DE102010054996A1

DE102010054996A1 - Lagereinheit für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102010054996A1
Application number: DE102010054996A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schmidt
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: WO2012079788A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5), eine innerhalb des Lagergehäuses (5) angeordnete Lagerkartusche (3) mit einem Trägerring (25), sowie ein in diesem positioniertes Lager (7) mit einem äußeren Lagerring (9, 13, 15), wobei zwischen dem Lagergehäuse (5) und der Lagerkartusche (3) ein Zwischenraum (29) für einen schwingungsdämpfenden Ölfilm (31) ausgebildet ist, und wobei der Trägerring (25) eine Bohrung (41, 43) aufweist, die mit einer im äußeren Lagerring (9, 13, 15) ausgebildeten Spritzölbohrung (49, 51) zur Lagerschmierung kommunizierend verbunden. Hierbei sind die Position äußeren Lagerrings (9, 13, 15) und die Position der Spritzölbohrung (49, 51) mittels eines Sicherungselements (55, 57, 63, 75, 78, 80) relativ zur Bohrung (41, 43) im Trägerring (25) verdrehsicher festgelegt. Durch diese Festlegung kann eine gezielte Ölversorgung des Lagerinnenraums (53) gewährleistet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem Trägerring, sowie ein in diesem positioniertes Lager mit einem äußeren Lagerring, wobei zwischen dem Lagergehäuse und der Lagerkartusche ein Zwischenraum für einen schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist, und wobei der Trägerring eine Bohrung aufweist, die mit einer im äußeren Lagerring ausgebildeten Spritzölbohrung zur Lagerschmierung kommunizierend in Verbindung steht.
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 einzelnen Lagerkomponenten übertragen werden. Grundsätzlich dient ein im Zwischenraum zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse ausgebildeter sogenannter Quetschölfilm dazu, diese Schwingungen zu dämpfen und somit den Kontakt zwischen den Lagerkomponenten zu verhindern.
Weiterhin ist auch die Versorgung der einzelnen Lagerkomponenten mit Öl unbedingt notwendig. Hierzu wird ein Teil des Öls aus dem Quetschölfilm ausgehend vom Zwischenraum in den Lagerinnenraum dosiert. Auf diese Weise kann grundsätzlich eine annähernd reibungsfreie und ungestörte Laufleistung des eingesetzten Lagers ermöglicht werden.
Aus der DE 690 12 346 T2 ist ein Abgasturbolader mit einer Lagereinheit der eingangs genannten Art bekannt. Die Lagereinheit umfasst eine innerhalb eines Lagergehäuses angeordnete als Lagereinrichtung ausgebildete Lagerkartusche, sowie einen als Lagerträger ausgebildeten Trägerring. Die Lagerkartusche umfasst zwei Kugellager und einen äußeren Lagerring. 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 weist der Lagerträger eine Bohrung und der äußere Lagerring eine als Zufuhrdurchgang ausgebildete Spritzölbohrung auf, die zur Übertragung von Schmierflüssigkeit mit den Lagerkomponenten im Lagerinnenraum verbunden ist.
Zwar können mittels der vorgenannten Ausgestaltung die einzelnen Lagerkomponenten im Lagerinnenraum mit Öl beaufschlagt werden, jedoch ist die benötigte Ölmenge hierbei nur schwer zu dosieren.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lageranordnung anzugeben, die eine gezielte Ölversorgung des Lagerinnenraums ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem Trägerring und einem in diesem positionierten Lager mit einem äußeren Lagerring, wobei zwischen dem Lagergehäuse und der Lagerkartusche ein Zwischenraum für einen schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist, und wobei der Trägerring eine Bohrung aufweist, die mit einer im äußeren Lagerring ausgebildeten Spritzölbohrung zur Lagerschmierung kommunizierend in Verbindung steht. Hierbei ist vorgesehen, dass die Position des äußeren Lagerrings und die Position der Spritzölbohrung mittels eines Sicherungselements relativ zur Bohrung im Trägerring verdrehsicher festgelegt sind.
Die Erfindung berücksichtigt, dass die Ölversorgung der Lagerkomponenten im Lagerinnenraum bislang nur ungenügend genau erfolgen kann. Durch ein Verdrehen des äußeren Lagerrings gegenüber dem Trägerring im Betrieb des Turboladers befindet sich die Spritzölbohrung zur Beaufschlagung des Lagerinnenraums rotatorisch nicht an einer festgesetzten Position, woraus an der Spritzölbohrung ein variabler Druck bei gleichem Versorgungsöldruck resultiert. Eine dauerhaft gleichmäßige Ölversorgung des Lagerinnenraums ist dementsprechend bisher nicht umsetzbar.
Die Erfindung erkennt, dass diese Problematik dann überwunden werden kann, wenn die Spritzölbohrung mittels eines Sicherungselements relativ zur Bohrung im Trägerring verdrehsicher festgelegt ist. Durch eine derartige Festlegung der Position der Bohrungen relativ zueinander kann gewährleistet werden, dass zu jedem Zeitpunkt eine vorbestimmte Menge an Öl bei gleichbleibendem Druck über die Spritzölbohrung in den Lagerinnenraum gelangt. Somit lässt sich durch die rotatorisch feste Positionierung der Spritzölbohrung zum Trägerring die dem Lager zugeführte Ölmenge gezielt beeinflussen.
Sowohl die Spritzölbohrungen als auch die Bohrungen im Trägerring können den Anforderungen entsprechend an verschiedenen Stellen entlang des Umfangs des Trägerrings bzw. des äußeren Lagerrings eingebracht werden. Hierbei kann insbesondere durch die Abstimmung der Positionen und der Querschnitte der Spritzölbohrung und der Bohrung im Trägerring der Versorgungsöldruck an der Spritzölbohrung eingestellt werden. Die Bohrung im Trägerring ebenso wie die Spritzölbohrung können entsprechend der benötigten Ölmenge verschieden große Durchmesser aufweisen und sind zweckmäßigerweise aufeinander abgestimmt.
Beispielsweise kann die Bohrung im Trägerring entlang des Umfangs an der gleichen Stelle ausgebildet sein, wie die Spritzölbohrung im äußeren Lagerring, so dass der Durchfluss des zu dosierenden Öls in den Lagerinnenraum nahezu ungehindert erfolgen kann. Alternativ kann die Spritzölbohrung auch an einer Position eingebracht sein, die im eingebauten Zustand von der der Bohrung im Trägerring verschieden ist. In diesem Fall muss das Öl einen Weg entlang des Umfangs des Trägerrings und/oder des äußeren Lagerrings zurücklegen, um zur Spritzölbohrung und damit in den Lagerinnenraum zu gelangen. Auf diese Weise, beispielsweise durch den hieraus resultierenden Druckabfall, kann der Druck des Öls an den Spritzölbohrungen und damit die dem Lagerinnenraum zugeführte Menge an Öl gezielt eingestellt werden. Vorzugsweise wird die Menge an Öl wird so eingestellt, dass eine ausreichende Kühlung und Schmierung ermöglicht ist. Weiterhin sollte möglichst wenig Öl die Lagerreihen passieren, um die Planschverluste niedrig zu halten.
Das zur Festlegung der Bohrungen zueinander eingesetzte Sicherungselement kann sowohl hinsichtlich seiner Positionierung als auch hinsichtlich seiner Form verschieden ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Sicherungselement als ein Stift, ein Zapfen oder auch als ein Bolzen ausgebildet sein. Das Sicherungselement ist hierbei derart an der Lagerkartusche angebracht, dass es sowohl mit dem Trägerring als auch mit dem äußeren Lagerring verbunden ist. Weiterhin ist der Einsatz mehrerer Sicherungselemente denkbar, die der verdrehsicheren Festlegung des äußeren Lagerrings zum Trägerring dienen und so die gezielte Beaufschlagung des Lagerinnenraums ermöglichen.
Insgesamt ist selbstverständlich der Einsatz einer Vielzahl weiterer Sicherungselemente möglich, der die verdrehsichere Festlegung des äußeren Lagerrings zum Trägerring und damit der Bohrungen zueinander ermöglicht.
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 ausgebildet ist, ist entsprechend durch die Abmessungen der Aufnahmebohrung und der Lagerkartusche bzw. dem äußeren Lagerring bestimmt.
Der innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Trägerring ermöglicht es, die Lagerkartusche entsprechend den jeweiligen Anforderungen flexibel auszugestalten. Beispielsweise kann die Lagerkartusche Kundenwünschen entsprechend vormontiert werden, indem die Lagerkomponenten innerhalb des Trägerrings positioniert werden. Die Lagerkartusche kann entsprechend gemeinsam mit allen vorgesehenen Lagerkomponenten zum Kunden geliefert werden.
Der schwingungsdämpfende Ölfilm ist im Zwischenraum zwischen dem Trägerring und dem Lagergehäuse ausgebildet. Zur Ölversorgung des Zwischenraums kann eine Anzahl von Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse ausgebildet sein, die im Einbauzustand mit jeweils den Außenumfang der Lagerkartusche umlaufenden Nuten kommunizierend verbunden sind. Auf diese Weise kann Öl aus dem Motorölkreislauf in den Zwischenraum gedrückt werden und so zur Versorgung des Quetschölfilms genutzt werden. Von den Nuten in der Lagerkartusche 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.
Zum Ablauf des Öls ist bevorzugt weiterhin eine Auslassbohrung im Lagergehäuse vorgesehen. Diese Auslassbohrung kann mit am Außenumfang des äußeren Lagerrings eingebrachten Ablaufnut in kommunizierender Verbindung stehen, so dass das über die Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen kann.
Das Lager selbst kann beispielsweise als ein Wälzlager ausgebildet sein. Hierbei ist eine Ausgestaltung mit innerhalb eines Käfigs gehaltenen Wälzkörpern als auch eine vollkugelige Variante ohne Käfig denkbar. Das Lager weist einen äußeren Lagerring auf. Üblicherweise umfasst das Lager ebenfalls einen inneren Lagerring, wobei zwischen den beiden Lagerringen 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. Bei einer zweiteiligen Fertigung des äußeren Lagerrings ist beispielsweise eine Beabstandung der beiden Teilringe mittels eines vorgespannten Federelements denkbar.
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, wie beispielsweise aus durchgehärteten Stählen gefertigt.
Weiterhin ist es auch denkbar, dass das Lager nur einen äußeren Lagerring aufweist und die Funktion des inneren Lagerrings von der Welle übernommen wird, wobei in diesem Fall die Wälzkörperlaufbahnen in die Welle eingebracht sind und die Wälzkörper zwischen dem äußeren Lagerring und der Welle geführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient das Sicherungselement zusätzlich als ein Mittel zur Transportsicherung. Dank dieser zusätzlichen Funktion des Sicherungselements kann auf den Einsatz separater Transportsicherungen verzichtet werden. Hierdurch können beispielsweise die Herstellungskosten und der Montageaufwand der Lagerkartusche verringert werden. Weiterhin wird eine Montage der Lagerkartusche vor der Lieferung zum Kunden ermöglicht und erleichtert dem Kunden entsprechend den Einbau der Lagerkartusche.
Grundsätzlich ist es weiterhin auch möglich, dass der innere Lagerring selbst als Transportsicherung dient, wenn dieser einteilig gefertigt und auf die Welle aufgepresst ist. Weiterhin kann auch ein separates Transportsicherungsmittel eingesetzt werden, welches beispielsweise beim Einsatz lediglich eines Sicherungselements die Funktion der Transportsicherung übernimmt.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement formschlüssig mit dem Trägerring verbunden. Durch diese Anbindung kann eine sichere Befestigung am Trägerring und damit die notwendige Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings gegenüber dem Trägerring gewährleistet werden. Das Sicherungselement kann hierbei beispielsweise als ein formschlüssig mit dem Trägerring verbundener Bolzen ausgebildet sein, der sich radial nach innen in Richtung der Mittenachse des Lagergehäuses erstreckt. Um eine Festlegung des äußeren Lagerrings zu erreichen, greift der Bolzen vorzugsweise in eine Nut ein, die am Außenumfang des äußeren Lagerrings ausgebildet ist.
Insgesamt wird hierbei unabhängig von der Ausgestaltung und der Anzahl der Sicherungselemente eine verdrehsichere Anordnung des äußeren Lagerrings im Trägerring und damit eine gezielte Ölversorgung des Lagerinnenraums ermöglicht.
Vorzugsweise ist das Sicherungselement gehäusefest mit dem Lagergehäuse verbunden. Das Sicherungselement kann beispielsweise als ein gehäusefestes Profil ausgebildet sein, welches sich im eingebauten Zustand radial in Richtung der Mittenachse der Lagereinheit nach innen erstreckt. Das Sicherungselement kann vorzugsweise eine Bohrung im Trägerring durchgreifen, so dass sich radial nach innen erstreckende Ende des Sicherungselements mit dem äußeren Lagerring verbunden ist, und endet zwischen den axial voneinander beabstandeten Teilringen des äußeren Lagerrings.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement als eine Buchse ausgebildet. Die Buchse kann im eingebauten Zustand der Lagerkartusche beispielsweise gehäusefest an der Oberseite der Lagereinheit angeordnet sein und dient so im montierten Zustand der Lagereinheit der Abstützung des Trägerrings sowie der Abstützung der äußeren Lagerringe. Auf diese Weise wird nach der Montage der Lagerkartusche ein Verdrehen der Lagerkartusche gegenüber dem Lagergehäuse verhindert.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement als eine Transportsicherung für die Lagerkartusche ausgebildet. Das Sicherungselement kann hierzu beispielsweise als ein fest mit dem Trägerring verbundener Bolzen ab der Oberseite der Lagereinheit angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die Transportsicherung für die Lagerkartusche als eine Buchse ausgebildet. Die Buchse ist hierzu insbesondere fest mit dem Trägerring verbunden und ermöglicht auf diese Weise eine Sicherung des äußeren Lagerrings innerhalb des Trägerrings.
Mit anderen Worten ist der äußere Lagerring im Betrieb des Turboladers relativ zum Trägerring rotatorisch und axial gesichert. Zusätzlich wird ein axiales Verschieben und/oder Verdrehen des Trägerrings beim Transport der Lagerkartusche verhindert. Weiterhin ermöglicht die Ausgestaltung des Sicherungselements als hohle und fest mit dem Trägerring verbundene Buchse bevorzugt auch den Ölablauf durch den Innenraum der Buchse.
Besonders vorteilhaft kann die Lagereinheit jeweils sowohl eine gehäusefeste als auch eine fest mit dem Trägerring verbundene Buchse umfassen. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht sowohl eine Transportsicherung des äußeren Lagerrings innerhalb des Trägerrings als auch die Verdrehsicherung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses.
Besonders bevorzugt umfasst der Trägerring eine axiale Anschlagsfläche für den äußeren Lagerring. Hierdurch wird ein Verschieben des äußeren Lagerrings in axialer Richtung verhindert und eine sichere Positionierung der einzelnen Lagerkomponenten ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sicherungselement als axialer Anschlag für den äußeren Lagerring ausgebildet. Auch eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine Kostenersparnis bei der Montage der Lagereinheit. Beispielsweise kann je nach Lagereinheit entweder nur ein oder auch mehrere Sicherungselemente umfasst sein. Es ist hierbei möglich, dass zum Beispiel ein Sicherungselement umfasst ist, welches gleichermaßen als axialer Anschlag für zwei Teilringe eines äußeren Lagerrings dient. Alternativ können auch zwei Sicherungselemente umfasst sein, die jeweils als axialer Anschlag für jeweils einen Teilring genutzt werden.
Zweckmäßigerweise ist die Bohrung im Trägerring über eine den äußeren Lagerring auf seinem Außenumfang umlaufende Nut kommunizierend mit der Spritzölbohrung verbunden. Je nach Position der Spritzölbohrung strömt das Öl von der Bohrung im Trägerring über die Nut und die Spritzölbohrung in den Lagerinnenraum oder umläuft den äußeren Lagerring zuerst. Die den äußeren Lagerring umlaufende Nut ist somit gewissermaßen als Versorgungsnut für die Spritzölbohrung ausgebildet und unterstützt die Dosierung von Öl in den Lagerinnenraum. Selbstverständlich ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der die Bohrung im Trägerring über eine den Trägerring an dessen Innenumfang umlaufenden Nut kommunizierend mit der Spritzölbohrung verbunden ist.
Bevorzugt umfasst der Trägerring eine seinen Außenumfang umlaufende Nut, die mit der Versorgungsbohrung im Lagergehäuse verbunden ist. Hierdurch wird die Beaufschlagung des schwingungsdämpfenden Ölfilms im Zwischenraum zwischen dem Trägerring und dem Lagergehäuse durch Öl aus dem Motorölkreislauf gewährleistet. Die mit der Versorgungsbohrung im Lagergehäuse verbundene Nut kann hierbei grundsätzlich auch am Innenumfang des Lagergehäuses selbst ausgebildet sein.
Weiter vorteilhaft ist der äußere Lagerring zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Teilringe axial voneinander beabstandet sind. Hierzu kann beispielsweise ein Federelement eingesetzt werden, welches über seine Federkraft die Teilringe gegen die Wälzkörper und diese wiederum gegen die Wälzkörperlaufbahn des Innenrings drückt. Hierdurch kann eine ausreichende Spielfreiheit und eine gleichmäßigere Belastung der Wälzkörper erreicht werden.
Zweckmäßigerweise umfasst das Lagergehäuse stirnseitig eine Phase zur Montage der Lagerkartusche. Die Phase ist vorzugsweise als eine Abschrägung ausgebildet, die eine einfache Montage der Lagereinheit ermöglicht.
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 die Lagereinheit gemäß den 1 und 2 in einem weiteren Längsschnitt,
4 die Lagereinheit gemäß den 1 bis 3 in einem weiteren Querschnitt,
5 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
6 die Lagereinheit gemäß 5 in einem weiteren Längsschnitt,
7 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
8 die Lagereinheit gemäß 7 in einem weiteren Längsschnitt,
9 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
10 die Lagereinheit gemäß 9 in einem weiteren Längsschnitt,
11 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
12 die Lagereinheit gemäß 11 in einem weiteren Längsschnitt,
13 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
14 die Lagereinheit gemäß 13 in einem weiteren Längsschnitt,
15 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
16 die Lagereinheit gemäß 15 in einem Querschnitt,
17 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
18 die Lagereinheit gemäß 17 in einem Querschnitt,
19 die Lagereinheit gemäß den 17 und 18 in einem weiteren Längsschnitt,
20 das Schnappelement gemäß den 17 bis 19,
21 das Schnappelement gemäß den 17 bis 20 in einem Querschnitt.
22 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
23 die Lagereinheit gemäß 22 in einem Querschnitt, sowie
24 die Lagereinheit gemäß den 22 und 23 in einem weiteren Längsschnitt,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen jeweils eine Lagereinheit für einen Turbolader in verschiedene Schnittdarstellungen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen liegt in der relativen Positionierung der Spritzölbohrungen im äußeren Lagerring zu den Bohrungen im Trägerring. Die übrigen Lagerkomponenten haben im Wesentlichen die gleiche Beschaffenheit und Funktion, so dass die detaillierte Beschreibung zu den 1 bis 4 sinngemäß auf die weiteren Ausführungsbeispiele zu den 5 bis 24 übertragen werden kann.
1 zeigt eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 1 umfasst eine Lagerkartusche 3, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 3 ist ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 in dieser positioniert. Das Lager 7 ist mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11 ausgebildet. Beide Lagerringe 9, 11 sind zweiteilig gefertigt und bestehen jeweils aus zwei Teilringen 13, 15, 17, 19. Die Teilringe 17, 19 des inneren Lagerrings 11 sind auf einer Welle 21 angeordnet. Als Wälzkörper 23 sind zwischen den Lagerringen 9, 11 Kugeln eingesetzt.
Das Lager 7 ist innerhalb eines Trägerrings 25 angeordnet. Die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 sind über ein Federelement 27 axial voneinander beabstandet. Das Federelement 27 drückt Teilringe 13, 15 axial nach außen gegen die Wälzkörper 23. Im Betrieb bei einer durch die Welle 21 eingeleiteter Axialkraft ist nur eine Reihe von Wälzkörpern 23 belastet. Das Federelement 27 sorgt dafür, dass die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 mit der Federkraft gegen die Wälzkörper 23 gedrückt werden und diese wiederum gegen die Wälzkörperlaufbahn am Innenumfang der Teilringe 17, 19 des inneren Lagerrings 11 gedrückt werden.
Auf diese Weise wird eine ausreichende Spielfreiheit und gleichmäßige Belastung der Wälzkörper 23 auf der lastabgewandten Seite hergestellt. Hierbei ist zwischen den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 und dem Trägerring 25 so viel Luft vorgesehen, dass in allen Betriebszuständen, also bei allen möglichen Temperaturverteilungen, keine geometrisch bedingte Vorspannung in den Reihen der Wälzkörper 23 auftritt.
Zwischen dem Außenumfang der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 und dem Lagergehäuse 5 ist ein Zwischenraum 29 in Form eines Spalts mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm 31 ausgebildet. Der Ölfilm 31 wird im eingebauten Zustand über zwei Versorgungsbohrungen 33, 35 im Lagergehäuse 5 mit Öl versorgt. Hierzu sind die Versorgungsbohrungen 33, 35 jeweils mit Nuten 37, 39 verbunden, die den Trägerring 25 auf seinem Außenumfang umlaufen. Den Nuten 37, 39 sind die Bohrungen 41, 43 angeschlossen, über welche jeweils Nuten 45, 47 in den Teilringen 13, 15 mit Öl beaufschlagt werden. Die Bohrungen 41, 43 sind aufgrund der Darstellung in 1 nicht zu sehen sind, können jedoch der 3 entnommen werden.
Das Öl, welches in die Nuten 45, 47 gelangt, wird von dort aus über Spritzölbohrungen 49, 51 in den Lagerinnenraum 53 dosiert. So wird das Lager 7 mit Öl versorgt und eine Schmierung der einzelnen Lagerkomponenten ermöglicht. Zusätzlich kann eine geringe Menge des Öls aus den jeweiligen Nuten 45, 47 durch den Spalt zwischen den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 und dem Trägerring 25 entweichen.
Insgesamt kann durch die Positionierung der Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 der Druck an den Spritzölbohrungen 49, 51 und damit die Menge des Öls, das ins Lagerinnere 53 gelangt, gezielt eingestellt werden. Die Menge an Öl ist so gewählt, dass zum einen ausreichend Öl für die benötigte Kühlung und Schmierung der Lagerkomponenten zur Verfügung steht und zum anderen die Planschverluste möglichst niedrig gehalten sind.
Um die Verdrehsicherung der beiden Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Trägerring 25 zu gewährleisten und so eine störungsfreie Funktion des Turboladers zu ermöglichen, weist die Lagerkartusche 3 zwei formschlüssig mit dem Trägerring verbunden Bolzen 55, 57 auf. Die Bolzen 55, 57 sind vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet. Sie erstrecken sich vom Lagergehäuse 5 ausgehend radial nach innen in Richtung der Welle 21.
Die Bolzen 55, 57 greifen jeweils in eine Nut 59, 61 im Außenumfang der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 ein, so dass sich die Teilringe 13, 15 relativ zum Trägerring 25 nicht verdrehen können. Darüber hinaus dienen die Bolzen 55, 57 beim Transport der Lagerkartusche 3, d. h. vorm Aufpressen dieser auf die Welle 21, als Transportsicherung. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine vereinfachten Zusammenbau der Lagereinheit 1 und einen einfachen Transport zum Kunden.
Zusätzlich ist ein als Sicherungspin ausgebildetes Sicherungselement 63 an Stirnseite der Lagerkartusche 3 angeordnet, welches in eine Bohrung 65 im Lagergehäuse 5 eingreift. Das Sicherungselement 63 dient der Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 gegenüber dem Lagergehäuse 5 und ist den 3 und 4 zu entnehmen.
Damit das Öl aus dem Zwischenraum 29 zwischen dem Trägerring 25 und dem Lagergehäuse 5 ablaufen kann, ist der Trägerring 25 an seinem Außenumfang mit einer Ablaufnut 67 versehen. Die Ablaufnut 67 ist im eingebauten Zustand des Lagers 7 kommunizierend mit einer Auslassbohrung 69 verbunden. Auf diese Weise kann ein gleichbleibender Ölfilm 31 gewährleistet werden. Zusätzlich fließt das Öl auch in axialer Richtung außen zwischen dem Trägerring 25 und dem Lagergehäuse 5 ab.
Zur Montage der Lagerkartusche 3 ist das Lagergehäuse 5 stirnseitig mit einer Phase 70 ausgebildet. Die Phase 70 ist als eine Abschrägung ausgebildet, die das Montierern der einzelnen Lagerkomponenten erleichtert.
Weiterhin ist der Trägerring 25 mit zwei axialen Anschlagsflächen 71, 73 für die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Verschieben der Teilringe 13, 15 in axialer Richtung verhindert und eine sichere Positionierung der einzelnen Lagerkomponenten im Betrieb des Turboladers und bei der Bewegung der Welle 21 ermöglicht.
Auf diese Weise wird eine ausreichende Spielfreiheit und gleichmäßige Belastung der Wälzkörper 23 auf der lastabgewandten Seite hergestellt. Hierbei ist zwischen den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 und dem Trägerring 25 so viel Luft vorgesehen, dass in allen Betriebszuständen, also bei allen möglichen Temperaturverteilungen, keine geometrisch bedingte Vorspannung in den Reihen der Wälzkörper 23 auftritt.
Zwischen den axialen Anschlagsflächen 71, 73 und den jeweiligen Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 befindet sich Luft. Tritt im Betrieb zum Beispiel eine Axialkraft der Welle 21 nach rechts auf, so werden die reibschlüssig mit dieser verbunden Teilringe 17, 19 des inneren Lagerrings nach rechts gedrückt. Der linke Teilring stützt sich dann über die Wälzkörper 23 gegen den Teilring 13 des äußeren Lagerrings 9 ab. Der Teilring 13 selbst stützt sich gegen den Trägerring 25 ab und der Trägerring 25 schließlich gegen das Lagergehäuse 5. Das Federelement stellt hierbei die Spielfreiheit in der rechten Reihe der Wälzkörper 23 her. Das Luftpolster zwischen der Anschlagsfläche 71 und dem Teilring 13 verringert sich entsprechend, wohingegen das Luftpolster zwischen der Anschlagsfläche 73 und dem Teilring 15 bleibt. Insgesamt ist im Wesentlichen gewährleistet, dass die Summe der Luftpolster zwischen den Anschlagsflächen 71, 73 und den Teilringen 13, 15 größer null bleibt.
Bei einer nach links gerichteten axialen Kraft der Welle 21 läuft der Kraftfluss spiegelsymmetrisch in entgegengesetzteer Richtung. Die vorgenannte Beschreibung ist hierbei analog übertragbar.
In 2 ist die Lagereinheit gemäß 1 in einem Querschnitt zu sehen. Aufgrund der Darstellung ist vorliegend nur ein Bolzen 55 zu sehen, die Beschreibung gilt jedoch selbstverständlich auch für den Bolzen 57.
Man erkennt anhand von 2 deutlich den formschlüssig mit dem Trägerring 25 verbundenen Bolzen 55, der in die Nut 59 des Teilrings 13 des äußeren Lagerrings 9 eingreift. Durch den Bolzen 55 ist ein Verdrehen des Teilrings 13 gegenüber dem Trägerring 25 nicht möglich, so dass die Spritzölbohrungen 49, 51 und die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 auch im Betrieb des Turboladers relativ zueinander immer gleich positioniert sind.
3 zeigt die Lagereinheit gemäß den 1 und 2 in einem weiteren Längsschnitt. Dieser Schnitt ermöglicht die genaue Darstellung der Anordnung der Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 relativ zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25.
Sowohl die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 als auch die Spritzölbohrungen 49, 51 sind an der Unterseite der Lagereinheit 1 ausgebildet. Das über die Versorgungsbohrungen 33, 35 von der Oberseite der Lagereinheit 1 dosierte Öl wird über die im Außenumfang des Trägerrings 25 ausgebildeten Nuten 37, 39 an die Unterseite des Trägerrings 25 geleitet und von dort aus über die Bohrungen 41, 43 in die die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 auf deren Außenumfang umlaufenden Nuten 45,47 dosiert. Von den Nuten 45, 47 werden die Spritzölbohrungen 49, 51 mit Öl versorgt, welches dann dem Lagerinnenraum 53 zugeführt und dort zu Schmierung der Lagerkomponenten genutzt wird. Durch diese gezielte Positionierung der Bohrungen 41, 43, 49, 51 zueinander kann die benötigte Ölmenge zur Schmierung der Lagerkomponenten im Lagerinnenraum 53 gezielt eingestellt werden.
Weiterhin ist der Sicherungspin 63 in der Bohrung 65 an der Stirnseite des Lagergehäuses 5 zu sehen. Der Sicherungspin 63 dient der Verdrehsicherung von Trägerring 25 und Teilringen 13, 15 zum Lagergehäuse 5.
In 4 die Lagereinheit gemäß den 1 bis 3 in einem weiteren Querschnitt zu sehen. Anhand dieser Darstellung erkennt man deutlich den Sicherungspin 63, der als Verdrehsicherung der Komponenten der Lagerkartusche 3 gegenüber dem Lagergehäuse 5 dient. Die Verdrehsicherung wird hierbei durch einen Formschluss bei der Anlage einer Abflachung des Sicherungspins 63 an einer Gegenabflachung des Lagergehäuses 5 erreicht. Durch die Anlage der jeweiligen Abflachungen aneinander ergibt sich eine Haltekraft durch Formschluss im Anlagenrandbereich zwischen den Abflachungen des Sicherungspins 63 und der Gegenabflachung des Lagergehäuses.
5 zeigt eine weitere Lagereinheit 81 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 81 umfasst die im sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11. Beide Lagerringe 9, 11 sind zweiteilig gefertigt und bestehen jeweils aus zwei Teilringen 13, 15, 17, 19.
Da die Lagereinheit 81 im Wesentlichen die gleichen Lagerkomponenten wie die bereits beschriebene Lagereinheit 1 aufweist, wird an dieser Stelle auf die dortige umfassende Beschreibung verwiesen.
Der Unterschied zur vorbeschriebenen Lagereinheit 1 besteht in der Positionierung der Bohrung 41, 43 im Trägerring 25 und den Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9. Anders als bei der Lagereinheit 1 sind die Bohrungen 41, 43, 49, 51 an der Oberseite der Lagereinheit ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung ist der Druckverlust des Öls besonders gering. Das von den Versorgungsbohrungen 33, 35 kommende Öl kann im Wesentlichen auf direktem Weg, also ohne den Trägerring 25 in den Nuten 37, 39 auf dessen Umfang zu umlaufen, über die Bohrungen 41, 43 in die Nuten 45, 47 im Außenumfang der Teilringe 13, 15 gelangen und von dort aus in die Spritzölbohrungen 49, 51 dosiert werden.
Die beiden zur Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings 9 bzw. der Teilringe 13, 15 innerhalb des Lagergehäuses 5 eingesetzten und formschlüssig mit dem Trägerring 25 verbunden Bolzen 55, 57 sind auch hier vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet und erstrecken sich vom Lagergehäuse 5 ausgehend radial nach innen in Richtung der Welle 21. Um ein Verdrehen zu verhindern, greifen sie jeweils in eine Nut 59, 61 im Außenumfang der Teilringe 13, 15 ein. Weiterhin dienen die Bolzen 55, 57 beim Transport der Lagerkartusche 3, also vorm Aufpressen dieser auf die Welle 21, als Transportsicherung.
Zusätzlich ist als Sicherungspin ausgebildetes Sicherungselement 63 an Stirnseite der Lagerkartusche 3 angeordnet, welches der 6 entnommen werden kann.
6 zeigt die Lagereinheit 81 gemäß 5 in einem weiteren Längsschnitt. Anhand dieser Darstellung erkennt man deutlich den Sicherungspin 63. Dieser greift in die Bohrung 65 im Lagergehäuse 5 ein und dient als Verdrehsicherung der Komponenten der Lagerkartusche 3 gegenüber dem Lagergehäuse 5, wobei die Verdrehsicherung durch einen Formschluss bei der Anlage einer Abflachung des Sicherungspins 63 an einer Gegenabflachung des Lagergehäuses 5 erreicht wird.
7 zeigt eine weitere Lagereinheit 101 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Auch die Lagereinheit 101 umfasst die im sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11. Auch hier sind beide Lagerringe 9, 11 zweiteilig gefertigt und bestehen jeweils aus zwei Teilringen 13, 15, 17, 19. Für die weitere Beschreibung wird auf die 1 bis 4 verwiesen.
Bei der vorliegenden Lagereinheit 101 sind die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 an der Oberseite der Lagereinheit 101 und den Spritzölbohrungen 49, 51 in der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 an der Unterseite der Lagereinheit 101 ausgebildet. Das von den Versorgungsbohrungen 33, 35 über die Bohrungen 41, 43 in die Nuten 45, 47 dosierte Öl umläuft die Teilringe 13, 15 entlang des halben Umfangs und wird dann über die Spritölbohrungen 49, 51 in den Lagerinnenraum 53 dosiert.
Die Positionierung der Spritzölbohrungen 49, 51 relativ zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring ist auch hier mittels zweier als Bolzen 55, 57 ausgebildeter Sicherungselemente verdrehsicher festgelegt. Ebenso ist ein Sicherungspin 63 umfasst, der die Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 zum Lagergehäuse sicherstellt. Weiterhin dienen die Bolzen 55, 57 beim Transport der Lagerkartusche 3, also vorm Aufpressen dieser auf die Welle 21, als Transportsicherung.
8 zeigt die Lagereinheit 101 gemäß 7 in einem weiteren Längsschnitt. Man erkennt man deutlich den Sicherungspin 63, der zur Verdrehsicherung an der Stirnseite der Lagerkartusche 3 in die Bohrung 65 im Lagergehäuse 5 eingreift. Weiterhin sind die axialen Anschlagsflächen 71, 73 am Trägerring 25 hier deutlich zu erkennen. Die axialen Anschlagsflächen 71, 73 ermöglichen eine sicherer Positionierung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 auch bei der axialen Bewegung der Welle 21.
In 9 ist eine weitere Lagereinheit 121 für einen Turbolader in einem Längsschnitt gezeigt. Die Lagereinheit 101 umfasst die Lagerkartusche 3, die in dem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Lagereinheit 101 ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11, die beide zweiteilig mit jeweils zwei Teilringen 13, 15, 17, 19 gefertigt sind. Die detaillierte Beschreibung dieser und der weiteren Lagerkomponenten kann, wie bereits benannt, den vorbeschriebenen Figuren entnommen werden.
Die Anordnung der Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 relativ zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 gemäß der vorliegenden Lagereinheit 121 entspricht der Anordnung der Lagereinheit 1 gemäß den 1 bis 4.
Der Unterschied der Lagereinheit 121 zur Lagereinheit 1 besteht in der zusätzlichen Funktion der als Bolzen 55, 57 ausgebildeten Sicherungselemente. Die Bolzen 55, 57 dienen der verdrehsicheren Festlegung des äußeren Lagerrings 9 bzw. dessen Teilringen 13, 15 innerhalb des Trägerrings 25. Auf diese Weise wird die gleichmäßige und gezielte Ölversorgung des Lagerinnenraums sichergestellt.
Zusätzlich dienen die Bolzen 55, 57 auch als axialer Anschlag für die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings. Der axiale Anschlag wird somit nicht vom Trägerring 25, zur Verfügung gestellt, sondern vom Sicherungselement. Entsprechend verhindern die Bolzen 55, 57 ein axiales Verschieben der Teilringe 13, 15 entlang der Welle 21. Weiterhin dienen die Bolzen 55, 57 beim Transport der Lagerkartusche 3, also vorm Aufpressen dieser auf die Welle 21, als Transportsicherung.
10 zeigt die Lagereinheit 121 gemäß 9 in einem weiteren Längsschnitt.
Anhand dieser Darstellung ist die Anordnung der Bohrungen 41, 43, 49, 51 zueinander zu erkennen. Sowohl die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 als auch die Spritzölbohrungen 49, 51 sind an der Unterseite der Lagereinheit 1 ausgebildet, so dass das von der Oberseite dosierte Öl wird über die im Außenumfang des Trägerrings 25 ausgebildeten Nuten 37, 39 an die Unterseite des Trägerrings 25 geleitet wird. Von der Unterseite ausgehend dort aus über die Bohrungen 41, 43 in die die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 auf deren Außenumfang umlaufenden Nuten 45,47 dosiert. Von den Nuten 45, 47 werden die Spritzölbohrungen 49, 51 mit Öl versorgt, welches dann dem Lagerinnenraum 53 zugeführt und dort zu Schmierung der Lagerkomponenten genutzt wird.
Insgesamt lässt sich auch hier über die gezielte Positionierung der Bohrungen 41, 43, 49, 51 zueinander die benötigte Ölmenge zur Lagerschmierung einstellen.
Auch 11 zeigt eine weitere Lagereinheit 141 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 141 umfasst die im sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11. Der äußere Lagerring ist zweiteilig aus zwei Teilringen 13, 15 gefertigt, wohingegen der innere Lagerring 11 einteilig gefertigt ist.
Die Anordnung der Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 relativ zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 entspricht der Anordnung der Lagereinheit 1 sowie der Lagereinheit 121.
Der Unterschied der Lagereinheit 141 zur Lagereinheit 1 besteht darin, dass vorliegend nur ein als Bolzen 57 ausgebildetes Sicherungselement zu Verdrehsicherung formschlüssig mit dem Trägerring 25 verbunden ist. Der Bolzen 57 dient als Verdrehsicherung des Teilrings 15 äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Trägerring 25. Der axiale Anschlag des Teilrings 15 wird durch den Bolzen mit übernommen. Der Teilring 13 des äußeren Lagerrings 9 wird im Gegensatz zu den vorhergehenden Lagereinheiten vom Sicherungspin 63 mit übernommen, der an der Stirnseite der Lagerkartusche 3 in die Bohrung 65 im Lagergehäuse 5 eingreift.
Die Transportsicherung der Lagerkartusche 3 ist über den einteilig gefertigten inneren Lagerring 11 gewährleistet.
In 12 ist die Lagereinheit gemäß 11 in einem weiteren Längsschnitt gezeigt. Alle Bohrungen 41, 43, 49, 51 sind an der Unterseite der Lagereinheit 141 ausgebildet, so dass die Ölversorgung des Lagerinnenraums 53 entsprechend von der Unterseite erfolgt.
Deutlich zu erkennen ist anhand dieser Darstellung, dass die Verdrehsicherung des Teilrings 13 vom Sicherungspin 63 anstelle eines zweiten Bolzens übernommen wird. Insgesamt kann also vorliegend eine Verdrehsicherung beider Teilringe 13, 15 innerhalb des Trägerrings und damit eine gleichmäßige Ölversorgung des Lagerinnenraums 53 durch zwei unterschiedlich ausgebildete Sicherungselemente 57, 63 erreicht werden.
In 13 ist eine weitere Lagereinheit 161 für einen Turbolader in einem Längsschnitt zu sehen. Die Lagereinheit 101 umfasst die Lagerkartusche 3, die in dem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Lagereinheit 101 ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9.
Der wesentliche Unterschied dieser Lagereinheit 161 zu den vorbeschriebenen Lagereinheiten besteht darin, dass die Welle 21 mit den Wälzkörperlaufbahnen zur Führung der Wälzkörper 23 ausgebildet ist. Auf die Verwendung separat zu montierender innerer Lagerringe 11, bzw. Teilringe 17, 19 kann gänzlich verzichtet werden. Die Welle 21 übernimmt somit selbst die Funktion der Teilringe 17, 19, so dass durch eine derartige Ausgestaltung mit geringem Kosten- und Montageaufwand eine sichere Lagerung der Welle 21 in einem Turbolader erreicht werden kann. Zusätzlich kann durch den Verzicht auf einen separaten inneren Lagerringe 11 bzw. Teilringe 17, 19 die Summe der Bauteiltoleranzen verringert werden. Die sich üblicherweise addierenden Form- und Lagefehler der Teilringe 17, 19 auf der Welle 21 können so vermieden werden, wodurch die Toleranz insgesamt geringer ist.
Die Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 relativ zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 sind auch hier an der Unterseite der Lagereinheit 161 angeordnet, so dass die Ölversorgung des Lagerinnenraums 53 von unten erfolgt.
Weiterhin ist auch bei der Lagereinheit 161 nur ein Bolzen 57 eingesetzt, der zur Verdrehsicherung des Teilrings 15 gegenüber dem Trägerring 25 in eine Nut 61 im Teilring 15 eingreift und so gewährleistet, dass die Spritzölbohrung 51 relativ zur Bohrung 43 im Trägerring 25 verdrehsicher festgelegt ist.
14 zeigt die Lagereinheit 161 gemäß 13 in einem weiteren Längsschnitt. Anhand dieses Schnittes ist die relative Positionierung der Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 zur den Spritzölbohrungen 49, 51 gezeigt. Die Ölversorgung über die Versorgungsbohrungen 33, 35 erfolgt von der Oberseite der Lagereinheit 161, wohingegen die Versorgung des Lagerrinnenraums 53 von der Unterseite erfolgt.
Zusätzlich ist anhand der Schnittdarstellung die Verdrehsicherung des Teilrings 13 durch den Sicherungspin 63 zu sehen. Anstelle eines zweiten Bolzens wird die Verdrehsicherung auch hier von dem in der Bohrung 65 des Lagergehäuses 5 aufgenommenen Sicherungspin 63 übernommen.
Die weitere detaillierte Beschreibung dieser und der weiteren Lagerkomponenten kann, wie bereits benannt, den vorbeschriebenen Figuren entnommen werden.
In 15 ist eine weitere Lagereinheit 181 für einen Turbolader in einem Längsschnitt gezeigt. Auch die Lagereinheit 181 umfasst die im sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11. Der äußere Lagerring ist vorliegend zweiteilig aus zwei Teilringen 13, 15 gefertigt, der innere Lagerring 11 ist einteilig ausgeführt.
Auch die Lagereinheit 181 weist sowohl die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 als auch die Spritzölbohrungen 49, 51 an der Unterseite der Lagereinheit 181 auf. Aufgrund der Darstellung sind hierbei jedoch die Bohrungen 41, 43, 49, 51 nicht gezeigt. Auch hier erfolgt, wie bereits bei den vorhergehenden Figuren detailliert beschrieben, die Ölbeaufschlagung der Lagerkomponenten des Lagers 7 von der Unterseite der Lagerkartusche 3.
Der wesentliche Unterschied zu den vorbeschriebenen Lagereinheiten liegt vorliegend darin, dass ein als gehäusefestes Profil 75 ausgebildetes Sicherungselement eingesetzt ist. Das gehäusefeste Profil 75 erstreckt sich radial in Richtung der Welle 21 nach innen durch eine Nut 76 im Trägerring 25 hindurch. Es erfüllt einerseits die Funktion der Verdrehsicherung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Trägerring 25 und sichert ebenso die Lagerkartusche 3 gegen ein Verdrehen gegenüber dem Lagergehäuse 5. Der Einsatz eines separaten Sicherungspins an der Stirnseite des Lagergehäuses 5, wie dies beispielsweise bei der Lagereinheit 1 gemäß den 1 bis 4 zu sehen ist, kann vorliegend entfallen.
Zusätzlich wird der axiale Anschlag der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Lagergehäuses 5 über einen Formschluss des eingreifenden Profils 75 erreicht. Die Transportsicherung der Lagerkartusche 3 ist über den einteilig gefertigten inneren Lagerring 11 gewährleistet.
16 zeigt die Lagereinheit gemäß 15 in einem Querschnitt. Anhand dieser Darstellung ist das gehäusefeste Profil 75 deutlich zu sehen. Das Profil erstreckt sich durch die Nut 76 im Trägerring 25 hindurch und endet zwischen den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9.
Hierdurch dient das Profil 75 sowohl der Verdrehsicherung der Teilringe 13, 15 zum Trägerring 25, als auch der Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 zum Lagergehäuse 5. Ein Sicherungspin kann bei dieser Ausgestaltung entfallen.
Auch 17 zeigt eine weitere Lagereinheit 201 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 201 weist ein sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 mit einer in diesem angeordneten Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11 auf. Auch hier sind beide Lagerringe 9, 11 zweiteilig gefertigt und bestehen jeweils aus jeweils zwei Teilringen 13, 15, 17, 19.
Sowohl die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 als auch die Spritzölbohrungen 49, 51 sind an der Unterseite der Lagereinheit 181 ausgebildet, so dass die Ölbeaufschlagung der Lagerkomponenten des Lagers 7 von der Unterseite der Lagerkartusche 3 erfolgt.
Die Lagereinheit 201 weist ebenfalls ein als gehäusefestes Profil 75 ausgebildetes Sicherungselement auf, welches sich durch die Nut 76 im Trägerring 25 hindurch radial nach innen in Richtung der Welle 21 erstreckt. Das Profil 75 erfüllt die Funktion der Verdrehsicherung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Trägerring 25 und zusätzlich der Lagerkartusche 3 gegenüber dem Lagergehäuse 5. Zusätzlich wird der axiale Anschlag der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 gegenüber dem Lagergehäuses 5 über einen Formschluss des eingreifenden Profils 75 erreicht. Auch hier kann auf den Einsatz eines separaten Sicherungspins zur Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 verzichtet werden
Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Figuren ist zur Transportsicherung ein Schnappelement 77 eingesetzt. Das Schnappelement 77 verbindet wird beiden Teilringe 17, 19 des zweiteilig gefertigten Lagerrings 11 miteinander und verhindert so ein Verrutschen und Verkippen der Lagerkomponenten zueinander. Entsprechend ist dank des Schnappelements 77 ein Transport der vormontierten Lagereinheit 201 zum Kunden möglich.
18 zeigt die Lagereinheit gemäß 17 in einem Querschnitt. Anhand dieser Darstellung ist das gehäusefeste Profil 75 deutlich zu sehen. Das Profil erstreckt sich durch die Nut 76 im Trägerring 25 hindurch und endet zwischen den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9. Weiterhin ist das im Wesentlichen kreisrunde Schnappelement 77 zu erkennen, welches die Teilringe 17, 19 des inneren Lagerrings 11 miteinander verbindet.
In 19 zeigt die Lagereinheit 201 gemäß den 17 und 18 in einem weiteren Längsschnitt. Auch anhand dieser Darstellung ist die Positionierung des Schnappelements 77 deutlich zu erkennen.
Weiterhin ist anhand der Darstellung auch gut zu erkennen, dass die Ölbeaufschlagung des Lagerinnenraums 53 über die Unterseite der Lagereinheit 201 erfolgt. Sowohl die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 als auch die Spritzölbohrungen 49, 51 in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 sind an der Unterseite der Lagereinheit 1 ausgebildet, so dass das von der Oberseite dosierte Öl wird über die im Außenumfang des Trägerrings 25 ausgebildeten Nuten 37, 39 an die Unterseite des Trägerrings 25 geleitet wird. Von der Unterseite ausgehend dort aus über die Bohrungen 41, 43 in die die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 auf deren Außenumfang umlaufenden Nuten 45,47 dosiert. Von den Nuten 45, 47 werden die Spritzölbohrungen 49, 51 mit Öl versorgt, welches dann dem Lagerinnenraum 53 zu dosiert wird.
In den 20 und 21 ist das Schnappelement 77 gemäß der 17 bis 19 als separates Bauteil gezeigt. Man erkennt sowohl die im Wesentlichen kreisrunde Form und die Schnappnasen, die die Teilringe 17, 19 des inneren Lagerrings 11 miteinander verbinden. Das Schnappelement 77 kann bei der Montage zwischen den Teilringen 17, 19 positioniert werden und verhindert durch Einschnappen deren Verrutschen bzw. ein axiales Verschieben.
22 zeigt eine weitere Lagereinheit 221 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Auch die Lagereinheit 221 umfasst die im sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet Lagerkartusche 3 sowie ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 7 mit einem äußeren Lagerring 9 sowie mit einem inneren Lagerring 11. Der äußere Lagerring ist zweiteilig aus zwei Teilringen 13, 15 gefertigt, wohingegen der innere Lagerring 11 einteilig gefertigt ist. Die Beschreibung zu diesen und den weiteren Lagerkomponenten der Lagereinheit 221 kann sinngemäß der Beschreibung zu den vorbeschriebenen Figuren entnommen werden.
Die Ölversorgung der Lagereinheit 221 erfolgt hierbei von der Oberseite. Die Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 und die Spritzölbohrungen 49, 51 sind an der Oberseite ausgebildet. Das über die Versorgungsbohrungen 33, 35 dosierte Öl muss weder den Trägerring 25 noch die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 umlaufen, sondern kann von den Nuten 45, 47 in den Teilringen 13, 15 direkt in die Spritzölbohrungen dosiert werden.
Als ein Sicherungselement ist vorliegend an der Oberseite der Lagereinheit 221 eine gehäusefeste Buchse 78 eingesetzt, die eine Bohrung 79 im Trägerring 25 durchgreift, so dass das sich radial nach innen erstreckende Ende der Buchse 78 zwischen den axial voneinander beabstandeten Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 endet. Die Buchse 78 sichert die Lagerkartusche 3 und dient so im montierten Zustand der Lagereinheit 221 der rotatorischen und der axialen Abstützung des Trägerrings 25. Auf diese Weise kann im montierten Zustand die sichere Positionierung der Lagerkartusche 3 im Lagergehäuse 5 ermöglicht werden.
Weiterhin ist an der Unterseite der Lagereinheit 221 eine weitere Buchse 80 angeordnet. Die Buchse 80 ist fest mit dem Trägerring 25 verbunden und dient erfüllt in zweierlei Hinsicht die Funktion als Sicherungselement. Zum einen wird durch die Buchse 80 eine rotatorische und axiale Sicherung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 relativ zum Trägerring 25 ermöglicht. Zusätzlich wird mittels der Buchse 80 auch ein axiales Verschieben und ein Verdrehen des Trägerrings 25 beim Transport der Lagerkartusche 3 verhindert.
Insgesamt stützt sich der Trägerring 25 im Betreib des Turboladers gegen die Buchse 78 ab, die Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 sind sowohl gegen über der Buchse 78 als auch gegenüber der Buchse 80 abgestützt.
Insgesamt verhindert der Einsatz beider Buchsen 78, 80 sowohl ein Verdrehen der Teilringe 13, 15 des inneren Lagerrings 9 gegenüber dem Trägerring 25 als auch ein Verdrehen der Lagerkartusche 3 gegenüber dem Lagergehäuse 5. Die relative Positionierung der Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 zu den Spritzölbohrungen in den Teilringen 13, 15 ist demnach festgelegt.
Weiterhin kann aufgrund der hohlzylindrischen Ausgestaltung der Buchse 80 kann auch der Ablauf des Öls aus dem Zwischenraum 29 durch den Innenraum der Buchse 80 erfolgen.
In 23 ist die Lagereinheit 221 gemäß 22 in einem Querschnitt zu sehen. Hier erkennt man die Buchse 78, die durch die Bohrung 79 im Trägerring 25 hindurchgreift. Sie endet zwischen den Teilringen 13, 15 und dient gleichermaßen als Verdrehsicherung und als axialer Anschlag.
Somit kann durch die Positionierung der beiden Buchsen 78, 80 an der Ober- und an der Unterseite der Lagereinheit 221 sowohl eine Transportsicherung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 innerhalb des Trägerrings 25 erreicht, als auch die Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 innerhalb des Lagergehäuses 5 gewährleistet werden.
24 zeigt die Lagereinheit 221 gemäß den 22 und 23 in einem weiteren Längsschnitt. Man erkennt hierbei gut die einteilige Fertigung des inneren Lagerrings 11. Aufgrund der Einteiligkeit dient der innere Lagerring als Transportierung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9. So kann an dieser Stelle auf den Einsatz separater Transportsicherungen verzichtet werden, wodurch beispielsweise Herstellungskosten und der Montageaufwand der Lagerkartusche 3 verringert werden. Weiterhin wird eine Montage der Lagerkartusche vor der Lieferung zum Kunden ermöglicht und erleichtert dem Kunden entsprechend den Einbau der Lagerkartusche.
Die Transportsicherung der Teilringe 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 innerhalb des Trägerrings 25 ebenso wie die Verdrehsicherung der Lagerkartusche 3 innerhalb des Lagergehäuses 5 wird, wie bereits vorhergehend erläutert, durch die Positionierung der beiden Buchsen 78, 80 an der Ober- bzw. an der Unterseite der Lagereinheit 221 umgesetzt.
Insgesamt gilt, dass die relative Positionierung der Spritzölbohrungen 49, 51 im äußeren Lagerring 9 bzw. in den Teilringen 13, 15 des äußeren Lagerrings 9 zu den Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 nicht auf die vorgestellten Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Die jeweiligen Bohrungen 41, 43, 49, 51 können den Anforderungen an eine Lagereinheit entsprechend an beliebigen Stellen entlang des Umfangs des Trägerrings 25 bzw. des äußeren Lagerrings 9 eingebracht werden.
Die Form bzw. der Querschnitt der jeweiligen Bohrungen 41, 43, 49, 51 kann hierbei variieren, wobei sich insbesondere durch die Abstimmung er Querschnitte der Bohrungen 41, 43 im Trägerring 25 und der Spritzölbohrungen 49, 51 die gezielte Dosierung von Öl umsetzen lässt. Die Menge des in den Lagerrinnenraum 53 dosierten Öls lässt sich hierbei über die Abstimmung der Bohrungen 41, 43, 49, 51 so einstellen, dass eine ausreichende Kühlung und Schmierung ermöglicht ist. Andererseits sollte möglichst wenig Öl die Lagerreihen passieren, um die Planschverluste niedrig zu halten.
Bezugszeichenliste

1: Lagereinheit
3: Lagerkartusche
5: Lagergehäuse
7: Lager
9: äußerer Lagerring
11: innerer Lagerring
13: Teilring
15: Teilring
17: Teilring
19: Teilring
21: Welle
23: Wälzkörper
25: Trägerring
27: Federelement
29: Zwischenraum
31: Ölfilm
33: Versorgungsbohrung
35: Versorgungsbohrung
37: Nut
39: Nut
41: Bohrung
43: Bohrung
45: Nut
47: Nut
49: Spritzölbohrung
51: Spritzölbohrung
53: Lagerinnenraum
55: Sicherungselement
57: Sicherungselement
59: Nut
61: Nut
63: Sicherungselement
65: Bohrung
67: Ablaufnut
69: Auslassbohrung
70: Phase
71: axialer Anschlag
73: axialer Anschlag
75: Sicherungselement
76: Nut
77: Schnappelement
78: Sicherungselement
79: Bohrung
81: Lagereinheit
101: Lagereinheit
121: Lagereinheit
141: Lagereinheit
161: Lagereinheit
181: Lagereinheit
201: Lagereinheit
221: Lagereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69012346 T2 [0006]

Claims

Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5), eine innerhalb des Lagergehäuses (5) angeordnete Lagerkartusche (3) mit einem Trägerring (25), sowie ein in diesem positioniertes Lager (7) mit einem äußeren Lagerring (9, 13, 15), wobei zwischen dem Lagergehäuse (5) und der Lagerkartusche (3) ein Zwischenraum (29) für einen schwingungsdämpfenden Ölfilm (31) ausgebildet ist, und wobei der Trägerring (25) eine Bohrung (41, 43) aufweist, die mit einer im äußeren Lagerring (9, 13, 15) ausgebildeten Spritzölbohrung (49, 51) zur Lagerschmierung kommunizierend verbunden, dadurch gekennzeichnet, dass die Position äußeren Lagerrings (9, 13, 15) und die Position der Spritzölbohrung (49, 51) mittels eines Sicherungselements (55, 57, 63, 75, 78, 80) relativ zur Bohrung (41, 43) im Trägerring (25) verdrehsicher festgelegt sind.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (55, 57, 63, 75, 78, 80) zusätzlich als ein Mittel zur Transportsicherung dient.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (55, 57, 63, 75, 78, 80) formschlüssig mit dem Trägerring (25) verbunden ist.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (55, 57, 63, 75, 78, 80) gehäusefest mit dem Lagergehäuse (5) verbunden.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (55, 57, 63, 75, 78, 80) als eine Buchse ausgebildet ist.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (25) eine axiale Anschlagsfläche (71, 73) für den äußeren Lagerring (9, 13, 15) umfasst.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (55, 57, 63, 75, 78, 80) als axialer Anschlag für den äußeren Lagerring (9, 13, 15) ausgebildet ist.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (41, 43) im Trägerring (25) über eine den äußeren Lagerring (9, 13, 15) auf seinem Außenumfang umlaufenden Nut (45, 47) kommunizierend mit der Spritzölbohrung (49, 51) verbunden ist.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (25) eine seinen Außenumfang umlaufende Nut (37, 39) umfasst, die zur Beaufschlagung des Zwischenraums (29) mit einer Versorgungsbohrung (33, 35) im Lagergehäuse (5) verbunden ist.
Lagereinheit (1, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (9) zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Teilringe (13, 15) axial voneinander beabstandet sind.