaft bei der geometrischen Auslegung der Welle oder weiterer Bauteile berücksichtigt wird.Further Benefits arise by the at least one sliding layer a Thickness between 1 μm and 1 mm, in particular between 5 microns and 50 μm. This allows optimal adaptability to the respective requirement profile. It can be provided that the respective thickness advantageous in the geometric design of the shaft or other components considered becomes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Gleitschicht auf eine Lagerfläche einer Lagerhülse und/oder eines Axiallagers des Lagergehäuses aufgebracht ist. Auf diese Weise können durch rotative und/oder translative Relativbewegungen zwischen der Welle und der Lagerfläche verursache Reibungen vorteilhaft minimiert werden.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the at least one sliding layer on a bearing surface of a bearing sleeve and / or a thrust bearing of the bearing housing is applied. To this Way you can by rotational and / or translational relative movements between the Shaft and the storage area caused friction can be minimized advantageous.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass wenigstens eine mit einer Welle eines Laufzeugs des Abgasturboladers in Wirkverbindung stehende Lagerfläche wenigstens bereichsweise mit zumindest einer Gleitschicht beschichtet ist. Hierdurch sind auch in Betriebszuständen mit Schmiermittelmangel eine verbesserte Notlaufeigenschaft mit geringer Reibung und Verschleiß sichergestellt. Der erfindungsgemäße Abgasturbolader besitzt somit eine erheblich gesteigerte Lebensdauer und kann auch in kritischen Betriebsphasen einer zugeordneten Brennkraftmaschine problemlos betrieben werden.One Another aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, wherein provided according to the invention is that at least one with a shaft of a running gear of the exhaust gas turbocharger in operative connection bearing surface at least partially is coated with at least one sliding layer. This is also true in operating states with lack of lubricant improved emergency running property with low friction and wear ensured. The exhaust gas turbocharger according to the invention thus has a significantly increased life and can also in critical operating phases of an associated internal combustion engine be operated easily.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die wenigstens eine Lagerfläche im Lagergehäuse angeordnet und das Lagergehäuse gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lagergehäuse beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Abgasturbolader.Further Advantages arise by arranging the at least one bearing surface in the bearing housing and the bearing housing according to one the previous embodiments is trained. The described in connection with the bearing housing according to the invention Embodiments and their advantages apply correspondingly for the exhaust gas turbocharger according to the invention.
Eine weitere Verbesserung der Notlaufeigenschaften ist in weiterer Ausgestaltung dadurch ermöglicht, dass die Welle zumindest abschnittsweise mit zumindest einer Gleitschicht beschichtet ist. Indem beide Gleitpartner – die Lagerfläche und der mit dieser in Wirkverbindung stehende Oberflächenbereich der Welle – mit der Gleitschicht versehen sind, ist eine vorteilhaft niedrige Gleitreibung gewährleistet.A Further improvement of the emergency running properties is in a further embodiment thereby enabling that the shaft at least partially with at least one sliding layer is coated. By both sliding partners - the bearing surface and the with this in operative connection surface area of the shaft - with the Sliding layer are provided, is an advantageous low sliding friction guaranteed.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine, bei welchem verbesserte Notlaufeigenschaften des Lagergehäuses auch in Betriebszuständen mit Schmiermittelmangel erfindungsgemäß dadurch ermöglicht sind, dass wenigstens eine Lagerfläche zum Lagern einer Welle, mittels welcher ein Turbinenrad und ein Verdichterrad des Abgasturboladers drehfest miteinander koppelbar sind, wenigstens bereichsweise mit zumindest einer Gleitschicht beschichtet wird. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind bereits aus den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen und gelten – soweit anwendbar – für das erfindungsgemäße Verfahren.One Another aspect of the invention relates to a method for manufacturing an exhaust gas turbocharger for a Internal combustion engine, in which improved emergency running properties of the bearing housing also in operating states with lubricant deficiency according to the invention thereby enabled, that at least one storage area for supporting a shaft, by means of which a turbine wheel and a Compressor of the exhaust gas turbocharger rotatably coupled to each other are at least partially with at least one sliding layer is coated. The resulting benefits are already from the previous descriptions and apply - as far as applicable - for the inventive method.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Beschichten ein Gleitlack verwendet wird. Dies erlaubt die flexible Erzeugung von festhaftenden Gleitschichten mit hervorragenden Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Der Gleitlack kann beispielsweise als Dispersion eines oder mehrerer Festschmierstoffe in organischen oder anorganischen Bindern ausgebildet sein. Zur vereinfachten Handhabung kann der Gleitlack zudem ein Lösungs- oder Dispersionsmittel, beispielsweise Wasser, umfassen.In an advantageous embodiment of the invention is provided that a bonded coating is used for coating. This allows the flexible production of adherent overlays with excellent Friction and wear properties. The lubricating varnish may, for example, as a dispersion of one or more Solid lubricants formed in organic or inorganic binders be. To simplify handling of the bonded coating also can solvent or dispersing agents, for example water.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Gleitschicht mittels eines Tauchverfahrens und/oder eines Spühverfahrens und/oder eines Tauchverfahrens und/oder eines Pulverbeschichtungsverfahrens und/oder eines Wirbelsinterverfahrens und/oder eines Gasabscheideverfahrens auf die Lagerfläche aufgebracht wird. Auf diese Weise können die jeweiligen geometrischen Eigenschaften und Werkstoffpaarungen optimal beim Beschichten berücksichtigt werden. Dabei kann in Abhängigkeit des verwendeten Beschichtungsmittels vorgesehen sein, dass die Gleitschicht anschließend einer Wärmebehandlung zur verbesserten Haftung unterzogen wird.Further Benefits arise by the sliding layer by means of a dipping process and / or a sputtering process and / or a dipping method and / or a powder coating method and / or a vortex sintering process and / or a gas separation process applied to the storage area becomes. That way you can the respective geometric properties and material pairings optimally considered during coating. It can depend on be provided of the coating agent used, that the sliding layer subsequently a heat treatment for improved adhesion.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerfläche mit mehreren gleich und/oder unterschiedlich ausgebildeten Gleitschichten beschichtet wird. Mit Hilfe mehrerer, gegebenenfalls unterschiedlich ausgebildeten Gleitschichten können abgestufte Funktionalitäten bereitgestellt werden, so dass beispielsweise nach einem Abtrag der obersten Gleitschicht weitere Gleitschichten mit veränderten Härten und Gleiteigenschaften freigelegt werden.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the storage area with a plurality of identical and / or differently formed sliding layers is coated. With the help of several, possibly different trained sliding layers can graded functions be provided so that, for example, after a removal the top sliding layer with other sliding layers changed hardening and sliding properties are exposed.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, in welcher gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht eines Abgasturboladers.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of an embodiment and with reference to the drawing, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. The single figure shows a schematic and partially sectioned side view of an exhaust gas turbocharger.
Die
einzige Figur zeigt eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht
eines Abgasturboladers
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