DE102008045229A1

DE102008045229A1 - Axiallager

Info

Publication number: DE102008045229A1
Application number: DE102008045229A
Authority: DE
Inventors: Thomas Berger; Andreas Wengert; Thanh-Hung Nguyen-Schäfer
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-30
Filing date: 2008-08-30
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-31
Also published as: DE102008045229B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axiallager für eine Welle eines Abgasturboladers, mit einer im Wesentlichen kreiszylindrischen Axiallagerscheibe (1), die zwei sich gegenüberliegende Flächen (2, 3) aufweist, und von der zu lagernden Welle durchquert ist, wobei auf beiden Flächen (2, 3) jeweils nach radial außen geschlossene Ölzuführkanäle (5) angeordnet sind, zwischen welchen in Umfangsrichtung Keilflächen (6) vorgesehen sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass in Umfangsrichtung jeweils direkt benachbart zu einem Ölzuführkanal (5) auf beiden Flächen (2, 3) jeweils nach radial innen geschlossene Ölabführkanäle (7) angeordnet sind, welche nicht direkt mit den Ölzuführkanälen (5) kommunizieren, und dass zumindest die Ölzuführkanäle (5), die Ölabführkanäle (7) und die Keilflächen (6) als Negativkonturen in die jeweilige Fläche (2, 3) eingebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axiallager für eine Welle eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen, mit einem derartigen Axiallager ausgestatteten Abgasturbolader.
Im modernen Kraftfahrzeugbau werden zur Leistungssteigerung vermehrt Ladeeinrichtungen, so genannte Abgasturbolader, eingesetzt, welche eine, ein Turbinenrad und ein Verdichterrad tragende Welle aufweisen. Aufgrund der sehr hohen Umdrehungszahlen der Welle, muss diese sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung gelagert sein. Hierzu werden üblicherweise so genannte hydrodynamische Axiallager verwendet, wobei durch eine schnelle Rotation einer Lageranlaufscheibe Schmierstoff, dass heißt insbesondere Öl, an einer Keilfläche zwischen dem Axiallager und der Lageranlaufscheibe verdrängt wird. Durch die Verdrängung baut sich dabei ein Öldruck zwischen dem Axiallager und der Lageranlaufscheibe auf, der eine den äußeren Kräften entgegenwirkende axiale Kraft erzeugt. Nachteilig bei derartigen Axiallagern ist, dass eine Ölführung im Axiallager relativ langsam erfolgt, so dass das zur Schmierung des Axiallagers vorhandene Öl relativ lange im Axiallager verbleibt und aufgrund der hohen Umdrehungszahlen der Welle Gefahr läuft zu überhitzen.
Aus der DE 693 09 860 T2 ist ein gattungsgemäßes Axiallagers eines Turboladers bekannt.
Ein weiteres Axiallager für einen Abgasturbolader ist aus der EP 1 619 356 A1 bekannt, wobei dieses Axiallager einen scheibenförmigen Lagerkörper mit einer zentralen Durchgangsöffnung für eine Welle und mit mindestens einer die Durchtrittsöffnung umgebenden Lagerfläche für einen an der Welle angeordneten Bund aufweist. Desweiteren ist am Lagerkörper ein von einem radial äußeren Bereich des Lagerkörpers zur Durchtrittsöffnung führender Ölversorgungskanal vorgesehen, welcher als Nut oder Bohrung ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Axiallager der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine verbesserte Lagerfunktion auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einer Axiallagerscheibe eines Axiallagers für eine Welle eines Abgasturboladers radial verlaufende Ölzuführ- und Ölabführkanäle vorzusehen, wobei die Ölzuführkanäle zwischen Keilflächen angeordnet sind und die Keilflächen mit Öl versorgen, während die Ölabführkanäle benachbart zu den Ölzuführkanälen angeordnet und nach radial innen abgeschlossen sind. Bei einem Betrieb des Axiallagers strömt somit Öl über die Ölzuführkanäle auf die Keilflächen und bewirkt dort durch den Aufbau eines Öldrucks die eigentliche Lagerung, wobei im weiteren Verlauf das Öl über Rastflächen direkt in die Ölabführkanäle geleitet und somit schnell abgeführt werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Axiallagern benötigt das erfindungsgemäße Axiallager einen weitaus geringeren Öldurchsatz bei gleicher Lagerfähigkeit. Würde ein im Vergleich zu konventionellen Axiallagern gleicher Öldurchsatz herrschen, so wäre die Lagerwirkung deutlich verbessert. Zudem sind zumindest die Ölzuführkanäle, die Ölabführkanäle und die Keilflächen als Negativkonturen in sich gegenüberliegende Flächen der im Wesentlichen kreiszylindrischen Axiallagerscheibe eingebracht, wodurch eine fertigungstechnisch einfache und dadurch kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Axiallagerscheibe möglich ist. Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass unerwünschte Bypassströme, welche einen hohen Schmierstoffdurchsatz erfordern, mittels der erfindungsgemäßen Axiallagerscheibe vermieden werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist in Umfangsrichtung zwischen jeweils einer Keilfläche und einem benachbarten radialen Ölabführkanal eine Rastfläche vorgesehen, die bezüglich der Keilfläche als Positivkontur ausgebildet ist. Das vom Ölzuführkanal über die Keilfläche auf die Rastfläche transportierte Öl kann dort die Schmierung bewirken, bis es aufgrund von Fliehkräften bzw. Mitnahmekräfte in den dazu benachbarten Ölabführkanal abgeführt wird. Derartige Rastflächen bewirken dabei ein schnelles Abfließen des zur Schmierung verwendeten Öls bzw. Schmierstoffes, wodurch die Schmierstoff-/Ölkühlung für das Axiallager verbessert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist ein die Keilflächen radial umgebender Ölsammelkanal als Negativkontur in die sich gegenüberliegenden Flächen der Axiallagerscheibe eingebracht. Das Einbringen des Ölsammelkanals in die Fläche erfolgt dabei gleichzeitig mit dem Einbringen des Ölzuführkanals, des Ölabführkanals und der Keilflächen, vorzugsweise durch spanende Bearbeitung, Prägen oder mittels Metallpulverspritzgussverfahren (MIM). Durch derartige Herstellungsverfahren, lässt sich die erfindungsgemäße Axiallagerscheibe fertigungstechnisch einfach, geometrisch äußerst exakt und kostengünstig herstellen, wobei insbesondere aufwendige Nacharbeiten, bspw. zum Herstellen von einzelnen Kanalstrukturen, entfallen können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1a und c jeweils eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Axiallagerscheibe,
1b eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Axiallagerscheibe,
2 eine Ansicht auf die Axiallagerscheibe.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße und im Wesentlichen kreiszylindrische Axiallagerscheibe 1, zwei sich gegenüberliegende Flächen 2 und 3 auf. Zentral der Axiallagerscheibe 1 ist eine Durchtrittsöffnung 4 vorgesehen, durch welche üblicherweise eine nicht gezeigte Welle, bspw. eine Welle eines Abgasturboladers, geführt ist. Auf den beiden Flächen 2 und 3 sind jeweils nach radial außen geschlossene Ölzuführkanäle 5 angeordnet, zwischen welchen in Umfangsrichtung Keilflächen 6 angeordnet sind. Insgesamt sind dabei bei den gemäß den 1 und 2 dargestellten Axiallagerscheiben 1 jeweils sechs Ölzuführkanäle 5 sowie ebenfalls sechs dazwischen liegende Keilflächen 6 angeordnet. Unter dem Begriff „Öl”, sollen im Weiteren selbstverständlich auch andere Schmierstoffe verstanden werden, so dass die erwähnten Ölkanäle selbstverständlich auch als allgemeine Schmierstoffkanäle verstanden werden sollen.
In Umfangsrichtung jeweils benachbart zu einem Ölzuführkanal 5 sind auf beiden Flächen 2 und 3 jeweils nach radial innen geschlossene Ölabführkanäle 7 angeordnet, welche nicht kommunizierend mit den Ölzuführkanälen 5 verbunden sind. Eine Ölströmung im Betrieb der Axiallagerscheibe 1 erfolgt dabei wie folgt:
Zunächst tritt Öl durch einen Eintrittskanal 8 (vgl. 1b) in die Durchtrittsöffnung 4 und bewirkt dort eine Schmierung zwischen der Axiallagerscheibe 1 und einer nicht gezeigten Welle. Durch die Drehbewegung der Welle wird das durch den Eintrittskanal 8 eingeführte Öl in die Ölzuführkanäle 5 verteilt und dort aufgrund einer Zentrifugalkraft einer bezüglich der festen Axiallagerscheibe 1 rotierenden Lageranlaufscheibe in Radialrichtung nach außen getragen. Eine durch eine Positivkontur gebildete äußere Berandung 9 hindert dabei das Öl, direkt aus dem Ölzuführkanal 5 in radialer Richtung in einen Ölsammelkanal 10 auszutreten. Vielmehr wird das im Ölzuführkanal 5 radial nach außen transportierte Öl durch die rotierende Lageranlaufscheibe auf die Keilflächen 6 transportiert und bildet dort einen für die Lagerung erforderlichen Öldruck. Anschließend wird das Öl über zwischen einer Keilfläche 6 und einem benachbarten radialen Ölabführkanal 7 gelegene Rastfläche 11 dem Ölabführkanal 7 zugeführt. Vom Ölabführkanal 7 tritt das Öl in den die Keilflächen 6, die Ölzuführkanäle 5 und die Rastflächen 11 umgebenden Ölsammelkanal 10, welcher gemäß den Darstellungen in den 1a bis 1c unten offen ist und dort mit einem Ölreservoir kommuniziert.
Der Ölsammelkanal 10 ist nach radial außen ebenfalls durch eine Positivkontur 9' berandet, so dass das im Ölsammelkanal 10 gesammelte Öl zwangsläufig nach unten in das Ölreservoir zurückfließen muss. Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Keilflächen 6 nicht über den gesamten Radius der Axiallagerscheibe 1, sondern nur bis zur Hälfte oder bis maximal zwei Drittel des Radius' der Axiallagerscheibe 1.
Um die Axiallagerscheibe 1 einerseits möglichst exakt und andererseits möglichst kostengünstig herstellen zu können, wird diese bspw. durch spanende Berabeitung, Prägen oder im Metallpulverspritzgussverfahren (MIM) hergestellt. Das Einbringen der Kanäle 5, 7 und 10 sowie der Keilflächen 6 kann dabei in einem einzigen Prägevorgang erfolgen, was im Vergleich zum bisherigen Fräsen dieser Kanäle deutlich einfacher und dadurch kostengünstiger möglich ist. Mit dem Pfeil 12 gemäß den 1a und 1c ist die Drehrichtung der Lageranlaufscheibe bezeichnet. Bezüglich der als Negativkonturen hergestellten Kanäle 5, 7 und der Keilflächen 6, sind die Rastfläche 11 sowie optional die Berandung 9 und 9', 9'' als Positivkonturen ausgebildet, stehen somit in Axialrichtung über die Negativkonturen über und führen dadurch zu einer Beeinflussung der Strömungsrichtung des Ölstroms. Insbesondere die innere Berandung 9'' ist dabei optional. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass durch die Berandungen 9, 9' unerwünschte Bypassströme, welche einen hohen Schmierstoffdurchsatz erfordern, vermieden werden können.
Mit der erfindungsgemäßen Axiallagerscheibe 1 kann ein reduzierter Öldurchsatz durch das Axiallager und dadurch eine Reduzierung der Öltemperatur erreicht werden, was sich positiv auf die Lagereigenschaften auswirkt. Zugleich lassen sich die erfindungsgemäßen Axiallagerscheiben 1 kostengünstig und einfach, bspw. mittels oben genannten Prägeverfahren, herstellen, woraus sich ein weiterer Vorteil ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69309860 T2 [0003]
- EP 1619356 A1 [0004]

Claims

Axiallager für eine Welle eines Abgasturboladers, – mit einer im Wesentlichen kreiszylindrischen Axiallagerscheibe (1), die zwei sich gegenüberliegende Flächen (2, 3) aufweist, und von der zu lagernden Welle durchquert ist, – wobei auf beiden Flächen (2, 3) jeweils nach radial außen geschlossene Ölzuführkanäle (5) angeordnet sind, zwischen welchen in Umfangsrichtung Keilflächen (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, – dass in Umfangsrichtung jeweils direkt benachbart zu einem Ölzuführkanal (5) auf beiden Flächen (2, 3) jeweils nach radial innen geschlossene Ölabführkanäle (7) angeordnet sind, welche nicht direkt mit den Ölzuführkanälen (5) kommunizieren, – dass zumindest die Ölzuführkanäle (5), die Ölabführkanäle (7) und die Keilflächen (6) als Negativkonturen in die jeweilige Fläche (2, 3) eingebracht sind.
Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen jeweils einer Keilfläche (6) und einem benachbarten radialen Ölabführkanal (7) eine Rastfläche (11) vorgesehen ist, die bezüglich der Keilfläche (6) als Positivkontur ausgebildet ist.
Axiallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilflächen (6) radial umgebend ein Ölsammelkanal (10) vorgesehen ist der mit einem Ölreservoir und mit den einzelnen Ölabführkanälen (7) kommunizierend verbunden ist.
Axiallager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölsammelkanal (10) als Negativkontur in die jeweilige Fläche (2, 3) eingebracht ist.
Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (1) durch Stanzen, Prägen oder MIM-Verfahren (Metallpulverspritzguss) hergestellt ist.
Axiallager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (1) sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Keilflächen (6), Rastflächen (11), Olzuführkanäle (5) und Ölabführkanäle (7) aufweist.
Abgasturbolader mit zumindest einer Axiallagerscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.