DE102010054926A1

DE102010054926A1 - Lagereinheit für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102010054926A1
Application number: DE102010054926A
Authority: DE
Inventors: Dr. Solfrank Peter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012079880A1; DE102010054926A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) angeordnete Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) mit einem äußeren Lagerring (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289), wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) und dem Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) ein Zwischenraum (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) für einen Ölfilm (17, 61, 91, 121, 151, 181, 249, 299) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285 eine zur Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) ausgebildete Versorgungsbohrung (19, 21, 57, 87, 117, 147, 177, 211, 213, 245, 247, 253, 255, 293) aufweist, die mit einer die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (23, 25, 65, 95, 125, 155, 185, 211, 213, 241, 243, 257, 259, 295) kommunizierend verbunden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) im Einbauzustand des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) im Wesentlichen von der Unterseite erfolgt, um so eine Zentrierung der Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222) zu erreichen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring, wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse ein Zwischenraum für einen Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Zwischenraums ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist, die mit einer die Lagerkartusche in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kommunizierend verbunden ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring und einem Trägerring, wobei zwischen dem äußeren Lagerring und dem Trägerring ein Zwischenraum für einen Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Zwischenraums ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist, die mit einer den Trägerring in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kommunizierend verbunden ist
Hintergrund der Erfindung
Ein Turbolader dient üblicherweise der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Turbolader besteht hierzu aus einem Verdichter und einer Turbine, die über eine innerhalb eines Lagergehäuses gelagerte Welle miteinander verbunden sind. Im Betrieb wird die Turbine durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt über die Welle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird in den Motor geleitet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine große Menge Luft in die Zylinder gelangt. Hierdurch steigt der zur Verbrennung von Kraftstoff benötigte Sauerstoffgehalt entsprechend an, so dass bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangt.
Dies führt zu einer Steigerung des maximalen Drehmoments, wodurch die Leistungsabgabe, also die maximale Leistung bei konstantem Arbeitsvolumen, erhöht wird. Diese Steigerung erlaubt insbesondere den Einsatz eines leistungsstärkeren Motors mit annähernd gleichen Abmessungen oder ermöglicht alternativ eine Verringerung der Motorabmessungen, also das Erzielen einer vergleichbaren Leistung bei kleineren und leichteren Maschine.
Im Betrieb eines Turboladers rotiert, die Welle bei steigender Motordrehzahl mit hoher Drehgeschwindigkeit. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit können beispielsweise durch die Rotation der Welle hervorgerufene Schwingungen auf die Lagerkartusche übertragen werden. Um hierbei einen unerwünschten Kontakt der Lagerkartusche mit dem Lagergehäuse möglichst zu verhindern und um einen störungsfreien Betrieb eines Turboladers gewährleisten zu können, werden üblicherweise Lagereinheiten eingesetzt, die durch einen sogenannten Quetschölfilm die auftretenden Schwingungen dämpfen können. Hierzu wird Öl aus dem Motorölkreislauf in einen Zwischenraum zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse gedrückt, wobei das entstehende Ölpolster bzw. der Quetschölfilm die Funktion des Schwingungsdämpfers übernimmt. Hierdurch können sowohl eventuell auftretende kontaktbedingte Geräusche verhindert und die Lebensdauer der einzelnen Lagerkomponenten erhöht werden.
Aus der WO 2006/004654 A1 ist eine Lagereinheit der eingangs genannten Art für einen Turbolader bekannt. Die Lagereinheit umfasst eine innerhalb eines Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche. Die Lagerkartusche ist mit zwei Kugellagern ausgebildet und weist einen äußeren Lagerring auf. Zwischen dem Außenumfang des äußeren Lagerrings und der Innenwand des Lagergehäuses ist ein Ölfilm ausgebildet, der der Dämpfung von Schwingungen im Betrieb des Turboladers dient. Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt die Ölversorgung der Lagereinheit über an der Oberseite des Lagergehäuses ausgebildete Versorgungsöffnungen.
Auch aus der DE 689 08 244 T2 ist eine Lagereinheit für einen Turbolader bekannt. Die Lagereinheit ist ebenfalls mit einem Lagergehäuse und zwei in diesen angeordneten Kugellagern ausgebildet. Weiterhin sind zwei sogenannte hohlzylindrische Ölfilmdämpfer umfasst, in denen die äußeren Lagerringe der Kugellager angeordnet sind. Zwischen der Außenwandung der Ölfilmdämpfer und der Innenwand des Lagergehäuses ist ein Ölfilm ausgebildet, so dass die Kugellager und die Ölfilmdämpfer schwimmend innerhalb des Lagergehäuses gehalten sind. Die Ölversorgung erfolgt hierbei ebenfalls über an der Oberseite des Lagergehäuses ausgebildete Ölzuführöffnungen.
Zwar lässt sich durch die Ölversorgung gemäß den beiden vorgenannten Ausgestaltungen grundsätzlich eine Dämpfung der Schwingung im Betrieb des Turboladers erreichen, allerdings kann eine Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses nicht sicher gewährleistet werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ölversorgung der Lagereinheit zur Verfügung zu stellen, die eine gleichmäßige Schwingungsdämpfung und damit den störungsfreien Betrieb eines Turboladers ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring, wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse ein Zwischenraum für einen Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Zwischenraums ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist, die mit einer die Lagerkartusche in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kommunizierend verbunden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Ölversorgung des Zwischenraums im Einbauzustand des Lagergehäuses im Wesentlichen von der Unterseite erfolgt.
Die Erfindung berücksichtigt, dass die Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses grundsätzlich durch die Rotation der Welle im Betrieb erreicht wird. Hier erzeugt die Unwucht der Welle eine die Lagerkartusche umlaufende nach außen gerichtete Radialkraft. Bei einer exzentrischen Lage der Lagerkartusche innerhalb des Ölfilms, wenn also der Ölfilm entlang des Umfangs eine unterschiedliche Dicke aufweist, verursacht der dickere Teil des Ölfilms einen geringeren Widerstand gegenüber der Radialkraft als der dünnere Teil. Die Lagerkartusche bewegt sich in Richtung des geringeren Widerstands, also des dickeren Teils des Ölfilms und kann den Dickenunterschied unter Selbstzentrierung entsprechend ausgleichen.
Dennoch sind bislang häufig unerwünschte Kontaktspuren am Außenumfang der Lagerkartusche zu verzeichnen. Diese Kontaktspuren rühren von einem metallischen Kontakt zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse her, der auf eine mangelnde Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses und entsprechend auf eine reduzierte Dämpfungswirkung des Ölfilms zurückzuführen ist. Insgesamt resultiert hieraus eine erhöhte Lagerbelastung ebenso wie eine unerwünschte Schwingungsübertragung, was wiederum zu Ermüdung des Materials der einzelnen Lagerkomponenten führt.
Diese kontaktbedingten Ermüdungserscheinungen sind darauf zurückzuführen, dass die Selbstzentrierung der Welle im Betrieb der Lagereinheit durch Störfaktoren erschwert wird. Hierzu zählen beispielsweise das Eigengewicht der Lagerkartusche und insbesondere die Art der Druckbeaufschlagung des Ölfilms. Durch die bislang eingesetzte Druckbeaufschlagung über eine an der Oberseite des Lagergehäuses ausgebildete Versorgungsbohrung nimmt der Druck in der die Lagerkartusche auf seinem Außenumfang umlaufenden Nut aufgrund der abfließenden Ölmenge von oben nach unten ab. Hieraus resultiert eine radiale Kraft, die gemeinsam mit der Schwerkraft nach unten wirkt und dem selbstzentrierenden Effekt bei der Rotation der Welle entgegenwirkt. Durch die Summe dieser Kräfte wird der benötigte Abstand zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse im ungünstigsten Fall null, so dass es zu einem Kontakt zwischen den Lagerkomponenten kommen kann, der einen störungsfreien Betrieb des Turboladers nicht länger ermöglicht.
Mit anderen Worten kann durch die bislang gängige Versorgung des Zwischenraums die Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses durch einen gleichmäßigen Ölfilm nicht gewährleistet werden.
Unter Berücksichtigung dessen erkennt die Erfindung, dass die vorgenannten Nachteile überraschend einfach dann überwunden werden können, wenn die Ölversorgung des Zwischenraums im Einbauzustand des Lagergehäuses im Wesentlichen von unten erfolgt. Durch die Beaufschlagung des Zwischenraums von unten wirkt der Öldruck von der Unterseite des Lagergehäuses nach oben hin und ist somit den schwerkraftbedingten Kräften, wie dem Eigengewicht der Lagerkartusche, entgegengerichtet. Durch die gezielte Ölversorgung kann somit auf einfache Weise die Dämpfungswirkung des Ölfilms gewährleistet und entsprechend die notwendige Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses unterstützt werden.
Die im Wesentlichen von unten aus erfolgende Ölversorgung des Zwischenraums kann direkt über eine an der Unterseite im Lagergehäuse ausgebildete Versorgungsbohrung erreicht werden. Die Versorgungsbohrung kann insbesondere hinsichtlich ihres Durchmessers variabel ausgestaltet sein. Der Durchmesser kann dem Öldruck und der zur Ausbildung des Ölfilms benötigten Ölmenge angepasst sein. Die Ölmenge ist hierbei insbesondere abhängig, von der Größe des Zwischenraums, welche wiederum durch das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der Lagerkartusche und dem Innendurchmesser des Lagergehäuses vorgegeben ist. Die Länge der Versorgungsbohrung ist zweckmäßigerweise den Abmessungen des Lagergehäuses angepasst. Die Versorgungsbohrung kann hierbei innerhalb des Lagergehäuses entweder vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet oder auch gegenüber der Lagergehäuseachse geneigt sein.
Weiterhin ist die Anzahl der Versorgungsbohrungen grundsätzlich nicht begrenzt. Vorzugsweise sind entsprechend mehrere Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse ausgebildet, die zur Versorgung des Ölfilms zur Verfügung stehen. Die Versorgungsbohrungen sind hierbei zweckmäßigerweise mit einem ausreichend axialen Abstand voneinander in das Lagergehäuse eingebracht, so dass eine gleichmäßige Verteilung des Öls über den ganzen Umfang des äußeren Lagerrings gewährleistet ist.
Die Versorgungsbohrung kann weiterhin mit einer Druckverteilungskammer in Verbindung stehen. Die Druckverteilungskammer kann über die Versorgungsbohrung mit Öl beaufschlagt werden. Das Öl wird dann von der Druckverteilungskammer ausgehend in den Zwischenraum zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse gedrückt.
Die Lagerkartusche besteht üblicherweise aus zumindest einem Lager mit einem inneren und einem äußeren Lagerring, zwischen denen eine Anzahl von Wälzkörpern geführt ist. Die Wälzkörper sind in Wälzkörperlaufbahnen geführt, die am Außenumfang des inneren Lagerrings bzw. am Innenumfang des äußeren Lagerrings eingebracht sind. Beide Lagerringe können entweder einteilig oder zweiteilig gefertigt sein.
Weiterhin kann die Lagerkartusche beispielsweise zusätzlich oder alternativ zum äußeren Lagerring einen Trägerring umfassen, in dem das Lager angeordnet ist. Der Ölfilm ist so beispielsweise entweder zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse oder zwischen dem Trägerring und dem Lagergehäuse ausgebildet.
Das Lagergehäuse kann aus verschiedenen Materialien gefertigt sein. Aufgrund der hohen Belastungen im Betrieb eines Turboladers eignen sich hierbei insbesondere temperaturfeste und korrosionsbeständige metallische Werkstoffe. Das Lagergehäuse ist insbesondere mit einer Aufnahmebohrung für das Lager ausgebildet, wobei der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des äußeren Lagerrings. Der hierbei für die Ausbildung des Ölfilms entstehende Zwischenraum, der beispielsweise als ein Spalt zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse ausgebildet ist, ist entsprechend durch die Abmessungen der Aufnahmebohrung und dem äußeren Lagerring bestimmt.
Das Lager kann als ein Wälzlager ausgebildet sein. Hierbei ist beispielsweise eine Ausgestaltung mit innerhalb eines Käfigs gehaltenen Wälzkörpern als auch eine vollkugelige Variante ohne Käfig denkbar. Das Lager ist üblicherweise mit einem inneren und einem äußeren Lagerring ausgebildet. Im Hinblick auf die Belastungen der Lagereinheit und unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse, wie beispielsweise Temperatureinflüsse oder Korrosion, sind die Lagerringe insbesondere aus temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien gefertigt. Hierzu eignen sich beispielsweise durchgehärtete Stähle, die eine Vickershärte von mindestens 600 HV aufweisen. Die Lagerringe weisen diese Härte insbesondere an ihrer Oberfläche bzw. an den Stellen der Wälzkörperlaufbahnen auf.
Die den Außenumfang der Lagerkartusche umlaufende Nut ist mit der innerhalb des Lagergehäuses ausgebildeten Versorgungsbohrung kommunizierend verbunden. Somit kann die Nut über die Versorgungsbohrung mit einem Fluid und insbesondere mit Öl beaufschlagt werden. Von der Nut ausgehend kann sich das Öl sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang der Lagerkartusche derart verteilen, dass sich ein gleichmäßiger Ölfilm zwischen der Lagerkartusche und der Innenwand des Lagergehäuses bildet. Insbesondere kann auch eine Mehrzahl von Nuten an der Lagerkartusche ausgebildet sein, die mit einer Mehrzahl von Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse kommunizierend verbunden sind, so dass auf diese Weise die Versorgung des Ölfilms gleichzeitig an mehreren Stellen erfolgen kann.
Weiterhin kann in dem äußeren Lagerring eine Spritzölbohrung eingebracht sein, die das Öl von den Nuten ausgehend in den Lagerinnenraum drückt. Das Öl kann so beispielsweise auch zur Schmierung der Lagerkomponenten genutzt werden.
Um den Ablauf des Öls zu gewährleisten, umfasst die Lagerkartusche üblicherweise eine Ablaufnut an ihrem Außenumfang. Diese ist hierzu mit einer im Lagergehäuse zusätzlich eingebrachten Auslassbohrung kommunizierend verbunden. Auf diese Weise kann das über die Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen. Der Durchmesser des Auslasses ist hierzu vorzugsweise so dimensioniert, dass ein ungestörter Ölablauf möglich ist. Weiterhin kann das Öl zusätzlich auch in axialer Richtung außen zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse abfließen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mündet die Versorgungsbohrung zur Ölversorgung des Zwischenraums im Wesentlichen von unten in die Nut. Wie eingangs bereits erwähnt, unterstützt diese Ausgestaltung die Selbstzentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses durch einen gleichmäßigen Ölfilm, da der Öldruck der Schwerkraft und somit dem Eigengewicht der Lagerkartusche entgegenwirkt.
Die Versorgungsbohrung ist im Lagergehäuse bevorzugt vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet. Durch die vertikale Ausrichtung kann eine gleichmäßige Verteilung des Öls im Zwischenraum zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse und damit eine Zentrierung des äußeren Lagerrings bzw. des Lagers erreicht werden. Grundsätzlich ist eine vertikale Ausrichtung insbesondere dann von Vorteil, wenn das 01 direkt von der Versorgungsbohrung in den Zwischenraum gelangt. In diesem Fall kann über eine vertikal ausgerichtete Versorgungsbohrung auf einfache Weise eine gleichmäßige Verteilung des Öls entlang des Umfangs des äußeren Lagerrings erreicht werden.
Weiterhin kann die Versorgungsbohrung bevorzugt einen vom Kreisdurchmesser verschiedenen Querschnitt aufweisen und gemeinsam mit der den äußeren Lagerring auf seinem Außenumfang umlaufenden Nut als Druckverteilungskammer genutzt werden. Dies gilt beim Einsatz eines Trägerrings für diesen analog.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich eine Druckverteilungskammer zur Ölversorgung des Zwischenraums umfasst. Die Druckverteilungskammer kann hierbei beispielsweise in Form einer Aussparung im Lagergehäuse eingebracht sein. Weiterhin ist zusätzlich oder alternativ auch eine Druckverteilungskammer möglich, die sich durch eine entsprechende Form der Lagerkartusche ergibt. Hierbei kann beispielsweise der äußere Lagerring oder der Trägerring an einer Stelle seines Umfangs abgeflacht sein, so dass beim Einbau der Lagerkartusche in ein Lagergehäuse ein Freiraum an der Stelle der Abflachung entsteht, der als Druckverteilungskammer zur Verfügung steht. Die Druckverteilungskammer kann grundsätzlich flexibel am Umfang des äußeren Lagerrings oder des Trägerrings ausgebildet sein. Hierbei kann insgesamt durch die gezielte Gestaltung und Positionierung der Druckverteilungskammer die druckinduzierte Radialkraft auf die Lagerkartusche beeinflusst werden.
Um eine Beaufschlagung der Druckverteilungskammer mit Öl zu ermöglichen, ist diese zweckmäßigerweise mit der Versorgungsbohrung verbunden. Die Druckverteilungskammer stellt also ein Ölreservoir dar und steht selbst zur Beaufschlagung des Zwischenraums und zur Versorgung des Ölfilms zur Verfügung. Die Größe, das Volumen und der Querschnitt der Druckverteilungskammer können hierbei je nach Anforderung an die Lagereinheit variieren. Beispielsweise ist eine Abstimmung der Größe bzw. des Querschnitts der Druckverteilungskammer mit der Ausrichtung der Versorgungsbohrung möglich. Hierbei gilt grundsätzlich, dass die Freiheit, die Versorgungsbohrung innerhalb des Lagergehäuses abweichend von der vertikalen Ausrichtung auszugestalten, mit dem Querschnitt der Druckverteilungskammer ansteigt, da die Abhängigkeit der Druckverteilung von der Lage der Versorgungsbohrung mit steigendem Querschnitt der Druckverteilungskammer abnimmt.
Vorzugsweise umläuft die Druckverteilungskammer die Lagerkartusche entlang ihres Umfangs zumindest teilweise. Hierdurch entsteht entlang des Umfangs der Lagerkartusche ein geringeres Druckgefälle. Grundsätzlich sind hinsichtlich der Form der Druckverteilungskammer unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. Die Druckverteilungskammer kann beispielsweise im Vertikalschnitt sichelförmig an der Unterseite der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses ausgebildet sein, so dass die Ölbeaufschlagung hauptsächlich von der Unterseite erfolgt. Alternativ kann die Druckverteilungskammer die Lagerkartusche entlang ihres ganzen Umfangs umlaufen. Der Druck des Öls in der Druckverteilungskammer ist dann entlang des ganzen Umfangs der Lagerkartusche annähernd gleich groß. Dies ermöglicht beispielsweise die Einbringung der Versorgungsbohrung an einer von der Unterseite abweichenden Position, wie beispielsweise seitlich oder an der Oberseite.
Zweckmäßigerweise umfasst die Lagerkartusche zusätzlich einen Trägerring, der den Zwischenraum für den Ölfilm zumindest teilweise begrenzt. Hierbei können die weiteren Lagerkomponenten der Lagerkartusche, wie der äußere Lagerring im eingebauten Zustand im Trägerring positioniert sein. Der Zwischenraum für den Ölfilm kann entsprechend zwischen dem Außenumfang des Trägerrings und der Innenwand des Lagergehäuses ausgebildet sein, so dass der Trägerring schwimmend im Lagergehäuse positioniert ist. Alternativ kann der Zwischenraum für den Ölfilm zwischen dem Trägerring und dem äußeren Lagerring ausgebildet sein. Hierdurch wird beispielsweise ermöglicht, die Lagereinheit bzw. die entsprechend der jeweiligen Anforderung flexibel auszugestalten. Beispielsweise kann die Lagerkartusche Kundenwünschen entsprechend vormontiert und geliefert werden.
Bevorzugt ist die Nut im Außenumfang des äußeren Lagerrings und/oder im Außenumfang des Trägerrings eingebracht. Bei einer Ausgestaltung mit nur einem äußeren Lagerring steht die Nut mit der innerhalb des Lagergehäuses ausgebildeten Versorgungsbohrung kommunizierend in Verbindung und kann mit Öl beaufschlagt werden. Der Ölfilm bildet sich dann zwischen dem Lagergehäuse und dem äußeren Lagerring aus. Bei dem Einsatz eines zusätzlichen Trägerrings kann die Nut zur Versorgung des Ölfilms in dessen Außenumfang ausgebildet sein, so dass der Ölfilm zwischen dem Lagergehäuse und dem Trägerring ausgebildet ist.
Da die Ölversorgung des Ölfilms bei dieser Ausgestaltung ebenfalls von der Unterseite erfolgt, ist die Position der Versorgungsbohrung im Lagergehäuse für die Nut im Trägerring am Umfang frei wählbar. Die Nut im Trägerring ist vorzugsweise mit einem entsprechend großen Querschnitt ausgebildet, so dass kein wesentlicher Druckverlust zu verzeichnen ist. Alternativ kann die Nut im Trägerring entfallen, wenn die Bohrung zur Versorgung der Nut im äußeren Lagerring an der Unterseite des Trägerrings ausgebildet ist. Die Form der Bohrung im Trägerring kann hinsichtlich ihres Querschnitts und ihrer Form beliebig gestaltet werden und von einer Kreisform abweichen.
Bei allen vorgenannten Ausgestaltungen gilt, wie bereits eingangs erwähnt, dass die Anzahl der Nuten nicht begrenzt ist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Nuten der Anzahl der mit ihnen kommunizierend verbundenen Versorgungsbohrungen. Zweckmäßigerweise ist weiterhin eine Nut umfasst, die mit einer Auslassbohrung für das Öl kommunizierend verbunden ist, so dass das über die oder jede Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen kann. Die Lagerringe können selbstverständlich auch bei dem Einsatz eines Trägerrings ein- oder mehrteilig ausgebildet sein, so dass auch hier die Verwendung eines Federelements möglich ist.
Vorzugsweise ist der äußere Lagerring zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Teilringe des äußeren Lagerrings axial voneinander beabstandet sind. Eine zweiteilige Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung der Teilringe und verringert den Montageaufwand der Lagereinheit. Weiterhin können sowohl die Kosten als auch der Transportaufwand verringert werden. Die axiale Beabstandung kann beispielsweise mittels eines Federelements axial erreicht werden. Das Federelement drückt die beiden Teilringe auseinander und hält sie so federnd in der vorgesehen Position. Der axiale Abstand der Teilringe zueinander ist hierbei insbesondere durch die Vorspannung des Federelements gegeben. Das Federelement kann beispielsweise als eine metallische Spiralfeder ausgebildet sein.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Lager als ein Wälzlager ausgebildet. Wälzlager eignen sich für verschiedene Lagerungsfälle und dienen insbesondere der Fixierung von Wellen, wobei sie die radialen und axialen Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle ermöglichen. Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei Lagerringen mit integrierten Laufbahnen. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper angeordnet, die sich auf den Laufbahnen abwälzen. Als Wälzkörper gängiger Lagertypen können je nach Anforderung beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen oder Kegelrollen eingesetzt werden. Weiterhin ist eine Ausbildung mit einem die Wälzkörper führenden Käfig möglich.
Weiter bevorzugt ist das Lager als ein Gleitlager ausgebildet. Bei einer Gleitlagerung haben die beiden sich relativ zueinander bewegenden Teile direkten Kontakt und gleiten aufeinander. Der hierbei entstehende Reibwiderstand kann insbesondere durch die Erzeugung eines Schmierfilms überwunden werden. Weiterhin kann durch die Wahl reibungsarmer Materialpaarungen der sich berührenden Teile eine Verringerung des Reibwiderstands erreicht werden. Der Einsatz eines Gleitlagers zur Lagerung einer Welle eines Turboladers eignet sich beispielsweise deswegen, da das über die Versorgungsbohrungen zugeführte Öl auch zur Schmierung des Gleitlagers genutzt werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring und einem Trägerring, wobei zwischen dem äußeren Lagerring und dem Trägerring ein Zwischenraum für einen Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Zwischenraums ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist, die mit einer den Trägerring in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kommunizierend verbunden ist. Hierbei ist ebenfalls vorgesehen, dass die Ölversorgung des Zwischenraums im Einbauzustand des Lagergehäuses im Wesentlichen von der Unterseite erfolgt.
Der Trägerring kann hierbei beispielsweise kraft- oder formschlüssig im Lagergehäuse fixiert sein. Durch die kommunizierende Verbindung zwischen der Versorgungsbohrung und der den Trägerring in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kann das Öl sich in der Nut über den Umfang des Trägerrings verteilen. An der Unterseite des Trägerrings kann das Öl über eine mit der Nut verbundene Bohrung in die Nut am Außenumfang des äußeren Lagerrings gelangen, so dass sich der Ölfilm zur Schwingungsdämpfung zwischen dem äußeren Lagerring und dem Trägerring ausbildet. Von der Nut im äußeren Lagerring wird ein Teil des Öls dann beispielsweise über eine mit der Nut verbundene Spritzölbohrung in den Lagerinnenraum gedrückt und steht zur Schmierung der Lagerkomponenten zur Verfügung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf die erste Lageranordnung gerichteten Unteransprüchen, die sinngemäß auf die zweite Lageranordnung übertragen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
2 die Lagereinheit gemäß 1 in einem Querschnitt,
3 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt,
4 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt,
5 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt,
6 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt,
7 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt,
8 einen Ausschnitt einer weiteren Lagereinheit für einen Turbolader mit einem Federelement in einem Längsschnitt,
9 einen Ausschnitt einer weiteren Lagereinheit für einen Turbolader mit einem Federelement in einem Längsschnitt,
10 die Lagereinheit gemäß 9 in einem Querschnitt, sowie
11 eine weitere Lagereinheit mit einer Druckverteilungskammer in einem Querschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 1 umfasst eine Lagerkartusche 2, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 3 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 2 ist ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 5 in dieser positioniert. Das Lager 5 ist mit einem äußeren Lagerring 7 sowie mit einem inneren Lagerring 9 ausgebildet. Der innere Lagerring 9 ist zweiteilig ausgeführt und auf einer Welle 11 angeordnet. Als Wälzkörper 13 sind zwischen den Lagerringen 7, 9 Kugeln eingesetzt.
Zwischen dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 7 und dem Lagergehäuse 3 ist ein Zwischenraum 15 in Form eines Spalts mit einem Ölfilm 17 ausgebildet. Der Ölfilm 17 wird im eingebauten Zustand über zwei Versorgungsbohrungen 19, 21 mit Öl versorgt. Hierzu sind beide Versorgungsbohrungen 19, 21 jeweils mit den äußeren Lagerring auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 23, 25 kommunizierend verbunden.
Um eine Zentrierung des äußeren Lagerrings 7 innerhalb des Lagergehäuses 3 und damit eine störungsfreie Funktion des Turboladers zu gewährleisten, sind die Versorgungsbohrungen 19, 21 im Einbauzustand an der Unterseite des Lagergehäuses 3 ausgebildet. Sie verlaufen vertikal zur Lagergehäuseachse 27.
Durch die Beaufschlagung des Zwischenraums 15 von der Unterseite ausgehend ist der Öldruck der Schwerkraft entgegengerichtet. Somit lässt sich durch die gezielte Ölversorgung des Zwischenraums 15 und den sich dabei ausbildenden Ölfilm 17 von unten den schwerkraftbedingten Kräften entgegenwirken, so dass der äußere Lagerring 7 und damit das Lager 5 innerhalb des Lagergehäuses 3 zentriert ist.
Weiterhin ist der äußere Lagerring 7 an seinem Außenumfang mit einer Ablaufnut 29 versehen, über die das Öl des Ölfilms 17 ablaufen kann. Die Ablaufnut 29 ist im eingebauten Zustand des Lagers 5 kommunizierend mit einer Auslassbohrung 31 verbunden, deren Durchmesser so dimensioniert ist, dass ein störungsfreier Ölablauf gewährleistet ist. Auf diese Weise kann ein gleichbleibender Ölfilm 17 gewährleistet werden. Zusätzlich fließt das Öl auch in axialer Richtung außen zwischen dem äußeren Lagerring 7 und dem Lagergehäuse 3 ab.
In 2 ist die Lagereinheit 1 gemäß 1 in einem Querschnitt gezeigt. Aufgrund der Darstellung ist nur eine Versorgungsbohrung 19 zu sehen. Über die vertikal ausgerichtete Versorgungsbohrung 19 wird der Zwischenraum 15 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem äußeren Lagerring 7 mit Öl versorgt. Über die Ablaufnut 29, die vorliegend aufgrund der Darstellung ebenfalls nicht zu sehen ist, läuft das Öl nach unten hin ab.
Die vertikale Ausrichtung der Versorgungsbohrung 19 ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Öls im Zwischenraum 15 und somit die Ausbildung eines gleichmäßig schwingungsdämpfenden Ölfilms 17. Hierdurch wird die Zentrierung des äußeren Lagerrings 7 im Lagergehäuse 3 unterstützt.
In den 3 bis 7 ist jeweils eine Lagereinheit 41, 71, 101, 131, 161 für einen Turbolader in einem Querschnitt gezeigt. Bei allen Figuren erfolgt die Versorgung mit Öl jeweils über Druckverteilungskammern 43, 73, 103, 133, 163. Grundsätzlich gilt, dass über die Druckverteilungskammern 43, 73, 103, 133, 163 die Verteilung des den äußeren Lagerring 49, 79, 109, 139, 169 beaufschlagenden Drucks und damit auch die druckinduzierte Radialkraft auf diesen beeinflusst werden. Hierbei steigt die Freiheit, die Versorgungsbohrung 57, 87, 117, 147, 177 innerhalb des Lagergehäuses 45, 75, 105, 135, 165 abweichend von ihrer vertikalen Ausrichtung auszugestalten mit größer werdendem Querschnitt an.
3 zeigt eine Lagereinheit 41 für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer 43 in einem Querschnitt. Die Lagereinheit 41 besteht aus einer Lagerkartusche 42, die einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 45 positioniert ist. In dem Lagergehäuse 45 ist als Teil der Lagerkartusche ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 47 angeordnet. Das Lager 47 weist einen äußeren Lagerring 49 sowie einen inneren Lagerring 51 auf. Zwischen den Lagerringen 49, 51 sind als Wälzkörper 53 Kugeln eingesetzt. Der innere Lagerring 51 ist auf einer Welle 55 angeordnet und zweiteilig ausgeführt. Letzteres ist aufgrund der Darstellung nicht zu sehen.
Die Lagereinheit 41 ist wie auch in den 1 und 2 mit zwei Versorgungsbohrungen ausgebildet, von denen vorliegend nur eine Versorgungsbohrung 57 zu sehen ist. Die Versorgungsbohrung 57 ist vertikal ausgerichtet und an der Unterseite des Lagergehäuses 45 ausgebildet. Sie steht mit der Druckverteilungskammer 43 und der den Außenumfang des äußeren Lagerrings 49 umlaufenden Nut 65 in Verbindung, über die der im Zwischenraum 59 zwischen dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 49 und dem Innenumfang des Lagergehäuses 45 ausgebildete Ölfilm 61 mit Öl versorgt wird.
Die Druckverteilungskammer 43 ist hierbei wie auch die Versorgungsbohrung 57 an der Unterseite des Lagergehäuses 45 ausgebildet. Durch die Beaufschlagung des Zwischenraums 15 von der Unterseite wirkt der Öldruck innerhalb des Lagergehäuses 45 von unten nach oben und ist somit der Schwerkraft entgegengerichtet. Hierdurch kann eine Zentrierung des äußeren Lagerrings 49 bzw. des Lagers 47 selbst umgesetzt und so ein störungsfreier Betrieb des Turboladers gewährleistet werden.
In 4 ist eine weitere Lagereinheit 71 für einen Turbolader mit einer Druckverteilungskammer 73 in einem Querschnitt zu sehen. Die Lagereinheit 41 besteht ebenfalls aus einer Lagerkartusche 72, die einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 75 positioniert ist. In dem Lagergehäuse 75 ist als Teil der Lagerkartusche ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 77 angeordnet.
Zwischen dem äußeren Lagerring 79 und dem inneren Lagerring 81 sind als Wälzkörper 83 Kugeln eingesetzt. Der innere Lagerring 81 ist einteilig hergestellt und auf einer Welle 85 angeordnet. Weiterhin ist zwischen dem äußeren Lagerring 79 und der Innenwand des Lagergehäuses 75 der Zwischenraum 89 für den Ölfilm 91 ausgebildet. Da die einzelnen Komponenten der Lagereinheit 71 in den vorhergehenden Figuren bereits detailliert beschrieben sind, wird an dieser Stelle auf die Beschreibung verwiesen.
Im Unterschied zu 3 ist die Druckverteilungskammern 73 in 4 an der Unterseite des Lagergehäuses 75 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet. Über die Versorgungsbohrung 87 wird Öl aus einem Ölkreislauf in die Druckverteilungskammer 73 und die den Außenumfang des äußeren Lagerrings 79 umlaufenden Nut 95 und von dort aus in den Zwischenraum 89 gedrückt. Der entstehende Ölfilm 91 ermöglicht dann in seiner Funktion als Schwingungsdämpfer die Zentrierung des Lagers 71 innerhalb des Lagergehäuses 75.
Auch 5 zeigt eine Lagereinheit 101 für einen Turbolader mit einer Lagerkartusche 102, mit einer Druckverteilungskammer 103 und mit einem innerhalb eines metallischen Lagergehäuses 105 angeordneten Lager 107 in einem Querschnitt. Das Lager 107 ist als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet. Die detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten der Lagereinheit 101 kann der Beschreibung zu den vorhergehenden Figuren entnommen werden.
Die Druckverteilungskammer 103 ist im Unterschied zu den 1 bis 4 nicht nur an der Unterseite des Lagergehäuses 105, sondern den ganzen Umfang des äußeren Lagerrings 109 umlaufend ausgebildet. Die Versorgung des Zwischenraums 119 mit Öl erfolgt entsprechend über den ganzen Umfang mit einem geringeren Druckgefälle. Auch in 5 steht die Versorgungsbohrung 117 mit der Druckverteilungskammer 103 und der den Außenumfang des äußeren Lagerrings 109 umlaufenden Nut 125 in Verbindung.
In 6 ist eine weitere Ausgestaltung einer Lagereinheit 131 für einen Turbolader mit einer Lagekartusche 132 in einem Querschnitt gezeigt. Die Lagereinheit 131 umfasst eine Druckverteilungskammer 133, die in einem metallischen Lagergehäuse 135 ausgebildet ist. Innerhalb des Lagergehäuses 135 ist ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 137 als Teil der Lagerkartusche angeordnet. Wie bereits zuvor erläutert kann auch hier auf die detaillierte Beschreibung der vorgenannten Figuren zurückgegriffen werden.
Die Versorgungsbohrung 147 ist vertikal zur Lagergehäuseachse an der Unterseite der Lagergehäuses 135 ausgebildet und steht mir der Druckverteilungskammer 133 und der den Außenumfang des äußeren Lagerrings 139 umlaufenden Nut 155 in Verbindung. Hierdurch wird die Ölversorgung des Ölfilms 151 und damit eine schwingungsgedämpfte Lagerung des Lagers 137 bzw. des äußeren Lagerrings 139 ermöglicht.
In 7 ist eine weitere Lagereinheit 161 für einen Turbolader mit einer Lagerkartusche in einem Querschnitt zusehen, die in einem Lagergehäuse 165 positioniert ist. Im Lagergehäuse ist eine Druckverteilungskammer 163 eingebracht. Die Beschreibung einzelnen Komponenten der Lagereinheit 161 kann den vorbeschriebenen Figuren entnommen werden.
Vorliegend ist die Versorgungsbohrung 177 nicht vertikal zur Lagergehäuseachse ausgebildet, sondern gegenüber der Lagergehäuseachse geneigt. Diese Ausgestaltung wird durch die Größe des Querschnitts der Druckverteilungskammer 163 ermöglicht, da die Abhängigkeit der Druckverteilung von der Lage der Versorgungsbohrung 177 mit steigendem Querschnitt der Druckverteilungskammer 163 abnimmt. Insgesamt kann durch die geneigte Ausgestaltung der Versorgungsbohrung 177 in Kombination mit der Druckverteilungskammer 163 und der den Außenumfang des äußeren Lagerrings 169 umlaufenden Nut 185 eine gleichmäßige Versorgung des Ölfilms 181 im Zwischenraum 179 zwischen dem äußeren Lagerring 169 und dem Lagergehäuse 171 umgesetzt werden.
8 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Lagereinheit 191 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 191 ist vorliegend nur als Lagerkartusche 192 ohne Lagergehäuse gezeigt. Die Lagereinheit 191 hat ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 193. Der äußere Lagerring ist vorliegend zweiteilig ausgeführt.
Die beiden Teilringe 195, 197 des äußeren Lagerrings sind mittels eines als eine metallische Spiralfeder ausgebildeten Federelements 199 axial voneinander beabstandet. Das Federelement 199 drückt die beiden Teilringe 195, 197 auseinander und hält sie so federnd in der vorgesehenen Position.
Der innere Lagerring 201 des Lagers 193 ist einteilig ausgeführt. Zwischen dem inneren Lagerring 201 und den beiden äußeren Teilringen 195, 197 sind als Wälzkörper 203 ausgebildete Kugeln eingesetzt. Die Wälzkörper 203 sind jeweils in einem Käfig 205 gehalten. Das Lager 193 ist über seinen inneren Lagerring 201 auf einer Welle 207 angeordnet.
Im Unterschied zu 1 ist vorliegend ein einteilig gefertigter Trägerring 209 aus einem metallischen Werkstoff umfasst. In dem Trägerring ist das Lager 193 aufgenommen. Der Trägerring 209 ist an seinem Außenumfang mit zwei umlaufenden Nuten 211, 213 versehen, die im eingebauten Zustand in einem Lagergehäuse mit den Versorgungsbohrungen des Lagergehäuses kommunizierend in Verbindung stehen. Der Zwischenraum ist somit zwischen dem Außenumfang des Trägerrings 209 und der Innenwand des Lagergehäuses ausgebildet, so dass der Trägerring 209 für die Ölversorgung der Lagereinheit 191 genutzt wird. Da vorliegend kein Lagergehäuse sondern nur die Lagerkartusche 292 gezeigt ist, sind der Zwischenraum und der Ölfilm nicht zu sehen.
Weiterhin ist eine Ablaufnut 217 auf dem Außenumfang umfasst, die im eingebauten Zustand mit einer Auslassbohrung für das Öl verbunden ist. Auf diese Weise kann das über die Versorgungsbohrungen dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen.
9 zeigt eine weitere Lagereinheit 221 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 221 weist eine Lagerkartusche 222 auf, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 223 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 222 ist im Lagergehäuse 223 ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 225 positioniert. Das Lager 225 ist mit einem mit einem zweiteiligen äußeren Lagerring ausgebildet. Die beiden Teilringe 227, 228 des äußeren Lagerrings sind mittels eines als eine metallische Spiralfeder ausgebildeten Federelements 229 axial voneinander beabstandet, so dass die beiden Teilringe 227, 228 federnd in der vorgesehenen Position gehalten werden.
Weiterhin ist das Lager 225 ist mit einem einteiligen inneren Lagerring 231 ausgebildet und über diesen auf einer Welle 233 angeordnet. Als Wälzkörper 237 sind zwischen den Lagerringen 227, 228, 231 Kugeln eingesetzt.
Die weitere detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten der Lagereinheit 221 kann insbesondere der Beschreibung zu den 1 und 8 entnommen werden.
Die Lagerkartusche 222 weist weiterhin einen kraftschlüssig im Lagergehäuse 223 fixierten Trägerring 239 aus einem metallischen Werkstoff auf. In dem Trägerring 239 ist das Lager 225 aufgenommen. Der Trägerring 239 ist an seinem Außenumfang mit zwei umlaufenden Nuten 241, 243 versehen, die mit den Versorgungsbohrungen 245, 247 des Lagergehäuses 223 kommunizierend in Verbindung stehen. Der Ölfilm 249 ist vorliegend im Zwischenraum 251 zwischen dem Außenumfang der Teilringe 227, 228 des äußeren Lagerrings und der Innenwand des Trägerrings 239 ausgebildet.
Die Ausbildung des Ölfilms 249 an dieser Stelle wird, im Unterschied zu 8 dadurch erreicht, dass sowohl im Außenumfang der Teilringe 227, 228 als auch im Außenumfang des Trägerrings 239 Nuten 241, 243, 257, 259 eingebracht sind. In den Nuten 241, 243 verteilt sich das Öl über den Umfang des Trägerrings 239. An der Unterseite des Trägerrings sind die Nuten 241, 243 mir Bohrungen verbunden, über die das Öl in die Nuten 257, 259 am Außenumfang der Teilringe 227, 228 des äußeren Lagerrings gelangt. Der Ölfilm 249 bildet sich als im Zwischenraum 251 zwischen dem äußeren Lagerring und dem Trägerring 239 aus.
Der Zwischenraum 251 bzw. der Ölfilm 249 wird also trotz der an der Oberseite eingebrachten Versorgungsbohrungen 245, 247 von unten beaufschlagt, so dass der Öldruck von der Unterseite des Lagergehäuses 223 nach oben hin wirkt. Er ist somit den schwerkraftbedingten Kräften, wie dem Eigengewicht der Lagerkartusche 222 entgegengerichtet. Durch diese gezielte Ölversorgung kann die Dämpfungswirkung des Ölfilms 249 gewährleistet und entsprechend die notwendige Zentrierung der Lagerkartusche 222 innerhalb des Lagergehäuses 223 unterstützt werden.
Weiterhin wird das Öl von den Nuten 257, 259 in den Teilringen 227, 228 im äußeren Lagerring über zwei Spritzölbohrungen 261, 263 in den Lagerinnenraum gedrückt und steht zur Schmierung der Lagerkomponenten zur Verfügung. Der Ablauf des Öls wird über eine Ablaufnut 265 gewährleistet, die mit einer im Lagergehäuse 223 eingebrachten Auslassbohrung 267 verbunden ist.
Zur verdrehsicheren Positionierung der Lagerkartusche 222 ist weiterhin ein mit dem Lagergehäuse 223 gehäusefest verbundener Bolzen 269 umfasst, der in einer Bohrung 271 im Trägerring 239 angeordnet ist.
Durch die Beaufschlagung des Zwischenraums von unten wirkt der Öldruck von der Unterseite des Lagergehäuses nach oben hin und ist somit den schwerkraftbedingten Kräften, wie dem Eigengewicht der Lagerkartusche entgegengerichtet. Durch die gezielte Ölversorgung kann somit auf einfache Weise die Dämpfungswirkung des Ölfilms gewährleistet und entsprechend die notwendige Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses unterstützt werden.
10 zeigt die Lagereinheit 221 gemäß 9 in einem Querschnitt. Aufgrund der Darstellung ist jeweils nur eine Versorgungsbohrung 245, eine im Trägerring 239 eingebrachte Bohrung 255 ebenso wie eine den Teilring 227 umlaufende Nut 257 zu sehen. Über die Versorgungsbohrung 245 wird die Nut 241 im Trägerring 239 mit Öl versorgt. Das Öl umläuft den Umfang des Trägerrings 239 innerhalb der Nut 241 und wird schließlich über die an der Unterseite Trägerrings 239 ausgebildete Bohrung 255 in die Nut 257 im Teilring 227 geleitet.
Von hier aus gelangt da Öl in den Zwischenraum 251 und bildet dort den benötigten Ölfilm, um im Betrieb der Welle 233 die auftretenden Schwingungen zu dämpfen und eine Übertragung der Schwingungen auf das Lagergehäuse 223 zu verhindern. Insgesamt kann so eine Zentrierung der Lagerkartusche 222 im Lagergehäuse 223 unterstützt werden.
Über die Ablaufnut 265, die vorliegend aufgrund der Darstellung nicht zu sehen ist, ebenso wie axial außen kann das Öl ablaufen und wird im eingebauten Zustand dem Motorölkreislauf zugeführt.
Auch 11 zeigt eine Lagereinheit 281 für einen Turbolader mit einer Lagerkartusche 282, mit einer Druckverteilungskammer 283 und mit einem innerhalb eines metallischen Lagergehäuses 285 angeordneten Lager 287 in einem Querschnitt. Das Lager 287 ist als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet. Die detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten der Lagereinheit 281 kann der Beschreibung zu den vorhergehenden Figuren entnommen werden.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren ist die Druckverteilungskammer 283 nicht als Aussparung im Lagergehäuse 285 eingebracht, sondern ergibt sich durch die Ausgestaltung der Lagerkartusche 282 bzw. des äußeren Lagerrings 289. Der äußere Lagerring 289 ist an der Unterseite an seinem Umfang mit einer Abflachung 291 versehen, so dass beim Einbau der Lagerkartusche 282 in das Lagergehäuse 285 die Druckverteilungskammer 283 entsteht. Die Druckverteilungskammer 283 ist also durch die Form des äußeren Lagerrings 289 gegeben. Die Ausgestaltung ist hierbei flexibel im Hinblick auf die Form des äußeren Lagerrings 289.
Die Druckverteilungskammer 283 wird über die Versorgungsbohrung mit Öl beaufschlagt, welches sich dann ausgehend von der Druckverteilungskammer 283 über die den äußeren Lagerring 289 umlaufenden Nut 295 in dem Zwischenraum 297 verteilt und den Ölfilm 299 ausbildet. Hierbei gilt ebenfalls, dass auch die durch die Form des äußeren Lagerrings 289 gebildete Druckverteilungskammer 283 flexibel entlang des Umfangs ausgebildet sein kann. Durch die gezielte Gestaltung und Positionierung der Druckverteilungskammer 283 kann so die druckinduzierte Radialkraft auf die Lagerkartusche 282 beeinflusst werden.
Bezugszeichenliste

1: Lagereinheit
2: Lagerkartusche
3: Lagergehäuse
5: Lager
7: äußerer Lagerring
9: innerer Lagerring
11: Welle
13: Wälzkörper
15: Zwischenraum
17: Ölfilm
19: Versorgungsbohrung
21: Versorgungsbohrung
23: Nut
25: Nut
27: Achse
29: Ablaufnut
41: Lagereinheit
42: Lagerkartusche
43: Druckverteilungskammer
45: Lagergehäuse
47: Lager
49: äußerer Lagerring
51: innerer Lagerring
53: Wälzkörper
55: Welle
57: Versorgungsbohrung
59: Zwischenraum
61: Ölfilm
65: Nut
71: Lagereinheit
72: Lagerkartusche
73: Druckverteilungskammer
75: Lagergehäuse
77: Lager
79: äußerer Lagerring
81: innerer Lagerring
83: Wälzkörper
85: Welle
87: Versorgungsbohrung
89: Zwischenraum
91: Ölfilm
95: Nut
101: Lagereinheit
102: Lagerkartusche
103: Druckverteilungskammer
105: Lagergehäuse
107: Lager
109: äußerer Lagerring
111: innerer Lagerring
113: Wälzkörper
115: Welle
117: Versorgungsbohrung
119: Zwischenraum
121: Ölfilm
125: Nut
131: Lagereinheit
132: Lagerkartusche
133: Druckverteilungskammer
135: Lagergehäuse
137: Lager
139: äußerer Lagerring
141: innerer Lagerring
143: Wälzkörper
145: Welle
147: Versorgungsbohrung
149: Zwischenraum
151: Ölfilm
155: Nut
161: Lagereinheit
162: Lagerkartusche
163: Druckverteilungskammer
165: Lagergehäuse
167: Lager
169: äußerer Lagerring
171: innerer Lagerring
173: Wälzkörper
175: Welle
177: Versorgungsbohrung
179: Zwischenraum
181: Ölfilm
185: Nut
191: Lagereinheit
192: Lagerkartusche
193: Lager
195: äußerer Teilring
197: äußerer Teilring
199: Federelement
201: innerer Lagerring
203: Wälzkörper
205: Käfig
207: Welle
209: Trägerring
211: Versorgungsbohrung
213: Versorgungsbohrung
215: Achse
217: Ablaufnut
221: Lagereinheit
222: Lagerkartusche
223: Lagergehäuse
225: Lager
227: äußerer Teilring
228: äußerer Teilring
229: Federelement
231: innerer Lagerring
233: Welle
235: Käfig
237: Wälzkörper
239: Trägerring
241: Nut
243: Nut
245: Versorgungsbohrung
247: Versorgungsbohrung
249: Ölfilm
251: Zwischenraum
253: Bohrung
255: Bohrung
257: Nut
259: Nut
261: Spritzölbohrung
263: Spritzölbohrung
265: Ablaufnut
267: Auslassbohrung
269: Bolzen
271: Bohrung
281: Lagereinheit
282: Lagerkartusche
283: Druckverteilungskammer
285: Lagergehäuse
287: Lager
289: äußerer Lagerring
291: Abflachung
293: Versorgungsbohrung
295: Nut
297: Zwischenraum
299: Ölfilm
301: innerer Lagerring
303: Wälzkörper
305: Welle

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

WO 2006/004654 A1 [0006]
DE 68908244 T2 [0007]

Claims

Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) angeordnete Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) mit einem äußeren Lagerring (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289), wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) und dem Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) ein Zwischenraum (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) für einen Ölfilm (17, 61, 91, 121, 151, 181, 249, 299) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) eine zur Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) ausgebildete Versorgungsbohrung (19, 21, 57, 87, 117, 147, 177, 211, 213, 245, 247, 253, 255, 293) aufweist, die mit einer die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (23, 25, 65, 95, 125, 155, 185, 211, 213, 241, 243, 257, 259, 295) kommunizierend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) im Einbauzustand des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) im Wesentlichen von der Unterseite erfolgt.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsbohrung (19, 21, 57, 87, 117, 147, 177, 211, 213, 245, 247, 253, 255, 293) zur Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) im Wesentlichen von unten in die Nut (23, 25, 65, 95, 125, 155, 185, 211, 213, 241, 243, 257, 259, 295) mündet.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckverteilungskammer (43, 73, 103, 133, 163, 283) zur Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) umfasst ist.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverteilungskammer (43, 73, 103, 133, 163, 283) die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) entlang ihres Umfangs zumindest teilweise umläuft.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) zusätzlich einen Trägerring (209, 239) umfasst, der den Zwischenraum (5, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) für den Ölfilm (17, 61, 91, 121, 151, 181, 249, 299) zumindest teilweise begrenzt.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (23, 25, 65, 95, 125, 155, 185, 211, 213, 241, 243, 257, 259, 295) im Außenumfang des Trägerrings (209, 239) und/oder im Außenumfang des äußeren Lagerrings (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289) eingebracht ist.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289) zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Teilringe (195, 197, 227, 228, 289) axial voneinander beabstandet sind.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) ein als Wälzlager, insbesondere als mehrreihiges Wälzlager, ausgebildetes Lager (5, 47, 77, 107, 137, 167, 193, 225, 287) umfasst.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) ein als Gleitlager ausgebildetes Lager (5, 47, 77, 107, 137, 167, 193, 225, 287) umfasst.
Lagereinheit (1, 41, 71, 101, 131, 161, 191, 221, 281) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) angeordnete Lagerkartusche (2, 42, 72, 102, 132, 162, 192, 222, 282) mit einem äußeren Lagerring (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289) und einem Trägerring (209, 239), wobei zwischen dem äußeren Lagerring (7, 49, 79, 109, 139, 169, 195, 197, 227, 228, 289) und dem Trägerring (209, 239) ein Zwischenraum (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) für einen Ölfilm (17, 61, 91, 121, 151, 181, 249, 299) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285, 289) eine zur Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) ausgebildete Versorgungsbohrung (19, 21, 57, 87, 117, 147, 177, 211, 213, 245, 247, 253, 255, 293) aufweist, die mit einer den Trägerring (209, 239) in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (23, 25, 65, 95, 125, 155, 185, 211, 213, 241, 243, 257, 259, 295) kommunizierend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung des Zwischenraums (15, 59, 89, 119, 149, 179, 251, 297) im Einbauzustand des Lagergehäuses (3, 45, 75, 105, 135, 165, 223, 285) im Wesentlichen von der Unterseite erfolgt.