DE102009007696A1

DE102009007696A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102009007696A1
Application number: DE102009007696A
Authority: DE
Inventors: Thanh-Hung Dr. Nguyen-Schäfer; Gunter Dr. Winkler; Theodora Dr. Tzianetopoulou; Jörg Jennes
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) für einen Rotor (2) eines Abgasturboladers, mit zwei separaten Gleitlagerhülsen (3, 3'), zwischen denen ein axiales Distanzelement (4) angeordnet ist, wobei - die beiden Gleitlagerhülsen ((3, 3') den Rotor (2) sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung lagern, und - die Gleitlagerhülsen (3, 3') einen Zulaufkanal (7, 7') für Lagerfluid, insbesondere für Öl, aufweisen, der im Wesentlichen radial durch die Gleitlagerhülse (3, 3') verläuft und einen eine Welle (6) des Rotors (2) aufnehmenden Innenraum (8, 8') mit einer Umgebung verbindet. Erfindungswesentlich ist dabei, - dass an zumindest einer Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut (11) vorgesehen ist, über welche Lagerfluid vom Innenraum (8, 8') nach radial außen transportiert wird, und/oder - dass zumindest eine Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3) zumindest bereichsweise abgeschrägt ist, und/oder - dass ein quer zum Zulaufkanal (7, 7') verlaufender Längskanal (15) für Lagerfluid vorgesehen ist, der den Zulaufkanal (7, 7') mit zumindest einer Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') kommunizierend verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Rotor eines Abgasturboladers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 395 825 B1 ist eine gattungsgemäße Lageranordnung für einen Rotor eines Abgasturboladers bekannt, welche zwei separate Gleitlagerhülsen und ein axial dazwischen angeordnetes Distanzelement aufweist. Die beiden Gleitlagerhülsen lagern dabei den Rotor des Abgasturboladers sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung und weisen jeweils einen Zulaufkanal für Lagerfluid, insbesondere für Lageröl, auf, welcher im Wesentlichen radial durch die Gleitlagerhülse hindurch verläuft und einen eine Welle des Rotors aufnehmenden Innenraum mit einer äußeren Umgebung verbindet.
Aus der DE 102 38 415 A1 ist ein Gleitlager für eine Welle eines Abgasturboladers bekannt, bei welcher zur Verbesserung der Lagerung bzw. eines Lagerspiels vorgesehen ist, dass im Bereich von ersten Gleitlagerflächen am Außenumfang einer zylindrischen Lagerbuchse jeweils eine Schmierstoffzuführung in Form einer Ringnut ausgebildet ist, wobei erste Bohrungen derart angeordnet und ausgebildet sein sollen, dass diese eine schmierstoffleitende Verbindung zwischen der Ringnut und der jeweiligen ersten Gleitlagerfläche herstellen sowie zweite Bohrungen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass diese eine schmierstoffleitende Verbindung zwischen der Ringnut und der jeweiligen zweiten Gleitlagerfläche herstellen. Dies soll den Vorteil haben, dass separate Schmierstoffkanäle in die Lagerbuchse integriert sind, wobei eine feste Lagerung mit wenigen Einzelbauteilen und mit geringem Lagerspiel bei gleichzeitig ausreichender Schmierung der Gleitlagerflächen zur Verfügung steht.
Eine weitere Lageranordnung ist beispielsweise aus der EP 1 312 770 A2 bekannt.
Generell werden in modernen Abgasturboladern sowohl rotierende als auch nicht rotierende Schwimmbuchsenlager mit zwei Ölfilmen verwendet. Zur Lagerungsstabilität muss dabei sowohl die Ölversorgung als auch der Ölablauf an den Radiallagern gewährleistet werden. Wenn jedoch eine Ölablauffläche des Radiallagers nicht entsprechend groß ist, wird dort der Ölvolumendurchfluss reduziert und wegen einer auftretenden Reibung die Öltemperatur erhöht. Durch die Erhöhung der Öltemperatur nimmt die Viskosität des Öls ab, was zur Abnahme der Lagersteifigkeit und der Lagerdämpfung führt. Aus diesem Grund kann auch eine Wellenbahn instabil werden und sich eine Wellenauslenkung vergrößern, was zu einem erhöhten Verschleiß des Lagers und schlimmstenfalls zum Versagen des Abgasturboladers führen kann. Aufgrund der Rotation des Rotors mit sehr hohen Drehzahlen wird der Druck in einem Spalt zwischen der Stirnfläche des Radiallagers und einer Umlaufscheibe eines Axiallagers stark reduziert, was aufgrund der Kohärenz des Öls zu einer Reduzierung der Spaltbreite führt. Hierdurch kann sich insbesondere die Lagersteifigkeit und -dämpfung einseitig verkleinern oder ein Ölmangel auftreten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Lageranordnung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, mit welcher eine verbesserte Lagerung eines Rotors eines Abgasturboladers erreicht werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Volumenstrom von Lagerfluid in einer Lageranordnung für einen Rotor eines Abgasturboladers zu vergrößern und dadurch die Lagersteifigkeit bzw. die Lagerdämpfung zu erhöhen und gleichzeitig eine Reduzierung der Öltemperatur in der Lageranordnung zu erreichen. Dies führt einerseits zu einer Stabilisierung einer Wellenbahn und andererseits zu einer Reduzierung der Lagerreibung, wodurch insgesamt die Lagerung des Rotors im Abgasturbolader verbessert werden kann. Die Lageranordnung umfasst dabei zwei axial zueinander beabstandete Gleitlagerhülsen, zwischen welchen ein axiales Distanzelement angeordnet ist. Die beiden Gleitlagerhülsen lagern dabei den Rotor sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung und weisen einen Zulaufkanal für Lagerfluid, insbesondere für Lageröl, auf, der im Wesentlichen radial durch die Gleitlagerhülse verläuft und einen die Welle des Rotors aufnehmenden Innenraum der Gleitlagerhülse mit einer Umgebung kommunizierend verbindet. Erreicht wird der erfindungsgemäß erhöhte Volumenstrom an Lagerfluid kumulativ oder alternativ dadurch, dass an zumindest einer Stirnseite der Gleitlagerhülse zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut vorgesehen ist, über welche Lagerfluid vom Innenraum nach radial außen transportiert wird, und/oder dass zumindest eine Stirnseite der Gleitlagerhülse zumindest bereichsweise abgeschrägt ist und dadurch einen verbesserten Transport des Lagerfluids ermöglicht, und/oder dass ein quer zum Zulaufkanal verlaufender Längskanal für Lagerfluid vorgesehen ist, der den Zulaufkanal mit zumindest einer Stirnseite der Gleitlagerhülse kommunizierend verbindet, so dass bei einem Druckabfall im Spalt zwischen der Gleitlagerhülse und einer Umlaufscheibe des Rotors Öl über den Längskanal in dem Spalt nachfließen kann, so dass die Ölkohärenz im Spalt und damit eine Herabsetzung der Lagersteifigkeit bzw. der Lagerdämpfung verhindert werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind an zumindest einer Stirnseite der Gleitlagerhülse sechs in Radialrichtung verlaufende Nuten vorgesehen. Diese sind vorzugsweise sternförmig angeordnet und bilden zueinander jeweils einen Winkel von ca. 60°. Durch diese geometrisch gleichmäßig ausgerichtete Anordnung der Nuten kann eine besonders rasche Abführung des in den Spalt zwischen der Umlaufscheibe und der Stirnseite der Gleitlagerhülse tretenden Lagerfluid erreicht und damit ein erhöhter Volumenstrom an Lagerfluid bewirkt werden, wodurch die Lagerung generell verbessert werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, weist die zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut abgefaste Kanten auf. Hierdurch können kantige Geometrien an den Gleitlagerhülsen vermieden werden, wodurch diese gefahrloser handzuhaben sind gleichzeitig weniger anfällig für Beschädigungen sind. Generell wird durch die wenigstens eine in Radialrichtung verlaufende Nut das auf der Stirnseite der Gleitlagerhülse austretende Lagerfluid aufgrund der dort wirkenden Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert und erzeugt bei diesem nach außen schleudern ein Lagerfluidkissen, auf welchem die Umlaufscheibe, welche üblicherweise drehfest mit dem Rotor verbunden ist, axial gelagert ist.
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,
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung,
2 eine Ansicht auf eine Stirnseite einer erfindungsgemäßen Gleitlagerhülse,
3 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Gleitlagerhülse,
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1 für einen Rotor 2 eines im Übrigen nicht gezeigten Abgasturboladers zwei separate Gleitlagerhülsen 3 und 3' auf, zwischen denen ein axiales Distanzelement 4 angeordnet ist. Die beiden Gleitlagerhülsen 3 und 3' sind somit in Axialrichtung zueinander beabstandet und liegen stirnseitig einerseitig dem Distanzelement 4 gegenüber und andererseits einer Umlaufscheibe 5, 5', welche üblicherweise drehfest mit dem Rotor 2, insbesondere mit einer Welle 6 des Rotors 2 verbunden sind. Die erfindungsgemäße Lageranordnung 1 ist dabei derart ausgebildet, dass sie die Welle 6, d. h. den Rotor 2, sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung lagert. Die beiden Gleitlagerhülsen 3 und 3' weisen jeweils einen Zulaufkanal 7, 7' auf, über welchen Lagerfluid, insbesondere Öl, in einen die Welle 6 aufnehmenden Innenraum 8, 8' der jeweiligen Gleitlagerhülse 3, 3' befördert. Wie in der 1 dabei gezeigt ist, verlaufen die Zulaufkanäle 7, 7' der Gleitlagerhülsen 3, 3' im Wesentlichen in radialer Richtung, d. h. orthogonal zu einer Achse 9 der Welle 6.
Um nun den Volumenstrom an Lagerfluid, d. h. an Lageröl, zu erhöhen und dadurch einerseits die Temperatur des Lagerfluides auf einem erträglichen Maß zu halten und andererseits die Lagerfähigkeit der Gleitlagerhülsen 3, 3' zu verbessern, ist nun gemäß den 1 und 2 an zumindest einer Stirnseite 10 der Gleitlagerhülse 3, 3' zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut 11 vorgesehen, über welche Lagerfluid vom Innenraum 8, 8' nach radial außen transportiert werden kann. Um insbesondere einen Falscheinbau der Gleitlagerhülsen 3, 3' sicher ausschließen zu können, können auch an beiden Stirnseiten 10 der Gleitlagerhülse 3, 3' entsprechend verlaufende Nuten 11 vorgesehen sein. Aufgrund der Fliehkraft beim Betrieb des Abgasturboladers wird Lagerfluid vom Innenraum 8, 8' über die Nuten 11 nach außen geschleudert und dadurch relativ schnell abgeführt. Durch den hierdurch vergrößerten Volumenstrom an Lagerfluid kann insbesondere die Wellenbahn stabil gehalten werden und eine Wellenauslenkung verkleinert werden, wodurch insgesamt eine verbesserte Lagerung und damit eine höhere Lebensdauer des Abgasturboladers erreicht werden können.
Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass an der Stirnseite 10 der Gleitlagerhülse 3 insgesamt sechs in Radialrichtung verlaufende Nuten 11 vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind und daher vorzugsweise einen Winkel von ca. 60° zwischen einander einschließen. Wie man insbesondere aus der Schnittdarstellung A-A erkennen kann, weist die Nut 11 abgefaste Kanten 12 auf, wodurch ebenfalls eine Verbesserung der Handhabbarkeit und der Lagerung erreicht werden können.
Kumulativ oder alternativ zu der gemäß den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform kann die Gleitlagerhülse 3, 3' wie in 3 gezeigt, ausgebildet sein und an zumindest einer Stirnseite 10 zumindest bereichsweise abgeschrägt sein. Hierbei unterteilt sich die bereichsweise abgeschrägte Stirnseite 10 der Gleitlagerbuchse 3, 3' in einen radial inneren Bereich 13 und einen radial äußeren Bereich 14, wobei lediglich der äußere Bereich 14 abgeschrägt ist. Der nicht abgeschrägte innere Bereich 13 der Stirnseite 10 hingegen beträgt vorzugsweise maximal 40% der Radialerstreckung der Summe der Radialerstreckungen der Bereiche 13 und 14. Wie der 3 weiter zu entnehmen ist, fällt der abgeschrägte Bereich 14 der Stirnseite 10 nach außen ab und zwar um s ≤ 5 mm. Vorzugsweise beträgt dabei der Abfall s zwischen 0,2 und 0,5 mm.
Schließlich kann zu dem gemäß den 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen kumulativ oder alternativ eine Gleitlagerhülse 3 eingesetzt werden, wie sie in der 4 gezeigt ist. Diese weist einen quer zum Zulaufkanal 7, 7' verlaufenden Längskanal 15 für Lagerfluid auf, der den Zulaufkanal 7, 7' mit zumindest einer Stirnseite 10, 10' der Gleitlagerhülse 3, 3' kommunizierend verbindet. Diese Ausführungsform ist insbesondere für große Radiallager geeignet, wobei der Längskanal 15 dafür sorgt, dass es im Falle eines Druckabfalls des Lagerfluids an der Stirnseite 10, 10' zu einem Nachschub an Lagerfluid über den Längskanal 15 kommt, wodurch eine Ölkohärenz im Lagerspalt zwischen der Stirnseite 10, 10' und der zugehörigen Umlaufscheibe 5, 5' verhindert wird.
Allen Ausführungen ist dabei gemein, dass der die Welle 6 aufnehmende Innenraum 8, 8' der Gleitlagerbuchse 3, 3' zu den Stirnseiten 10, 10' hin radial aufgeweitet ist, wobei sowohl die Abschrägungen, als auch die Nuten an beiden Stirnseiten 10, 10' der Gleitlagerhülsen 3, 3' vorgesehen sind, so dass diese nicht falsch eingebaut werden können und darüber hinaus kostengünstiger als Gleichteile herstellbar sind.
Generell kann auch an der Umlaufscheibe 5, 5' wie dies lediglich an der Umlaufscheibe 5 gemäß der 1 dargestellt ist, eine Stufe 16 vorgesehen werden, welche den Volumenfluss von Lagerfluid über die Stirnseite 10, d. h. durch den von der Umlaufscheibe 5' und der Gleitlagerhülse 3' begrenzten Spalt begünstigt.

1: Lageranordnung
2: Rotor
3: Gleitlagerhülse
4: axiales Distanzelement
5: Umlaufscheibe
6: Welle
7: Zulaufkanal
8: Innenraum
9: Achse des Rotors 2
10: Stirnseite
11: Nut
12: Kante der Nut 11
13: innerer Bereich
14: äußerer Bereich
15: Längskanal
16: Stufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0395825 B1 [0002]
- DE 10238415 A1 [0003]
- EP 1312770 A2 [0004]

Claims

Lageranordnung (1) für einen Rotor (2) eines Abgasturboladers, mit zwei separaten Gleitlagerhülsen (3, 3'), zwischen denen ein axiales Distanzelement (4) angeordnet ist, wobei – die beiden Gleitlagerhülsen (3, 3') den Rotor (2) sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung lagern, und – die Gleitlagerhülsen (3, 3') einen Zulaufkanal (7, 7') für Lagerfluid, insbesondere für Öl, aufweisen, der im wesentlichen radial durch die Gleitlagerhülse (3, 3') verläuft und einen eine Welle (6) des Rotors (2) aufnehmenden Innenraum (8, 8') mit einer Umgebung verbindet, dadurch gekennzeichnet, – dass an zumindest einer Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut (11) vorgesehen ist, über welche Lagerfluid vom Innenraum (8, 8') nach radial außen transportiert wird, und/oder – dass zumindest eine Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') zumindest bereichsweise abgeschrägt ist, und/oder – dass ein quer zum Zulaufkanal (7, 7') verlaufender Längskanal (15) für Lagerfluid vorgesehen ist, der den Zulaufkanal (7, 7') mit zumindest einer Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') kommunizierend verbindet.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') sechs in Radialrichtung verlaufende Nuten (11) vorgesehen sind.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die insgesamt sechs Nuten (11) jeweils einen Winkel von 60° zueinander bilden.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine in Radialrichtung verlaufende Nut (11) abgefaste Kanten (12) aufweist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die bereichsweise abgeschrägte Stirnseite (10, 10') der Gleitlagerhülse (3, 3') in einen radialen inneren Bereich (13) und einen radial äußeren Bereich (14) aufteilt, wobei lediglich der äußere Bereich (14) abgeschrägt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht abgeschrägte innere Bereich (13) der Stirnseite (10, 10') maximal 40% der Summe der Radialerstreckungen der Bereiche (13, 14) beträgt.
Abgasturbolader 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschrägte Bereich (14) der Stirnseite (10, 10') nach außen abfällt und zwar um bis zu 0,5 mm.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (15) an einem nicht abgeschrägten Bereich (13) der Stirnseite (10, 10') austritt.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Welle (6) aufnehmende Innenraum (8, 8') der Gleitlagerhülse (3, 3') zu den Stirnseiten (10, 10') hin radial aufgeweitet ist.