DE102012206556A1

DE102012206556A1 - Lagereinheit für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102012206556A1
Application number: DE102012206556A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-21
Also published as: CN104220706A; US9212698B2; WO2013156194A1; US20150078696A1; DE102012206556B4; CN104220706B

Abstract

Die Erfindung gibt eine Lagereinheit (1) für einen Turbolader an, welche ein sich in eine axiale Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5) mit einer Durchgangsbohrung, sowie ein innerhalb der Durchgangsbohrung koaxial angeordnetes Wälzlager (3) mit einem Lagerinnenring (7), einen in einen ersten und einen zweiten Teilring (9, 11) axial geteilten Lageraußenring (13) und eine Anzahl von Wälzkörpern (15) umfasst. Der Lageraußenring (13) ist in einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (23) gelagert und die beiden Teilringe (9, 11) sind über eine Vorspannfeder (19) axial voneinander beabstandet. Der erste Teilring (9) weist eine erste Nut (43) mit einem darin angeordneten ersten Sicherungsring (39) auf und der erste Sicherungsring (39) stützt sich axial von außen gegen das Lagergehäuse (5) ab.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in eine axiale Richtung erstreckendes Lagergehäuse mit einer Durchgangsbohrung, sowie ein innerhalb der Durchgangsbohrung koaxial angeordnetes Wälzlager mit einem Lagerinnenring, einen in einen ersten und einen zweiten Teilring axial geteilten Lageraußenring und einer Anzahl von Wälzkörpern. Dabei ist der der Lageraußenring in einem schwingungsdämpfenden Ölfilm gelagert und die beiden Teilringe sind über eine Vorspannfeder axial voneinander beabstandet.
Hintergrund der Erfindung
Ein Turbolader dient üblicherweise der Leistungssteigerung einer Verbrennungskraftmaschine durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Turbolader besteht hierzu insbesondere 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 gelangt bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors.
Dies führt üblicherweise 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.
Für effektiven Betrieb des Turboladers rotieren die Welle und damit auch die Turbine und der Verdichter regelmäßig mit hohen Drehzahlen von teilweise bis zu 300.000 Umdrehungen pro Minute. Insbesondere durch die hohen Drehzahlen können beispielsweise durch die Rotation der Welle hervorgerufene Schwingungen auf die Lagereinheit und deren einzelne Komponenten übertragen werden. Um hierbei einen unerwünschten Kontakt mit dem Lagergehäuse oder einzelner Komponenten untereinander möglichst gering zu halten und einen störungsfreien und geräuscharmen Betrieb eines Turboladers zu gewährleisten, wird üblicherweise eine Lagereinheit eingesetzt, bei der durch einen sogenannten Quetschöldämpfer die auftretenden Schwingungen gedämpft werden können. Regelmäßig besteht ein solcher Quetschöldämpfer im Wesentlichen aus einem zwischen einem Lager und einem Lagergehäuse ausgebildeten Ringspalt, der mit einer Ölzuführung verbunden und mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm gefüllt ist.
Dabei wird insbesondere ein Außenring eines üblicherweise eingesetzten Wälzlagers durch einen schwingungsdämpfenden Ölfilm vom Lagergehäuse getrennt, so dass kein unmittelbarer Kontakt zwischen Lagergehäuse und Außenring besteht. Die DE 10 2010 035 665 A1 beschreibt beispielsweise eine Lagerung für einen Turbolader, bei der zwischen dem Innenumfang eines Lagergehäuses und dem Außenumfang eines Außenrings einer Lagerkartusche ein Quetschölfilm vorhanden ist. Durch eine derart schwimmende Lagerung des Außenrings ist dieser grundsätzlich axial verschiebbar. Damit der Lageraußenring dennoch in der gewünschten Position verbleibt und nicht axial „verrutscht”, muss er axial gesichert werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagereinheit für einen Turbolader anzugeben, die bei einer kostengünstigen und einfachen Herstellung bzw. Montage eine axiale Wegbegrenzung des Lageraußenrings ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, welche ein sich in eine axiale Richtung erstreckendes Lagergehäuse mit einer Durchgangsbohrung, sowie ein innerhalb der Durchgangsbohrung koaxial angeordnetes Wälzlager mit einem Lagerinnenring, einen in einen ersten und einen zweiten Teilring axial geteilten Lageraußenring und eine Anzahl von Wälzkörpern umfasst. Der Lageraußenring ist in einem schwingungsdämpfenden Ölfilm gelagert. Die beiden Teilringe sind über eine Vorspannfeder axial voneinander beabstandet. Der erste Teilring weist eine erste Nut mit einem darin angeordneten ersten Sicherungsring auf, und der erste Sicherungsring stützt sich axial von außen gegen das Lagergehäuse ab.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, Bauteile und Baugruppen in einer Serienfertigung auch dahingehend auszulegen und anzuordnen, dass sie verhältnismäßig kostengünstig gefertigt und hinsichtlich der Montage einfach und präzise zusammengefügt werden können. Dies gilt umso mehr für eine automatisierte Fertigung, bei der es häufig einfacher und kostengünstiger ist, Bauteile, welche eine einfache geometrische Form aufweisen, zu bearbeiten und zu montieren. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es den Montageprozess deutlich vereinfacht, wenn ein zu montierendes Bauteil von außen zugänglich ist. Daher sieht die Erfindung vor, in dem ersten Teilring des Lageraußenrings eine einfach zu fertigende Nut und einen darin eingreifenden und einfach zu fertigenden Sicherungsring vorzusehen, mittels derer der Lageraußenring axial gesichert und in seiner axialen Bewegung begrenzt werden kann. Dabei stützt sich der Sicherungsring axial von außen gegen das Lagergehäuse ab. Hierdurch wird eine, insbesondere von außen zugängliche, einfache und schnelle Montage ermöglicht
Das Wälzlager weist eine Rotationsachse auf und dient insbesondere der sicheren Lagerung der Welle des Turboladers, wobei es radiale und axiale Kräfte aufnimmt und gleichzeitig die Rotation der Welle ermöglicht. Das Wälzlager besteht aus zwei Lagerringen, einem Lagerrinnenring und einem in zwei Teilringe axial geteilten Lageraußenring. Zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring sind Wälzkörper angeordnet, die auf Laufbahnen, welche in den Lagerringen integriert sind, abrollen. Als Wälzkörper können beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen eingesetzt sein.
Die beiden Teilringe sind über eine Vorspannfeder axial voneinander beabstandet. Die Vorspannfeder ist zwischen den beiden Teilringen positioniert und drückt die Teilringe auseinander und hält sie so federnd und gegen die Wälzkörper vorgespannt in der vorgesehenen Position. Die Vorspannfeder kann beispielsweise als eine metallische Spiralfeder ausgebildet sein.
Der Ölfilm dient insbesondere der Lagerung des Lageraußenrings, wobei die Schwingungen des Lageraußenrings durch den Ölfilm gedämpft werden. Der Ölfilm weist dabei, je nach Ausgestaltung der Lageranordnung, eine entsprechende Dicke auf, bzw. der Ringspalt mit dem Ölfilm die entsprechende Breite. Zu berücksichtigen sind hierbei beispielsweise die Größe der jeweiligen Bauteile, die Drehzahlen der Welle, sowie die Dichte und die Viskosität des Öls.
Bevorzugt wird der Lageraußenring beispielsweise durch ein oder mehrere Sicherungselemente verdrehsicher in dem schwingungsdämpfenden Ölfilm positioniert. Hierbei kann die Verdrehsicherung so ausgestaltet sein, dass eine Drehung des Lageraußenrings möglichst vollständig verhindert wird, oder dass ein gewisses Spiel bezüglich der Verdrehung vorhanden ist, das heißt, dass ein gewisser Verdrehwinkel möglich ist.
Dabei weist der im Ölfilm gelagerte Lageraußenring ein begrenztes radiales und ein gewisses axiales Spiel auf. Dieses Spiel ist in der geforderten Führungsgenauigkeit insbesondere so festgelegt, dass auch unterschiedliche Längenänderungen zwischen Lagerinnenring, Lageraußenring und Lagergehäuse kompensiert werden und diese nicht zu einer Verspannung des Wälzlagers führen. Hierbei muss stets eine sichere Lagerung des Lageraußenrings im Bereich des Spiels gewährleistet bleiben.
Zur axialen Wegbegrenzung des Lageraußenrings weist der erste Teilring eine erste Nut mit einem darin angeordneten ersten Sicherungsring auf, wobei sich der erste Sicherungsring axial von außen gegen das Lagergehäuse abstützt. Bevorzugt ist die Nut an der radial außen liegenden Mantelfläche des ersten Teilrings angebracht. Dabei ist die Nut insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse und die Mantelfläche vollständig umlaufend angeordnet. Die Nut kann insbesondere durch spanende Bearbeitung, wie beispielsweise Drehen, erzeugt worden sein.
Der in die Nut eingebrachte Sicherungsring kann sich unmittelbar oder mittelbar gegen das Lagergehäuse abstützen. Mit anderen Worten kann der Sicherungsring unmittelbar gegen das Lagergehäuse anschlagen. Er kann aber auch insbesondere gegen ein anderes Bauteil anschlagen, welches wiederum in Kontakt mit dem Lagergehäuse steht, wodurch sich der Sicherungsring mittelbar gegen das Lagergehäuse abstützt. Der Sicherungsring dient hierbei insbesondere als axialer Endanschlag. Der Sicherungsring verhindert ein unerwünschtes Verrutschen des Lageraußenrings und nimmt axial auftretende Kräfte auf und leitet diese in das Lagergehäuse weiter. Um bei dem in zwei Teilringe axial geteilten Lageraußenring eine axiale Wegbegrenzung bezüglicher beider axialer Richtungen zu erreichen, ist bevorzugt innerhalb der Lagereinheit noch eine entsprechende zweite Nut mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring angebracht.
Die angegebene Lagereinheit hat den Vorteil, bei einer kostengünstigen und einfachen Herstellung bzw. Montage eine axiale Wegbegrenzung des Lageraußenrings zu ermöglichen. Eine Nut am rotationssymmetrischen und einer Bearbeitung leicht zugänglichen Lageraußenring und ein entsprechender Sicherungsring lassen sich durch einfache Fertigungsverfahren und mit einfachen Maschinen und Werkzeugen kostengünstig herstellen. Zudem lässt sich der Sicherungsring am Lageraußenring schnell und einfach montieren. Durch das Abstützen des in die Nut eingebrachten Sicherungsrings am Lagergehäuse wird eine einfach herzustellende aber effektive axiale Wegbegrenzung des geteilten Lageraußenrings erreicht. Es müssen ferner keine, beispielsweise an einer zur Bearbeitung und Montage schwer zugänglichen Stelle innerhalb des Lagergehäuses, zusätzlichen Bauteile oder separat herzustellenden Ausformungen gefertigt oder angebracht werden, welche als Anschlagsfläche für den Sicherungsring dienen. Da axial auftretende Kräfte über den Lageraußenring und den Sicherungsring in das Lagergehäuse geleitet werden können, kann zudem die Vorspannfederkraft relativ gering gewählt werden, da eine entsprechende Axialkraft nicht über die Feder abgestützt werden muss.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Lagergehäuse und dem Lageraußenring ein Trägerring angeordnet, wobei sich der erste Sicherungsring mittelbar über den Trägerring gegen das Lagergehäuse abstützt. Damit ist das Wälzlager insbesondere koaxial innerhalb des Trägerrings angeordnet. Hierbei liegt ein schwingungsdämpfender Ölfilm zwischen Lageraußenring und Trägerring vor, wodurch der Lageraußenring wiederum in einem Ölfilm gelagert ist und ein begrenztes radiales und ein gewisses axiales Spiel aufweist.
Der erste Sicherungsring stützt sich dabei axial von außen insbesondere an einer Stirnfläche des Trägerrings ab, welcher mit dem Lagergehäuse unmittelbar oder mittelbar in Kontakt steht. Somit stützt sich der erste Sicherungsring mittelbar über den Trägerring axial von außen gegen das Lagergehäuse ab und axial auftretende Kräfte werden über den Sicherungsring und den Trägerring in das Lagergehäuse geleitet. Um bei dem axial geteilten Lageraußenring eine axiale Wegbegrenzung bezüglicher beider axialer Richtungen zu erreichen, ist bevorzugt am zweiten Teilring oder am Trägerring noch eine entsprechende zweite Nut mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring angebracht. Der Trägerring ermöglicht insbesondere, dass das Wälzlager inklusive axialer Wegbegrenzung des Lageraußenrings vormontiert werden kann. Hierbei wird zunächst das Wälzlager montiert und anschließend werden der Trägerring aufgezogen und die Sicherungsringe angebracht. Bei einem derart vormonierten Wälzlager braucht die Durchgangsbohrung des Lagergehäuses darüber hinaus auch nur aus einer axialen Richtung zugänglich sein.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten Sicherungsring und dem Lagergehäuse ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet, oder es ist zwischen dem ersten Sicherungsring und dem Trägerring ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet. Das heißt, dass ein Axialspalt mit dem Ölfilm zwischen der dem axialen Lagergehäusemittelpunkt zugewandten, axial gehäuseseitigen Stirnfläche des ersten Sicherungsrings und einer dem ersten Sicherungsring dienenden Anschlagsfläche des Lagergehäuses oder Trägerrings ausgebildet ist. Die Anschlagsfläche kann hierbei am Lagergehäuse oder Trägerring ausgeformt oder insbesondere ein Bereich einer Stirnfläche des Lagergehäuses oder Trägerrings sein. Damit kann der erste Sicherungsring nicht direkt, sondern indirekt über einen Ölfilm an das Lagergehäuse oder an den Trägerring anschlagen. Durch diesen Ölfilm werden auftretende Schwingungen gedämpft und ein direkter Kontakt der Bauteile untereinander möglichst verhindert. Dies wirkt sich weiterhin positiv auf einen geräuscharmen Betrieb. Ferner werden dadurch die Lagerbelastungen reduziert und somit die Lebensdauer der Lagereinheit verlängert. Zudem trägt der Ölfilm hier dazu bei, dass eine möglichst ebene, flächige Abstützung vorliegt und somit insbesondere kein Kippmoment auf den Lageraußenring übertragen wird.
Zweckmäßigerweise ist der Trägerring drehfest mit dem Lagergehäuse verbunden. Dabei kann zwischen Lagergehäuse und Trägerring insbesondere eine Presspassung bzw. ein Presssitz vorliegen. Der Trägerring kann aber beispielsweise auch mit einem Flansch versehen und hierüber mit dem Lagergehäuse beispielsweise verschraubt und somit drehfest verbunden sein.
Alternativ ist zwischen Lagergehäuse und Außenumfang des Trägerrings ein Zwischenraum mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet. Zwischen Lageraußenring und Trägerring besteht insbesondere eine enge Spielpassung. Hierbei liegt neben dem zwischen Lageraußenring und Innenumfang des Trägerrings ausgebildeten Ölfilm auch in dem Zwischenraum zwischen Lagergehäuse und Außenumfang des Trägerrings ein schwingungsdämpfender Ölfilm vor. Damit sind sowohl der Lageraußenring als auch der Trägerring in einem Ölfilm gelagert. Da der Trägerring bei dieser Ausgestaltung grundsätzlich axial verschiebbar ist, kann er durch einen mittelbaren oder unmittelbaren Anschlag an ein entsprechend geformtes Lagergehäuse oder ein an das Lagergehäuse angebrachtes Bauteil axial gesichert sein. Hierzu kann beispielsweise eine Sicherungsplatte gehäusefest an einer Stirnseite des Lagergehäuses angebracht sein.
Bevorzugt wird der Trägerring beispielsweise durch ein oder mehrere Sicherungselemente verdrehsicher in dem Ölfilm positioniert. Hierbei kann die Verdrehsicherung so ausgestaltet sein, dass eine Drehung des Trägerrings möglichst vollständig verhindert wird, oder dass ein gewisses Spiel bezüglich der Verdrehung vorhanden ist, das heißt, dass ein gewisser Verdrehwinkel möglich ist.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform weist der Trägerring eine zweite Nut mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring auf, wobei sich der zweite Teilring axial gegen den zweiten Sicherungsring abstützt. Die erste Nut mit dem darin angeordneten ersten Sicherungsring ist am ersten Teilring angeordnet, wobei sich hier der erste Sicherungsring axial von außen über den Trägerring mittelbar gegen das Lagergehäuse abstützt. Die zweite Nut mit dem darin angeordneten zweiten Sicherungsring ist in die radial innen liegende Mantelfläche des Trägerrings eingebracht. Dabei ist die Nut insbesondere senkrecht zur Rotationsachse und die Mantelfläche vollständig umlaufend angeordnet. Axial gesehen ist die zweite Nut zwischen den beiden Teilringen im Bereich der innen liegenden Stirnfläche des zweiten Teilrings angeordnet. Die dem zweiten Teilring zugewandte Stirnfläche des zweiten Sicherungsrings dient als axialer Anschlag und Wegbegrenzung für den zweiten Teilring. Auf diese Weise ist der geteilte Lageraußenring bezüglicher beider axialer Richtungen gesichert und axial auftretende Kräfte können über die Sicherungsringe und den Trägerring in das Lagergehäuse geleitet werden.
Alternativ weist der zweite Teilring eine zweite Nut mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring auf, wobei sich der zweite Sicherungsring axial von außen gegen das Lagergehäuse abstützt. Somit stützten sich hier sowohl der erste, als auch der zweite Sicherungsring axial von außen gegen das Lagergehäuse ab. Bevorzugt ist die zweite Nut an der radial außen liegenden Mantelfläche des zweiten Teilrings angebracht. Dabei ist die zweite Nut insbesondere senkrecht zur Rotationsachse und die Mantelfläche vollständig umlaufend angeordnet. Erster und zweiter Sicherungsring können sich unmittelbar oder mittelbar axial von außen gegen das Lagergehäuse abstützen. Ein Sicherungsring dient hierbei als axialer Endanschlag bezüglich einer axialen Richtung, wobei durch die zwei entsprechend angeordneten Sicherungsringe eine axiale Wegbegrenzung bezüglicher beider axialer Richtungen erreicht wird. Ist zwischen dem Lagergehäuse und dem Lageraußenring ein Trägerring angeordnet, so stützen sich beide Sicherungsringe mittelbar über den Trägerring an dem Lagergehäuse ab.
Vorteilhafterweise ist der zweite Sicherungsring am zweiten Teilring angeordnet und zwischen dem zweiten Sicherungsring und dem Lagergehäuse oder dem zweiten Sicherungsring und dem Trägerring ist ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet, oder der zweite Sicherungsring ist am Trägerring angeordnet und zwischen dem zweiten Sicherungsring und dem zweiten Teilring ist ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet. Mit anderen Worten ist bei einer auf dem zweiten Teilring angeordneten zweiten Nut mit darin eingebrachtem zweiten Sicherungsring ein Axialspalt mit dem Ölfilm zwischen der dem axialen Lagergehäusemittelpunkt zugewandten, axial gehäuseseitigen Stirnfläche des zweiten Sicherungsrings und einer dem zweiten Sicherungsring dienenden Anschlagsfläche des Lagergehäuses oder des Trägerrings ausgebildet. Die Anschlagsfläche kann hierbei am Lagergehäuse oder Trägerring ausgeformt oder insbesondere ein Bereich einer Stirnfläche des Lagergehäuses oder Trägerrings sein. Damit kann der zweite Sicherungsring nicht direkt, sondern indirekt über einen Ölfilm an das Lagergehäuse oder an den Trägerring anschlagen. Weist dagegen der Trägerring die zweite Nut mit darin angebrachtem zweitem Sicherungsring auf, so ist ein Axialspalt mit einem Ölfilm zwischen der axial innen liegenden Stirnfläche des zweiten Teilrings und der dem zweiten Teilring zugewandten Stirnfläche des zweiten Sicherungsrings ausgebildet. Somit schlägt der zweite Teilring nicht direkt, sondern indirekt über einen Ölfilm an den zweiten Sicherungsring. Durch den Ölfilm werden Schwingungen gedämpft und ein direkter Kontakt der Bauteile untereinander möglichst verhindert, was sich weiter positiv auf einen geräuscharmen Betrieb auswirkt. Ferner werden die Lagerbelastungen deutlich reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer der Lagereinheit führt. Zudem trägt der Ölfilm dazu bei, dass eine möglichst ebene, flächige Abstützung vorliegt und somit insbesondere kein Kippmoment auf den Lageraußenring übertragen wird.
Vorzugsweise ist zwischen einer Nutflanke und einer Stirnfläche eines Sicherungsrings ein Spalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet. Zur Ausbildung eines entsprechenden Spalts ist die Nutbreite größer als die Dicke des Sicherungsrings. Bevorzugt ist ein entsprechender Spalt mit einem Ölfilm zwischen beiden Stirnflächen eines Sicherungsrings und beiden Nutflanken der entsprechenden Nut ausgebildet. Durch diesen Ölfilm können auftretende Schwingungen weiter gedämpft und Geräusche sowie Lagerbelastungen weiter reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wälzlager als ein zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet. Dementsprechend sind die Wälzkörper hier als Kugel ausgestaltet. Ein zweireihiges Schrägkugellager ist axial und radial belastbar.
Bevorzugt ist der Sicherungsring als ein Sprengring ausgebildet. Je nach konkreter Ausgestaltung kann hierbei ein Standardsprengring, sowie ein speziell herfür gefertigter Sprengring verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
2 die Lagereinheit gemäß 1 in einem Querschnitt II-II,
3 eine alternative Ausführungsform einer Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
4 eine weitere Ausführungsform einer Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt,
5 eine weitere Ausführungsform einer Lagereinheit für einen Turbolader in einem Längsschnitt.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 1 umfasst ein Wälzlager 3, das koaxial in einer Durchgangsbohrung eines sich in eine axiale Richtung erstreckenden Lagergehäuses 5 angeordnet ist. Das Wälzlager 3 ist als ein zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet und besteht aus einem einteiligen Lagerinnenring 7, sowie einem in einen ersten Teilring 9 und einen zweiten Teilring 11 axial geteilten Lageraußenring 13. Des Weiteren weist das Wälzlager 3 als Wälzkörper 15 zwischen Laufbahnen von Lagerinnenring 7 und Lageraußenring 13 Kugeln auf. Die Wälzkörper 15 werden durch einen Käfig 17 auf gleichmäßigen Abstand gehalten und an der gegenseitigen Berührung gehindert. Der Lagerrinnenring 7 ist im eingebauten Zustand auf einer Welle angeordnet, was vorliegend nicht dargestellt ist.
Die beiden Teilringe 9, 11 des Lageraußenrings 13 sind axial voneinander beabstandet. Die axiale Beabstandung wird hierbei mittels einer als metallische Spiralfeder ausgebildeten Vorspannfeder 19 erreicht. Die Vorspannfeder 19 ist zwischen den beiden Teilringen 9, 11 positioniert und drückt die beiden Teilringe 9, 11 auseinander und hält sie so federnd und gegen die Wälzkörper 15 vorgespannt in der vorgesehenen Beabstandung.
Zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings 13 und dem Lagergehäuse 5 ist ein Zwischenraum 21 mit einem Ölfilm 23 ausgebildet. Der Zwischenraum 21 bzw. der Ölfilm 23 wird im eingebauten Zustand über zwei Versorgungsbohrungen 25, 27 mit Öl versorgt. Hierzu sind beide Versorgungsbohrungen 25, 27 jeweils mit den Lageraußenring 7 auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 29, 31 kommunizierend verbunden. Von den Nuten 29, 31 ausgehend kann sich das Öl sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang des Wälzlagers 3 derart verteilen, dass sich ein gleichmäßiger Ölfilm 23 im Zwischenraum 21 zwischen Wälzlager 3 und der Innenwand des Lagergehäuses 5 bilden kann. Der Zwischenraum 21 ist vorliegend so breit ausgebildet, dass der Ölfilm 23 eine ausreichende Dicke zur Schwingungsdämpfung zwischen Lageraußenring 7 und dem Lagergehäuse 5 ermöglicht. Zusätzlich wird das Öl von den Nuten 29, 31 im Lageraußenring 13 über zwei Spritzölbohrungen 33, 35 in den Lagerinnenraum gedrückt und steht zur Schmierung und Kühlung der Lagerkomponenten zur Verfügung.
Weiterhin sind zwei Sicherungsringe 39, 41, die als Sprengringe ausgebildet sind, zur axialen Wegbegrenzung am Lageraußenring 13 angebracht. Ein erster Sicherungsring 39 greift hierbei in eine erste Nut 43 an der radial außen liegenden Mantelfläche des ersten Teilrings 9 ein. Ein zweiter Sicherungsring 41 greift in eine zweite Nut 45 an der radial außen liegenden Mantelfläche des zweiten Teilrings 11 ein. Die Anordnung des ersten Sicherungsrings 39 in der ersten Nut 43 ist in Detailansicht X, die Anordnung des zweiten Sicherungsrings 41 in der zweiten Nut 45 ist in Detailansicht Y größer dargestellt. Bei dem ersten Teilring 9 ist zwischen den beiden Stirnflächen 47a, 47b des ersten Sicherungsrings 39 und den beiden Nutflanken 49a, 49b der ersten Nut 43 jeweils ein Spalt mit einem Ölfilm ausgebildet. Entsprechendes gilt für den zweiten Teilring 11. Auch hier ist zwischen den beiden Stirnflächen 51a, 51b des zweiten Sicherungsrings 41 und den beiden Nutflanken 53a, 53b der zweiten Nut 45 jeweils ein Spalt mit einem Ölfilm ausgebildet. Der jeweilige Ölfilm wird durch das auch in axialer Richtung fließende Öl aus dem Zwischenraum 21 gebildet. Desweiteren ist jeweils ein Axialspalt mit einem Ölfilm 55, 57 zwischen der dem axialen Lagergehäusemittelpunkt zugewandten, axial gehäuseseitigen Stirnflächen 47a, 51a der beiden Sicherungsringe 39, 41 und dem Lagergehäuse 5 ausgebildet. Auch diese Ölfilme 55, 57 werden insbesondere durch das in axialer Richtung fließende Öl aus dem Zwischenraum 21 gebildet. Durch den jeweiligen Ölfilm 55, 57 sowie den jeweiligen Ölfilm zwischen den Nutflanken 49a, 49b, 53a, 53b und den Stirnflächen 47a, 47b, 51a, 51b der Sicherungsringe 39, 41 werden auch in diesen Bereichen Schwingungen gedämpft und ein direkter Kontakt der Bauteile untereinander möglichst verhindert, was sich positiv auf einen geräuscharmen Betrieb auswirkt. Zudem trägt diese Ausgestaltung dazu bei, dass eine möglichst ebene, flächige Abstützung vorliegt und somit insbesondere kein Kippmoment auf die beiden Teilringe 9, 11 übertragen wird. Ferner werden die Lagerbelastungen deutlich reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer der Lagereinheit 1 führt.
Die beiden Sicherungsringe 39, 41 stützen sich mittels einer jeweiligen Stirnfläche 47a, 51a gegen das Lagergehäuse 5 ab. Hierbei dienen die Sicherungsringe 39, 41 als axiale Endanschläge und Wegbegrenzung. Die Sicherungsringe 39, 41 verhindern ein unerwünschtes Verrutschen des jeweiligen Teilrings 9, 11 und nehmen axial auftretende Kräfte auf und leiten diese über den Ölfilm 55, 57 in das Lagergehäuse 5 weiter. Dadurch kann insbesondere die Vorspannfederkraft relativ gering gewählt werden, da axiale Kräfte nicht über die Vorspannfeder 19 abgestützt werden müssen. Tritt beispielsweise im eingebauten Zustand eine Axialkraft an der Welle auf, so stützt sich je nach Axialkraftrichtung einer der beiden Sicherungsringe 39, 41 in axialer Richtung von außen an dem Lagergehäuse 5 ab. Dabei ist die Lagerung des Lageraußenrings 13 bzw. der beiden Teilringe 9, 11 grundsätzlich mit einem gewissen Spiel behaftet. Das Spiel ist hierbei insbesondere abhängig von der Temperatur. Dieses Spiel ist in der geforderten Führungsgenauigkeit insbesondere so festgelegt, dass auch unterschiedliche Längenänderungen zwischen Lagerinnenring 7, Lageraußenring 13 und Lagergehäuse 5 kompensiert werden und diese nicht zu einer Verspannung des Wälzlagers 3 führen.
2 zeigt die Lagereinheit 1 gemäß 1 in einem Querschnitt entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie II-II. Hierbei ist insbesondere der in der ersten Nut 43 des ersten Teilrings 9 eingebrachte erste Sicherungsring 39 deutlich zu erkennen. Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 1 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung zu 1 verwiesen.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Im Unterschied zu den 1 und 2 ist zwischen dem Lagergehäuse 5 und dem Lageraußenring 13 ein Trägerring 59 angeordnet. Der Trägerring 59 ist drehfest mit dem Lagergehäuse 5 verbunden. Innerhalb des Trägerrings 59 ist das Wälzlager 3 koaxial angeordnet. Zwischen Lageraußenring 13 und Trägerring 59 liegt der schwingungsdämpfende Ölfilm 23 vor, in dem der Lageraußenring 13 gelagert ist. Dabei weist der Lageraußenring 13 ein begrenztes radiales und ein gewisses axiales Spiel auf. Versorgungsbohrungen 25, 27 im Lagergehäuse 5 zur Ölversorgung sind mit im Trägerring 59 eingebrachten Nuten 61, 63 verbunden. Die Nuten 61, 63 münden jeweils in Bohrungen 65, 67, die am Innenumfang des Trägerrings 59 in diesen eingebracht sind. Die Bohrungen 65, 67 münden wiederum in die den Außenumfang des Lageraußenrings 13 umlaufenden Nuten 29, 31.
Zwei als Sprengringe ausgebildete Sicherungsringe 39, 41 sind entsprechend den 1 und 2 jeweils in Nuten 43, 45 der beiden Teilringe 9, 11 eingebracht und dienen insbesondere der axialen Wegbegrenzung des Lageraußenrings 13. Im Unterschied zu den 1 und 2 stützen sich die beiden Sicherungsringe 39, 41 mittels einer jeweiligen Stirnfläche 47a, 51a mittelbar über den Trägerring 59 axial von außen gegen das Lagergehäuse 5 ab. Somit stützen sich die beiden Sicherungsringe 39, 41 bei auf eine gelagerte Welle wirkenden axialen Kräften in axialer Richtung mittelbar über den Trägerring 59 gegen das Lagergehäuse 5 ab und axial auftretende Kräfte werden über die Sicherungsringe 39, 41, die Ölfilme 55, 57 und den Trägerring 59 in das Lagergehäuse 5 geleitet.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt dargestellt. Diese Lagereinheit 1 entspricht im Wesentlichen der in 3 beschriebenen Lagereinheit 1. Im Gegensatz zu 3 weist hier der Trägerring 59 axial innerhalb des Lagergehäuses 5 in seiner radial innen liegenden Mantelfläche eine zweite Nut 45 mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring 41 auf, wobei sich der zweite Teilring 11 axial gegen den zweiten Sicherungsring 41 abstützt. Die dem zweiten Teilring 11 zugewandte Stirnfläche 51b des zweiten Sicherungsrings 41 dient als axialer Endanschlag für den zweiten Teilring 11. Auf diese Weise ist für die Lagereinheit 1 weniger Bauraum erforderlich. Der erste Sicherungsring 39 des ersten Teilrings 9 stützt sich entsprechend 3 axial von außen an einer Stirnfläche des Trägerrings 59 ab, welcher mit dem Lagergehäuse 5 in unmittelbaren Kontakt steht. Die Sicherungsringe 39, 41 sind dabei entsprechend den 1 und 2 mit einem Ölfilm zwischen den Nutflanken 49a, 49b, 53a, 53b und den Stirnflächen 47a, 47b, 51a, 51b der Sicherungsringe 39, 41 in die beiden Nuten 43, 45 eingebracht. Desweiteren ist ein Axialspalt mit einem Ölfilm 55 zwischen der dem axialen Lagergehäusemittelpunkt zugewandten, axial gehäuseseitigen Stirnfläche 47a des ersten Sicherungsrings 39 und dem Trägerring 59 ausgebildet. Zudem ist ein Axialspalt mit einem Ölfilm 57 zwischen der axial innen liegenden Stirnfläche des zweiten Teilrings 11 und der dem zweiten Teilring 11 zugewandten Stirnfläche 51b des zweiten Sicherungsrings 41 ausgebildet.
5 zeigt weitere Ausführungsform einer Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Diese Lagereinheit 1 entspricht im Wesentlichen der in 3 dargestellten Lagereinheit 1. Im Unterschied zu 3 ist hier zwischen Lagergehäuse 5 und Außenumfang des Trägerrings 59 ein Zwischenraum 69 mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm 71 ausgebildet. Zwischen Lageraußenring 13 und Innenumfang des Trägerrings 59 liegt eine enge Spielpassung vor. Hierbei liegt neben dem zwischen Lageraußenring 13 und Innenumfang des Trägerrings 59 ausgebildeten Ölfilm 23 auch in dem Zwischenraum 69 zwischen Lagergehäuse 5 und Außenumfang des Trägerrings 59 ein schwingungsdämpfender Ölfilm 71 vor. Damit sind sowohl der Lageraußenring 13 als auch der Trägerring 59 in einem Ölfilm 23, 71 gelagert. Da der Trägerring 59 bei dieser Ausgestaltung grundsätzlich axial verschiebbar ist, weist das Lagergehäuse 5 an einer Stirnseite einen Absatz 73 und an der anderen Stirnseite eine gehäusefeste Sicherungsplatte 75 auf, an denen sich der Trägerring 59 je nach Axialkraftrichtung in axialer Richtung abstützen kann.
Die beiden Sicherungsringe 39, 41 sind entsprechend der 3 jeweils in Nuten 43, 45 der beiden Teilringe 9, 11 eingebracht und hierbei entsprechend den 1 und 2 mit einem Ölfilm zwischen den Nutflanken 49a, 49b, 53a, 53b und den Stirnflächen 47a, 47b, 51a, 51b der Sicherungsringe 39,41 ausgestattet. Desweiteren ist jeweils ein Axialspalt mit einem Ölfilm 55, 57 zwischen der dem axialen Lagergehäusemittelpunkt zugewandten, axial gehäuseseitigen Stirnflächen 47a, 51a der beiden Sicherungsringe 39, 41 und dem Trägerring 59 ausgebildet. Zudem liegt axial zwischen Trägerring 59 und Sicherungsplatte 75, sowie zwischen Trägerring 59 und dem Absatz 73 des Lagergehäuses 5 ein schwingungsdämpfender Ölfilm vor. Der erste Sicherungsring 39 stützt sich mittels seiner Stirnfläche 47a mittelbar über den Ölfilm 55 und den Trägerring 59, welcher sich hierbei an den Absatz 73 des Lagergehäuses 5 abstützen kann, axial von außen gegen das Lagergehäuse 5 ab. Der zweite Sicherungsring 41 stützt sich mit seiner Stirnfläche 51a axial mittelbar über den Ölfilm 57 und den Trägerring 59 an der Sicherungsplatte 75 und damit am Lagergehäuse 5 ab. Somit verhindern die Sicherungsringe 39, 41 ein unerwünschtes Verrutschen des Lageraußenrings 13 und nehmen axial auftretende Kräfte auf und leiten diese mittelbar über den Trägerring 59 in das Lagergehäuse 5 weiter. Ein besonderer Vorteil der in 5 dargestellten Ausführungsform ist es, dass hierbei zwischen Trägerring 59 und Lagergehäuse 5 sowie Sicherungsplatte 75 jeweils ein schwingungsdämpfender Ölfilm vorliegt, wodurch die Lagerbelastungen und die Geräuschentwicklung weiter deutlich reduziert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Lagereinheit
3: Wälzlager
5: Lagergehäuse
7: Lagerinnenring
9: erster Teilring
11: zweiter Teilring
13: Lageraußenring
15: Wälzkörper
17: Käfig
19: Vorspannfeder
21: Zwischenraum
23: Ölfilm
25, 27: Versorgungsbohrung
29, 31: Nut
33, 35: Spritzölbohrung
39: erster Sicherungsring
41: zweiter Sicherungsring
43: erste Nut
45: zweite Nut
47a, 47b: Stirnfläche
49a, 49b: Nutflanke
51a, 51b: Stirnfläche
53a, 53b: Nutflanke
55: Ölfilm
57: Ölfilm
59: Trägerring
61, 63: Nut
65, 67: Bohrung
69: Zwischenraum
71: Ölfilm
73: Absatz
75: Sicherungsplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010035665 A1 [0005]

Claims

Lagereinheit (1) für einen Turbolader, umfassend ein sich in eine axiale Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5) mit einer Durchgangsbohrung, sowie ein innerhalb der Durchgangsbohrung koaxial angeordnetes Wälzlager (3) mit einem Lagerinnenring (7), einen in einen ersten und einen zweiten Teilring (9, 11) axial geteilten Lageraußenring (13) und einer Anzahl von Wälzkörpern (15), wobei der Lageraußenring (13) in einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (23) gelagert ist, wobei die beiden Teilringe (9, 11) über eine Vorspannfeder (19) axial voneinander beabstandet sind, wobei der erste Teilring (9) eine erste Nut (43) mit einem darin angeordneten ersten Sicherungsring (39) aufweist, und wobei sich der erste Sicherungsring (39) axial von außen gegen das Lagergehäuse (5) abstützt.
Lagereinheit (1) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Lagergehäuse (5) und dem Lageraußenring (13) ein Trägerring (59) angeordnet ist, und wobei sich der erste Sicherungsring (39) mittelbar über den Trägerring (59) gegen das Lagergehäuse (5) abstützt.
Lagereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem ersten Sicherungsring (39) und dem Lagergehäuse (5) ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (55) ausgebildet ist, oder wobei zwischen dem ersten Sicherungsring (39) und dem Trägerring (59) ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (55) ausgebildet ist.
Lagereinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Trägerring (59) drehfest mit dem Lagergehäuse (5) verbunden ist.
Lagereinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen Lagergehäuse (5) und Außenumfang des Trägerrings (59) ein Zwischenraum (69) mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (71) ausgebildet ist.
Lagereinheit (1) nach einem der Ansprüche 2–5, wobei der Trägerring (59) eine zweite Nut (45) mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring (41) aufweist, und wobei sich der zweite Teilring (11) axial gegen den zweiten Sicherungsring (41) abstützt.
Lagereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der zweite Teilring (11) eine zweite Nut (45) mit einem darin angeordneten zweiten Sicherungsring (41) aufweist, und wobei sich der zweite Sicherungsring (41) axial von außen gegen das Lagergehäuse (5) abstützt.
Lagereinheit (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zweite Sicherungsring (41) am zweiten Teilring (11) angeordnet ist und zwischen dem zweiten Sicherungsring (41) und dem Lagergehäuse (5) oder dem zweiten Sicherungsring (41) und dem Trägerring (59) ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (57) ausgebildet ist, oder wobei der zweite Sicherungsring (41) am Trägerring (59) angeordnet ist und zwischen dem zweiten Sicherungsring (41) und dem zweiten Teilring (11) ein Axialspalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (57) ausgebildet ist.
Lagereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einer Nutflanke (49a, 49b, 53a, 53b) und einer Stirnfläche (47a, 47b, 51a, 51b) eines Sicherungsrings (39, 41) ein Spalt mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist.
Lagereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wälzlager (3) als ein zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist.