DE102009009128A1

DE102009009128A1 - Lagereinrichtung

Info

Publication number: DE102009009128A1
Application number: DE102009009128A
Authority: DE
Inventors: Jan Patrick Häntsche
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung (1) einer Welle (2) einer Ladeeinrichtung, insbesondere in einem Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens zwei Schrägkugellagern (3, 3'), die einen oder mehrere Innenringe (4) und einen oder mehrere Außenringe (5) aufweisen, zwischen denen Lagerelemente (6), insbesondere Kugeln, gelagert sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass in Axialrichtung zwischen den beiden Schrägkugellagern (3, 3') ein mit Kühlmedium, insbesondere mit Öl, beaufschlagbarer Raum (7) vorgesehen ist, der bezüglich eines Kühlmediumdurchtritts zu den beiden Schrägkugellagern (3, 3') abgedichtet oder zumindest gedrosselt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung einer Welle einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einer derartigen Lagereinrichtung ausgestatteten Abgasturbolader.
Die jeweils ein Turbinenrad und ein Verdichterrad tragende Welle in einem Abgasturbolader muss aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit dauerhaft und zugleich leichtgängig gelagert werden. Hierzu gibt es bereits viele aus dem Stand der Technik bekannte Lagereinrichtungen, bspw. Wälzlager.
Eine gattungsgemäße Lagereinrichtung ist aus der DE 20 2004 017 194 U1 bekannt, welche zwei Schrägkugellager aufweist, die hinsichtlich ihres Druckwinkels, eines Materials der eingesetzten Lagerkugeln, eines Durchmessers der Lagerkugeln und/oder einer Beschichtung der Lagerkugeln unterschiedlich ausgebildet sind. Hierdurch soll insbesondere eine verlängerte Lebensdauer der Lagereinrichtung erzielt werden.
Eine weitere Lagereinrichtung ist bspw. aus der US 5,055,009 bekannt.
Besonders bei einer axialen Vorspannung von Lagereinrichtungen ohne Federelement, dass heißt bei einer festen Vorspannung, kann die thermische Längendehnung von Innenringen und Außenringen einer Lagereinrichtung zu Problemen führen, da durch eine unterschiedliche Erwärmung die Vorspannung unzulässig zu- oder abnehmen kann. Nur wenn die Temperatur der Welle bzw. der Innenringe und einer Hülse bzw. eines Außenrings näherungsweise gleich ist, bleibt die exakt voreingestelite axiale Vorspannung erhalten. Eine Flutung des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenring würde zwar einerseits einen Temperaturausgleich zwischen diesen beiden Komponenten der Lagereinrichtung mit sich bringen, würde andererseits aber auch eine Verlustleistung in den Lagerbahnen durch steigende Walk- und Verdrängungsarbeit unzulässig ansteigen lassen. Selbst ein Wassermantel im Lagergehäuse hilft hier nur wenig, da ein Wärmeeintrag von einer heißen Turbine der Ladeeinrichtung in die Welle nicht durch Kühlmaßnahmen im Lagergehäuse kompensiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche eine qualitativ besonders hochwertige und langlebige Lagerung einer Welle in einer Ladeeinrichtung, insbesondere in einem Abgasturbolader, erlaubt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Lagereinrichtung einer Welle in einem Abgasturbolader in Axialrichtung dreiteilig aufzubauen, nämlich aus zwei jeweils längsendseitig angeordneten Schrägkugellagern mit einem in Axialrichtung dazwischen liegenden und mit Kühlmedium beaufschlagbaren bzw. beaufschlagten Raum. Generell weist die Lagereinrichtung die oben genannten beiden Schrägkugellager auf, die jeweils mindestens einen Innenring und einen Außenring besitzen, wobei zwischen dem Außenring und dem Innenring jeweils die Lagerelemente, insbesondere Kugeln, der beiden Schrägkugellager gelagert sind. Erfindungsgemäß ist nun in Axialrichtung zwischen den beiden Schrägkugellagern der mit einem Kühlfluid, insbesondere mit Öl, beaufschlagbare Raum angeordnet, der bezüglich eines Kühlmediumdurchtritts zu den beiden längsendseitig angeordneten Schrägkugellagern abgedichtet, zumindest aber gedrosselt ausgeführt ist. Die sich dahinter verbergende Idee besteht darin, den zwischen den beiden Schrägkugellagern angeordneten Raum mit Kühlmedium zu beaufschlagen, bzw. Kühlmedium direkt auf die Welle oder den Innenring zu spritzen, so dass hier eine Kühlung sowohl der Schrägkugellager als auch des Innenrings bzw. der Welle erfolgen kann, wobei ein Durchtritt des Kühlmediums zu den beiden benachbarten Schrägkugellagern lediglich in gedrosselter Weise erlaubt wird, so dass diese beiden Schrägkugellager zwar gekühlt werden können, deren Walk- bzw. Verdrängungsarbeit jedoch nicht ungünstig steigt. Die erfindungsgemäße Lagereinrichtung zeichnet sich somit durch eine deutlich verbesserte Kühlwirkung bei gleichzeitig verbesserter Lagerleistung aus.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, bildet mindestens eine der Innenringe der Lagereinrichtung einen integralen Bestandteil der Welle. Im Unterschied zu einem separaten Innenring, bei welchem eine Wärmekopplung zur Welle unter Umständen Schwierigkeiten bereiten kann, bietet ein derartiger, als integraler Bestandteil der Welle ausgebildeter Innenring bzw. innerer Lagerring den großen Vorteil, dass hier eine nahezu ungestörte Wärmeübertragung zwischen der Welle einerseits und dem Innenring andererseits erfolgen und damit auch eine verbesserte Kühlwirkung übertragen werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist zwischen dem mit Kühlmedium beaufschlagbaren Raum und den beiden Schrägkugellagern jeweils eine Drosseleinrichtung vorgesehen, die ein Öl-Luft-Gemisch in die Schrägkugellager durchlässt. Die Drosseleinrichtungen können dabei individuell eingestellt werden, so dass ein genau vordefinierter Kühlmittelstrom, insbesondere in Form eines Öl-Luft-Gemisches an die beiden jeweils längsendseitig der Lagereinrichtung angeordneten Schrägkugellager durchgelassen werden kann. Selbstverständlich ist alternativ auch vorstellbar, dass die Drosseleinrichtung einen Kühlmediumdurchtritt zwischen dem Raum und dem jeweiligen Schrägkugellagern gänzlich unterbindet. Ebenfalls vorstellbar ist, dass zumindest eine dieser Drosseleinrichtungen steuerbar ist, bspw. in Abhängigkeit einer Temperaturbelastung des Abgasturboladers, so dass ein Durchtritt an Kühlmedium in die beiden Schrägkugellager individuell gesteuert werden kann.
Zweckmäßig sind an dem Innenring Kühlkonturen, insbesondere Kühlrippen, angeordnet, die sich in den mit Kühlmedium beaufschlagten Raum hinein erstrecken. Insbesondere bei einer separaten Ausbildung des Innenrings bezüglich der Welle, kann so eine verbesserte Kühlung des Innenrings und damit auch ein größerer Temperaturgradient zwischen dem Innenring und der Welle erzeugt werden, wodurch die Wärmeübertragung und damit auch die Kühlwirkung verbessert werden können. Derartige Kühlkonturen können fertigungstechnisch kostengünstig und einfach hergestellt werden, erhöhen jedoch die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und dem Innenring erheblich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist im Außenring zumindest ein erster Kühlkanal zur Beaufschlagung des Raums mit Kühlmedium vorgesehen. Denkbar ist hierbei insbesondere, dass mehrere parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle vorgesehen sind, welche den Raum besonders gleichmäßig mit Kühlmedium beaufschlagen und dadurch eine erhöhte Kühlwirkung bzw. einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem Innenring und dem Kühlmedium erreichen. Zusätzlich oder alternativ können selbstverständlich auch die beiden benachbart zu dem Raum angeordneten Schrägkugellager über einen jeweils separaten zweiten bzw. dritten Kühlkanal mit Kühlmedium, insbesondere mit Öl bzw. einem Öl-Luft-Gemisch gekühlt werden.
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 Ladeeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lagereinrichtung bei einem zentralen Eintrag von Kühlmedium in einen Raum,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem gefächerten Eintrag von Kühlmedium in den Raum.
Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung 1 für eine Welle 2 in einer Ladeeinrichtung, insbesondere in einem Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, zwei Schrägkugellager 3 und 3' auf, die einen geteilten oder gemeinsamen Innenring 4 und einen gemeinsamen bzw. geteilten Außenring 5 besitzen, zwischen denen Lagerelemente 6, bspw. Kugeln, gelagert sind. Die Erfindung kann somit also sowohl für O-Lager (geteilter Innenring 4 und ungeteilter Außenring 5) als auch für X-Lager (ungeteilter Innenring 4 und geteilter Außenring 5) verwendet werden. Erfindungsgemäß ist nun in Axialrichtung zwischen den beiden Schrägkugellagern 3 und 3' ein mit Kühlmedium bzw. Kühlfluid, insbesondere mit Öl, beaufschlagbarer Raum 7 vorgesehen, der bezüglich eines Kühlmediumdurchtritts zu den beiden benachbarten Schrägkugellagern 3, 3' abgedichtet oder zumindest gedrosselt ist. Generell kann bei der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung 1 dabei der Innenring 4 auch einen integralen Bestandteil der Welle 2 bilden und/oder der Außenring 5 als Hülse ausgebildet sein.
Zwischen dem mit Kühlmedium beaufschlagbaren Raum 7 und den beiden benachbarten Schrägkugellagern 3, 3' kann dabei jeweils eine Drosseleinrichtung 8, 8' vorgesehen sein, die ein Öl-Luft-Gemisch vom Raum 7 in die benachbarten Schrägkugellager 3, 3' durchlässt.
Gemäß der 1 wird dabei der Raum 7 von einem zentralen ersten Kühlkanal 9 mit Kühlmedium beaufschlagt, welcher bspw. als Radialbohrung im Außenring 5 ausgebildet ist. Demgegenüber sind gemäß der 2 eine Vielzahl von ersten Kühlkanälen 9, hier insgesamt 7, vorgesehen, die eine besonders gleichmäßige Beaufschlagung des Raums 7 mit Kühlmedium erzeugen. Zusätzlich oder alternativ können im Außenring 5 ein jeweils zum Schrägkugellager 3' führender zweiter Kühlkanal 10 und ein zum Schrägkugellager 3 führender dritter Kühlkanal 11 vorgesehen sein, die die beiden Schrägkugellager 3 und 3' mit Kühlmedium versorgen bzw. anspritzen und dadurch kühlen.
Mit der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung 1 ist ein besonders guter Temperaturausgleich zwischen der Welle 2 bzw. dem Innenring 4 und der Hülse bzw. dem Außenring 5 möglich, wobei die in den jeweiligen Laufbahnen der Lagerelemente 6 nur die unbedingt zur Schmierung erforderliche Ölmenge eingebracht wird und nicht mehr, so dass hier einerseits eine verbesserte Kühlwirkung der Lagereinrichtung 1 erreicht und andererseits eine verbesserte Lagerreibung erreicht werden können. Die Kühlmedium bzw. Ölzuführung zu den Schrägkugellagern 3, 3' kann dabei durch separate Kühlkanäle 10, 11 und/oder durch einen gezielt zugelassen blow-by zwischen dem Raum 7 und den jeweiligen Schrägkugellagern 3, 3' realisiert werden. Günstigstenfalls lässt sich so eine kostengünstige Ölnebelschmierung der Schrägkugellager 3, 3', welche generell auch als Wälzlager ausgebildet sein können, die zudem äußerst geringe Reibungsverluste bewirkt. Für einen verbesserten Wärmeübergang vom Innenring 4 bzw. der Welle 2 zum Kühlmedium, dass heißt zum Öl, können darüber hinaus Kühlkonturen 12, insbesondere Kühlrippen, oder bspw. nicht gezeigte Querbohrungen an den Innenringen 4 vorgesehen sein. Dabei ist denkbar, dass eine Laufbahn der Lagerelemente 6 nicht wie in den 1 und 2 auf dem Innenring 4 aufgebracht ist, sondern direkt auf einer Außenseite der Welle 2, wodurch die Kontaktstelle zwischen der Welle 2 und dem Innenring 4 entfällt und dadurch die Wärmeleitung verbessert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202004017194 U1 [0003]
- US 5055009 [0004]

Claims

Lagereinrichtung (1) einer Welle (2) einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens zwei Schrägkugellagern (3, 3'), die einen oder mehrere Innenringe (4) und einen oder mehrere Außenringe (5) aufweisen, zwischen denen Lagerelemente (6), insbesondere Kugeln, gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung zwischen den beiden Schrägkugellagern (3, 3') ein mit Kühlmedium, insbesondere mit Öl, beaufschlagbarer Raum (7) vorgesehen ist, der bezüglich eines Kühlmediumdurchtritts zu den beiden Schrägkugellagern (3, 3') abgedichtet oder zumindest gedrosselt ist.
Lagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Innenring (4) einen integralen Bestandteil der Welle (2) bildet.
Lagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mit Kühlmedium beaufschlagbaren Raum (7) und den beiden Schrägkugellagern (3, 3') jeweils eine Drosseleinrichtung (8, 8') vorgesehen ist, die ein Öl-Luft-Gemisch in die Schrägkugellager (3, 3') durchlässt.
Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Innenring Kühlkonturen (12), insbesondere Kühlrippen, angeordnet sind, die sich in den mit Kühlmedium beaufschlagten Raum (12) hinein erstrecken.
Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (5) als Hülse ausgebildet ist.
Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenring (5) zumindest ein erster Kühlkanal (9) zur Beaufschlagung des Raumes (7) mit Kühlmedium vorgesehen ist.
Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenring (5) zumindest ein zum jeweiligen Schrägkugellager (3, 3') führender zweiter und dritter Kühlkanal (10, 11) zur Beaufschlagung der Schrägkugellager (3, 3') mit Kühlmedium vorgesehen sind.
Abgasturbolader mit einer Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.