DE102010046594A1

DE102010046594A1 - Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers

Info

Publication number: DE102010046594A1
Application number: DE102010046594A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Stefan (FH) Bild; Dr.-Ing. Erdmann Christian Martin; Dipl.-Ing. Heinemann Jan Peter; Dipl.-Ing. Hertweck Gernot
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (1) für eine Welle (4) eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager (2), wobei das Lager (2) eine die Welle umfassend ausgestaltete Lagerhülse (3) aufweist. Erfindungsgemäß weist die Lagervorrichtung (1) eine Wärmequelle (8) zur mittelbaren oder unmittelbaren Temperierung des Lagers (2) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 060 369 A1 geht eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers hervor, mit mindestens einem Lager, wobei das Lager eine, eine Welle umfassend ausgestaltete, Lagerhülse aufweist. Zur Verbesserung eines hydrodynamischen Zustands zwischen einer Außenfläche der Welle und einer Innenfläche der Lagerhülse wird vorgeschlagen, mindestens einer der beiden Flächen, die Außenfläche der Welle oder die Innenfläche der Lagerhülse, mit einer riefenartigen Struktur, im Sinne einer reproduzierbaren Oberflächenrauheit, zu versehen. Es wird dabei bevorzugt eine gleichmäßige Struktur vorgeschlagen. Diese Struktur ist mit Hilfe entsprechender Verfahren, bspw. Lasergravurtechnik, Ätzverfahren oder ähnlichem auf der entsprechenden Fläche aufzubringen. Dies sind zum einen aufwendige zusätzliche Verfahren zur Herstellung der Lagervorrichtung, und zum anderen ist, aufgrund der entsprechenden Reibmomente, welche durch Festkörperkontakte zwischen der Außenfläche der Welle und der Innenfläche der Lagerhülse insbesondere bei einem Kaltstart in Erscheinung treten, dem hohen Wärmeverlust als Teil des Reibleistungsverlustes im Betrieb des Abgasturboladers nicht ausreichend Rechnung getragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung bereitzustellen, mit Hilfe derer eine weitere Reduzierung von Reibleistungsverlusten der Lagervorrichtung bei gleichzeitiger Steigerung eines Abgasturboladerwirkungsgrades realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und nicht-triviale Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager, wobei das Lager eine die Welle umfassend ausgestaltete Lagerhülse aufweist, eine Wärmequelle zur mittelbaren oder unmittelbaren Erwärmung des Lagers auf. Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass durch die mittelbare oder unmittelbare Erwärmung des Lagers mit Hilfe der Wärmequelle ein für die Reibleistung und somit auch für den Wirkungsgrad des Abgasturboladers ausschlaggebender hydrodynamischen Zustand im Lager einstellbar ist. So liegt beispielsweise bei einem so genannten Kaltstart einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche den Abgasturbolader aufweist, eine gesteigerte Schmiermittelviskosität des Schmiermittels vor, die eine erhöhte Lagertragfähigkeit aufweist. Mit Hilfe der Wärmequelle wird nun das Lager soweit erwärmt, bis die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert ist, wobei als Folge davon die Reibung und somit die Reibleistung minimiert ist. Eine Reduzierung dieser Reibleistung hat eine Steigerung des Wirkungsgrades des Abgasturboladers als Folge.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist ein Innendurchmesser der Lagerhülse mit Hilfe der Wärmequelle einstellbar. Weisen die Welle und die Lagerhülse unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, kann mit Hilfe der Wärmequelle ein Lagerspalt eingestellt werden. Der Lagerspalt entspricht einem radialen Abstand zwischen einer Innenfläche der Lagerhülse und einer Außenfläche der Welle. Aufgrund der Erwärmung der Lagerhülse mit Hilfe der Wärmequelle dehnt sich die Lagerhülse aus, wodurch ein Innendurchmesser der Lagerhülse vergrößert und somit ebenfalls der Lagerspalt vergrößert wird. Aufgrund der Vergrößerung des Lagerspaltes wird die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Lagertemperatur vorgesehen, so dass vorteilhafterweise die aktuelle Lagertemperatur ermittelbar ist und eine entsprechende Regelung der Wärmequelle in Abhängigkeit der aktuellen Lagertemperatur durchgeführt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist die Lagertemperatur mit Hilfe der Wärmequelle kennfeldabhängig einstellbar. Das Kennfeld, mit Hilfe dessen die Lagertemperatur eingestellt wird, wurde zuvor beispielsweise an einem Motorprüfstand oder einem Abgasturboladerprüfstand ermittelt. Das Kennfeld weist so genannte optimale Soll-Lagertemperaturwerte in Abhängigkeit bspw. einer Motorlast oder einer Motordrehzahl auf. Jedem Soll-Lagertemperaturwert ist ein Lagerspaltwert zugeordnet. Es wird entsprechend einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder das Abgasturboladers – je nachdem in welcher Abhängigkeit das Kennfeld ermittelt wurde – die dem Betriebspunkt zugeordnete optimale Soll-Lagertemperatur im Kennfeld ermittelt. Der Vorteil dabei ist, dass jederzeit und für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder des Abgasturboladers die entsprechende Soll-Lagertemperatur abrufbar ist, welcher ein entsprechender Lagerspalt zuordenbar ist. Eine tatsächliche, die sogenannten Ist-Lagertemperatur des Lagers ist mit Hilfe der Wärmequelle so einzustellen, dass sie, zumindest weitestgehend, der Soll-Lagertemperatur entspricht. Weist die Ist-Lagertemperatur den Wert der Soll-Lagertemperatur auf, liegt der dieser Lagertemperatur entsprechende Lagerspalt vor.
In einer Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist das Kennfeld veränderbar. Das bedeutet, dass bspw. im Betrieb des Abgasturboladers mit Hilfe eines Programms aus dem Informatikbereich der Künstlichen Intelligenz dem Kennfeld weitere Lagertemperaturdaten hinzugefügt werden können, wobei diese Daten mit Hilfe eines entsprechenden in dem Programm angelegten Algorithmus ermittelbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist vorteilhafterweise ein Leistungsverstärker zur Steuerung eines Energieflusses zwischen der Wärmequelle und dem Lager vorgesehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Dabei zeigen:
1 In einer prinzipielle Darstellung die erfindungsgemäßen Lagervorrichtung und
2 In einer prinzipiellen Darstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einer Variante.
In 1 ist in einer prinzipiellen Darstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung 1 abgebildet. Die Lagervorrichtung 1 weist ein Lager 2, insbesondere ein Radiallager, mit einer Lagerhülse 3 auf. In dieser Lagerhülse 3 ist eine Welle 4 eines nicht näher dargestellten Laufzeugs eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers drehbar gelagert. Zwischen einer Außenfläche 5 der Welle 4 und einer Innenfläche 6 der Lagerhülse 3 ist im Betrieb des Abgasturboladers ein im Wesentlichen gleichmäßiger Lagerspalt 7 ausgebildet.
Des Weiteren umfasst die Lagervorrichtung 1 eine Wärmequelle 8, mit deren Hilfe das Lager 2 temperierbar ist. Zur definierten Temperierung ist die Wärmequelle 8 mit einer Regel- und Steuereinrichtung 9 verbunden, welche zur Regel- und Steuerung ein mit Betriebsdaten bestücktes elektronisches Kennfeld aufweist.
Das Kennfeld weist in Abhängigkeit eines Betriebspunktes des Abgasturboladers entsprechende Soll-Temperaturwerte auf. Diese Soll-Temperaturwerte werden mit tatsächlichen, so genannten Ist-Temperaturwerten des Lagers 2 verglichen, wobei die Ist-Temperaturwerte mit Hilfe eines dem Lager 2 zugeordneten Temperatursensors, bspw. in Form eines Thermoelementes, gemessen und als Messsignale an die Regel- und Steuereinrichtung 9 weitergegeben werden
Ergibt der Vergleich des Soll-Temperaturwerte mit dem Ist-Temperaturwert eine Differenz, so wird entweder die Wärmequelle 8 derart gesteuert, dass mehr Wärme an das Lager 2 abgegeben wird, damit das Lager 2 erwärmt wird und die Ist-Temperatur gesteigert werden kann. Oder die Wärmequelle 8 wird so gesteuert, dass sie weniger oder keine Wärme abgibt, damit eine Reduzierung der Ist-Temperatur herbeigeführt werden kann.
Eine Steuerung der Wärmequelle 8 erfolgt mit Hilfe eines Verstärkers 11, welcher zwischen der Regel- und Steuervorrichtung und der Wärmequelle 8 angeordnet ist. Es wird dabei ein Signal von der Regel- und Steuereinrichtung 9 an den Verstärker 11 weitergegeben, welcher beispielsweise einen Stromfluß zur Wärmequelle 8 beeinflusst.
In einer einfachen Ausführungsform der Lagervorrichtung 1 weist die Regel- und Steuereinrichtung 9 ein vollständig belegtes und somit auch nicht veränderbares Kennfeld auf. In einer aufwendigeren Ausführungsform weist die Regel- und Steuervorrichtung 9 ein veränderbares Kennfeld auf. Diesem veränderbaren Kennfeld liegt ein in der Regel- und Steuereinrichtung 9 abgebildetes Programm aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz der Informationstechnologie zugrunde.
Bei einer Lagerhülse 3, welche aus einem metallischen Material hergestellt ist, ist ein Induktor als Wärmequelle 8 ausgebildet, wie in 2 dargestellt, wobei dieser Induktor innerhalb eines nicht näher dargestellten Lagerabschnitts des nicht näher dargestellten Abgasturboladers integriert ist.
Die Erwärmung der Lagerhülse 3 führt zu einer Änderung eines Innendurchmessers Di der Lagerhülse 3 und somit zu einer Änderung des Lagerspaltes 7. Ein optimaler Lagerspalt 7 liegt dann vor, wenn eine Reibleistung minimiert ist und das Lager 2 selbst in Verbindung mit einem zwischen der Innenfläche 6 der Lagerhülse 3 und der Außenfläche 5 der Welle 4 angeordneten Schmiermittel ausreichende Tragfähigkeit aufweist.
Mit Hilfe der Wärmequelle 8 wird somit in Abhängigkeit einer Schmiermittelbetriebstemperatur des nicht näher dargestellten Abgasturboladers ein Lagerspalt 7 erzielt, welcher als optimaler Lagerspalt 7 für den entsprechenden Betriebspunkt des Abgasturboladers angesehen werden kann.
So liegt beispielsweise bei einem so genannten Kaltstart einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche den Abgasturbolader aufweist, eine gesteigerte Schmiermittelviskosität des Schmiermittels vor, die eine erhöhte Lagertragfähigkeit aufweist. Mit Hilfe der Wärmequelle 8 wird nun die Lagerhülse 3 soweit erwärmt, dass der Lagerspalt 7 vergrößert wird und die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert wird, wobei als Folge davon die Reibung minimiert wird.
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 102008060369 A1 [0002]

Claims

Lagervorrichtung für eine Welle (4) eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager (2), wobei das Lager (2) eine die Welle (4) umfassend ausgestaltete Lagerhülse (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (1) eine Wärmequelle (8) zur mittelbaren oder unmittelbaren Temperierung des Lagers (2) aufweist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (Di) der Lagerhülse (3) mit Hilfe der Wärmequelle (8) einstellbar ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (10) zur Bestimmung einer Lagertemperatur vorgesehen ist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertemperatur mit Hilfe der Wärmequelle (8) kennfeldabhängig einstellbar ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld veränderbar ist.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker (11) zur Steuerung eines Energieflusses zwischen der Wärmequelle (8) und dem Lager (2) vorgesehen ist.