DE102011079677A1 - Charging device, particularly exhaust gas turbocharger of internal combustion engine, comprises bearing housing for supporting rotor, where bearing housing is formed as composite component and has compressor section or light metal - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, mit einem einen Rotor lagerndes Lagergehäuse. Die Erfindung betrifft weiter ein Lagergehäuse für eine derartige Ladeeinrichtung.The present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, with a bearing housing a rotor bearing. The invention further relates to a bearing housing for such a charging device.
Eine Ladeeinrichtung dient der Leistungssteigerung einer Kraftmaschine. Eine als ein Abgasturbolader ausgebildete Ladeeinrichtung nutzt die kinetische Energie eines Abgases einer Brennkraftmaschine, um die der Brennkraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten. Hierzu weist die Ladeeinrichtung eine Turbine und einen Verdichter auf, wobei eine durch das Abgas verursachte Rotation eines Rotors auf den Verdichter übertragen wird. Dabei ist der Rotor üblicherweise in einem Lagergehäuse der Ladeeinrichtung gelagert, wobei das Lagergehäuse üblicherweise aus Metall hergestellt ist. Nachteilig dabei ist, dass das Lagergehäuse in der Regel durch ein Gussverfahren hergestellt wird und eine nachträgliche Bearbeitung, beispielsweise in Form von Zerspanungsarbeiten, erforderlich ist.A charging device serves to increase the power of an engine. A charging device designed as an exhaust gas turbocharger uses the kinetic energy of an exhaust gas of an internal combustion engine to compress the air to be supplied to the internal combustion engine. For this purpose, the charging device to a turbine and a compressor, wherein a caused by the exhaust gas rotation of a rotor is transmitted to the compressor. In this case, the rotor is usually mounted in a bearing housing of the charging device, wherein the bearing housing is usually made of metal. The disadvantage here is that the bearing housing is usually produced by a casting process and subsequent processing, for example in the form of cutting work, is required.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Wirtschaftlichkeit eines Lagergehäuses der Ladeeinrichtung auszeichnet. The present invention is concerned with the problem of providing for a charging device of the generic type an improved or at least alternative embodiment, which is characterized in particular by an increased economic efficiency of a bearing housing of the charging device.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Lagergehäuse einer Ladeeinrichtung aus einem Kunststoff oder Leichtmetall und einem Metall auszubilden und dadurch die Herstellung des Lagergehäuses, insbesondere der aus Kunststoff ausgebildeten Teile, zu vereinfachen und somit wirtschaftlicher zu gestalten. Das Lagergehäuse ist also als Kompositbauteil ausgebildet, wobei das Lagergehäuse einen Rotor der Ladeeinrichtung lagert. Der Rotor dient dabei insbesondere dem Zweck, die durch eine Turbine der Ladeeinrichtung gewonnene Energie in Form einer Rotation auf einen Verdichter der Ladeeinrichtung zu übertragen. Dementsprechend kann das Lagergehäuse in einen dem Verdichter benachbarten Verdichterabschnitt und einen der Turbine benachbarten Turbinenabschnitt unterteilt werden.The present invention is based on the general idea to form a bearing housing of a charging device made of a plastic or light metal and a metal and thereby simplify the production of the bearing housing, in particular the plastic parts, and thus to make more economical. The bearing housing is thus designed as a composite component, wherein the bearing housing supports a rotor of the charging device. The rotor serves in particular the purpose of transmitting the energy gained by a turbine of the charging device in the form of a rotation to a compressor of the charging device. Accordingly, the bearing housing may be divided into a compressor section adjacent to the compressor and a turbine section adjacent to the turbine.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Ladeeinrichtung nun ein derartiges Lagergehäuse auf, wobei das Lagergehäuse als Kompositbauteil ausgebildet ist. Das Lagergehäuse ist also insbesondere ein Hybridbauteil aus Kunststoff bzw. Leichtmetall und Metall. Dabei ist der Turbinenabschnitt aufgrund der auf der Turbinenseite herrschenden Temperaturen, zweckmäßig derjenige Abschnitt, der aus Metall ausgebildet ist. Entsprechend ist der Verdichterabschnitt derjenige Abschnitt, der aus Kunststoff oder Leichtmetall hergestellt ist. Das Lagergehäuse weist also den aus Kunststoff oder Leichtmetall ausgebildeten und dem Verdichter benachbarten Verdichterabschnitt sowie den aus Metall ausgebildeten und der Turbine benachbarten Turbinenabschnitt auf.According to the idea of the invention, the charging device now has such a bearing housing, wherein the bearing housing is designed as a composite component. The bearing housing is therefore in particular a hybrid component made of plastic or light metal and metal. In this case, the turbine section is expediently that section which is formed from metal due to the temperatures prevailing on the turbine side. Accordingly, the compressor section is the section made of plastic or light metal. The bearing housing therefore has the compressor section formed of plastic or light metal and adjacent to the compressor and the turbine section formed of metal and adjacent to the turbine.
Der aus Leichtmetall ausgebildete Verdichterabschnitt ist bevorzugt aus Aluminium oder Magnesium hergestellt. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen der Verdichterabschnitt aus einer aluminium- und magnesiumhaltigen Legierung hergestellt ist. Bevorzugt sind auch Ausführungsformen, bei denen der aus Kunststoff ausgebildete Verdichterabschnitt aus einem Thermoplast und/oder einem Duroplast und/oder aus einem faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.The formed of light metal compressor section is preferably made of aluminum or magnesium. Also embodiments are conceivable in which the compressor section is made of an aluminum and magnesium-containing alloy. Embodiments in which the compressor section formed of plastic is made of a thermoplastic and / or a duroplastic and / or a fiber-reinforced plastic are also preferred.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist der Turbinenabschnitt einen Wassermantel auf. Der Wassermantel verläuft dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung, wobei die Umfangsrichtung bezüglich einer Rotationsachse des Rotors definiert ist. Der Wassermantel umgibt den Rotor also ringförmig, wobei der Wassermantel vorzugsweise einen in Umfangsrichtung verlaufenden und geschlossenen Ring ausbildet. Der Wassermantel ist folglich insbesondere zwischen der Turbine und dem beispielsweise aus Kunststoff ausgebildeten Verdichterabschnitt des Lagergehäuses angeordnet und stellt einen für ein Kühlmittel, insbesondere für Wasser, durchströmbaren Hohlraum zur Verfügung, der fluidisch vom Rotor getrennt ist. Der Wassermantel dient daher insbesondere dem Zweck, den Verdichterabschnitt vor den auf der Turbinenseite während des Betriebs der Ladeeinrichtung herrschenden hohen Temperaturen zu schützen.According to a preferred embodiment, the turbine section has a water jacket. The water jacket preferably extends in the circumferential direction, wherein the circumferential direction is defined with respect to a rotational axis of the rotor. The water jacket thus surrounds the rotor annularly, wherein the water jacket preferably forms a circumferentially extending and closed ring. The water jacket is consequently arranged, in particular, between the turbine and the compressor section of the bearing housing, for example made of plastic, and provides a cavity through which a coolant, in particular for water, can pass, which is fluidically separated from the rotor. The water jacket therefore serves in particular the purpose of protecting the compressor section from the high temperatures prevailing on the turbine side during operation of the charging device.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist der aus Kunststoff hergestellte Verdichterabschnitt als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Dies führt, insbesondere durch eine reduzierte Nachbearbeitung des Verdichterabschnittes, zu einer besonders wirtschaftlichen Herstellung des Lagergehäuses und somit der Ladeeinrichtung.According to a preferred embodiment, the compressor section made of plastic is formed as a plastic injection molded part. This leads, in particular by a reduced post-processing of the compressor section, to a particularly economical production of the bearing housing and thus the charging device.
Zur Verbesserung der Lagerung des Rotors im Lagergehäuse ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der eine Lagerhülse im Verdichterabschnitt angeordnet ist, wobei die Lagerhülse den Rotor lagert. Die Lagerhülse ist dabei zweckmäßig komplementär zum Rotor, also insbesondere als ein Hohlzylinder, ausgebildet. Die Lagerhülse ist zudem vorzugsweise koaxial zum Lagergehäuse bzw. zum Verdichterabschnitt angeordnet und erstreckt sich durch den gesamten Verdichterabschnitt. Die Lagerhülse ist weiter vorzugsweise aus einem Metall hergestellt und weist somit ein vom aus Kunststoff hergestellten Verdichterabschnitt unterschiedliches Material auf. Bevorzugt werden dabei Ausführungsformen, bei denen die Lagerhülse in den Verdichterabschnitt eingeklebt, eingepresst bzw. eingespritzt ist. To improve the bearing of the rotor in the bearing housing, an embodiment is preferred in which a bearing sleeve is arranged in the compressor section, wherein the bearing sleeve supports the rotor. The bearing sleeve is suitably complementary to the rotor, so in particular as a hollow cylinder formed. The bearing sleeve is also preferably coaxial with the bearing housing or for Compressor section arranged and extends through the entire compressor section. The bearing sleeve is further preferably made of a metal and thus has a material made of plastic compressor section different material. Embodiments in which the bearing sleeve is adhesively bonded, pressed or injected into the compressor section are preferred.
Es versteht sich, dass der Turbinenabschnitt und der Verdichterabschnitt miteinander verbunden sind. Bevorzugt werden dabei Verbindungen zwischen dem Turbinenabschnitt und dem Verdichterabschnitt, die durch Verkleben und/oder Verschrauben und/oder Verclipsen realisiert sind.It will be understood that the turbine section and the compressor section are interconnected. Preference is given to connections between the turbine section and the compressor section, which are realized by gluing and / or screwing and / or clipping.
Um den Schutz des Verdichterabschnitts gegenüber der Wärme auf der Turbinenseite zu verbessern, kann der Turbinenabschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform eine in Umfangsrichtung verlaufende und radial abstehende Wand aufweisen, wobei die radiale Richtung durch die Rotationsachse des Rotors definiert ist. Die Wand des Turbinenabschnitts dient also insbesondere als Hitzeschutzschild, das den Verdichterabschnitt gegenüber der Wärmeeinwirkung auf der Turbinenseite schützt. Dabei ist die Wand vorzugsweise dem Verdichterabschnitt benachbart. Die Wand ist also bevorzugt zwischen dem Wassermantel und dem Verdichterabschnitt angeordnet und dient zudem vorzugsweise auch der Verbindung des Turbinenabschnitts mit dem Verdichterabschnitt. In order to improve the protection of the compressor section from the heat on the turbine side, the turbine section according to another embodiment, a circumferentially extending and radially projecting wall, wherein the radial direction is defined by the axis of rotation of the rotor. The wall of the turbine section thus serves, in particular, as a heat shield, which protects the compressor section from the effect of heat on the turbine side. In this case, the wall is preferably adjacent to the compressor section. The wall is thus preferably arranged between the water jacket and the compressor section and also preferably also serves to connect the turbine section to the compressor section.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verdichterabschnitt ein Schmiermittelreservoir auf. Das Schmiermittelreservoir dient dabei der Aufbewahrung eines Schmiermittels für den Rotor, wobei das Schmiermittel der verbesserten Rotation des Rotors, insbesondere im Lagergehäuse, dient. Als Schmiermittel kommen dabei insbesondere Schmieröle zum Einsatz. Das Schmiermittelreservoir stellt dem Rotor also insbesondere bei einem Kaltstart der Ladeeinrichtung das Schmiermittel zur Verfügung. Das Schmiermittelreservoir ist dabei vorzugsweise als ein dem Rotor bzw. der Lagerbuchse benachbarter Hohlraum des Verdichterabschnitts ausgebildet.In a further preferred embodiment, the compressor section has a lubricant reservoir. The lubricant reservoir serves to store a lubricant for the rotor, wherein the lubricant of the improved rotation of the rotor, in particular in the bearing housing, is used. Lubricating oils are used in particular as lubricants. The lubricant reservoir thus provides the lubricant to the rotor, in particular during a cold start of the charging device. The lubricant reservoir is preferably designed as a cavity of the compressor section adjacent to the rotor or the bearing bush.
Zur Versorgung des Rotors mit dem Schmiermittel bzw. zur Zuführung des Schmiermittels zum Schmiermittelreservoir kann das Lagergehäuse, insbesondere der Verdichterabschnitt, ein Kanalsystem aufweisen. Das Kanalsystem dient also insbesondere dem Zweck, das Schmiermittel dem Rotor zuzuführen und optional auch vom Rotor abzuführen. Ein derartiges Kanalsystem ist beispielsweise durch Öffnungen und Kanäle realisiert, die zumindest teilweise im Lagergehäuse verlaufen. Eine besonders wirtschaftliche Umsetzung dieser Kanäle und Öffnungen ist bei einem aus Kunststoff hergestellten Verdichterabschnitt gegeben, weil die Kanäle und Öffnungen durch Bohrungen hergestellt oder beim Spritzgießen mit eingespritzt werden können.For supplying the rotor with the lubricant or for supplying the lubricant to the lubricant reservoir, the bearing housing, in particular the compressor section, a channel system. The channel system thus serves in particular for the purpose of supplying the lubricant to the rotor and optionally also removing it from the rotor. Such a channel system is realized, for example, through openings and channels which extend at least partially in the bearing housing. A particularly economical implementation of these channels and openings is given in a compressor section made of plastic, because the channels and openings can be made by drilling or injected with injection molding.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verdichterabschnitt Aussteifungsrippen auf. Die Aussteifungsrippen dienen dabei insbesondere dem Zweck, den Verdichterabschnitt zu stabilisieren. Dabei verlaufen die Aussteifungsrippen vorzugsweise axial und sind in der Umfangsrichtung symmetrisch angeordnet. Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform, bei der die Aussteifungsrippen von einem Flansch des Verdichterabschnittes in Richtung des Turbinenabschnittes abstehen. Der Flansch ist dabei auf der dem Verdichter zugewandten Seite des Verdichterabschnittes angeordnet und verläuft ringförmig in Umfangsrichtung. Der Flansch kann zudem eine zum Rotor koaxial angeordnete Öffnung aufweisen, die der Lagerung des Verdichters bzw. eines Verdichterrads dient. According to a further preferred embodiment, the compressor section has stiffening ribs. The stiffening ribs serve in particular the purpose of stabilizing the compressor section. The stiffening ribs preferably extend axially and are arranged symmetrically in the circumferential direction. Also preferred is an embodiment in which the stiffening ribs project from a flange of the compressor section in the direction of the turbine section. The flange is arranged on the compressor side facing the compressor section and extends annularly in the circumferential direction. The flange may also have a coaxially arranged to the rotor opening, which serves for the storage of the compressor or a compressor wheel.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein als Kompositbauteil ausgebildetes Lagergehäuse für eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört. It should be noted that a bearing housing designed as a composite component for a charging device according to the invention also belongs to the scope of this invention.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Dabei zeigt die einzige
Entsprechend der
Der Verdichterabschnitt
Zur Lagerung des Rotors
Eine vorzugsweise aus einem Metall hergestellte Lagerhülse
Der Öffnung
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