DE102012207010A1

DE102012207010A1 - Abgasturbolader mit einem zwei Radiallager aufweisenden Lagergehäuse

Info

Publication number: DE102012207010A1
Application number: DE201210207010
Authority: DE
Inventors: Ralf Böning; Ralph-Maurice Kömpel
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem zwei Radiallager aufweisenden Lagergehäuse. Die Radiallager umschließen eine im Lagergehäuse gelagerte Welle, sind in Axialrichtung voneinander beabstandet angeordnet und weisen jeweils einen zwischen dem Lagergehäuse und der Welle vorgesehen Schwimmbuchsenkörper auf. Zwischen der Welle und dem Schwimmbuchsenkörper liegt ein innerer Schmierspalt und zwischen dem Lagergehäuse und dem Schwimmbuchsenkörper ein äußerer Schmierspalt vor. Das Lagergehäuse weist eine in Radialrichtung verlaufende Schmierölzuführbohrung auf. Zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern ist ein mit der Schmierölzuführbohrung verbundener Schmierölsammelraum vorgesehen, von welchem aus das Schmieröl in axialer Richtung in die Schmierspalte der Radiallager leitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem zwei Radiallager aufweisenden Lagergehäuse.
Abgasturbolader benötigen eine radiale Lagerung, um radiale Kräfte vom Läufer des Abgasturboladers ausgehend abstützen zu können und den Läufer in seiner Position zu halten. Bei einer Verwendung von Gleitlagern ist es notwendig, eine Schmierölzufuhr zu den Lagerstellen sicherzustellen. Kommen Schwimmbuchsenlager zum Einsatz, dann werden in den als Radiallager dienenden Schwimmbuchsenkörper in Radialrichtung verlaufende Bohrungen eingebracht, um den inneren Schmierspalt mit Schmieröl zu versorgen. Treten bei derartigen Schwimmbuchsenlagerungen hohe Drehzahlen auf, dann wird die Schmierölversorgung des inneren Schmierspaltes durch die Fliehkraft und den dadurch ausgelösten Druckverlust verringert. Dies kann zu einer Mangelschmierung und sogar bis hin zu einer Zerstörung des als Radiallager dienenden Schwimmbuchsenlagers führen.
Ein Radiallager, welches eine in einem Gehäuse gelagerte Welle und einen zwischen dem Gehäuse und der Welle vorgesehenen Schwimmbuchsenkörper aufweist, wobei zwischen der Welle und dem Schwimmbuchsenkörper ein innerer Schmierspalt und zwischen dem Gehäuse und dem Schwimmbuchsenkörper ein äußerer Schmierspalt vorliegen, ist in der 1 gezeigt. Dort ist zwischen einer rotierenden Welle 8, die sich mit einer Drehzahl n_W dreht, und einem Gehäuse 10 ein ebenfalls rotierender Schwimmbuchsenkörper 1, der sich mit einer Drehzahl n_B dreht, vorgesehen. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Schwimmbuchsenkörper 1 ist ein mit Schmieröl gefüllter äußerer Schmierspalt 9 vorgesehen. Zwischen dem Schwimmbuchsenkörper 1 und der Welle 8 befindet sich ein ebenfalls mit Schmieröl gefüllter innerer Schmierspalt 11. Dem äußeren Schmierspalt 9 wird das Schmieröl durch im Gehäuse 10 vorgesehene, nicht gezeichnete, in Radialrichtung verlaufende Bohrungen zugeführt. Des Weiteren sind im Schwimmbuchsenkörper 1 ebenfalls nicht gezeichnete, ebenfalls in Radialrichtung verlaufende Bohrungen vorgesehen, durch welche der innere Schmierspalt 11 aus dem äußeren Schmierspalt 9 mit Schmieröl versorgt wird. Diese Schmierölfilme nehmen im Betrieb auftretende Radialkräfte auf.
In der 2 ist eine perspektivische Skizze eines herkömmlichen Schwimmbuchsenkörpers gezeigt. Dieser Schwimmbuchsenkörper 1 ist im Wesentlichen ring- bzw. rohrsegmentförmig ausgebildet und weist in Radialrichtung verlaufende Ölzuführbohrungen 2 auf, durch welche im Betrieb Schmieröl vom äußeren Schmierspalt zum inneren Schmierspalt transportiert wird. Diese Ölzuführbohrungen weisen jeweils einen vorgegebenen Durchmesser auf und sind als Durchgangsbohrungen realisiert. Der in der 2 dargestellte Schwimmbuchsenkörper ist symmetrisch aufgebaut.
Um einer Verringerung der Schmierölversorgung des inneren Schmierspaltes entgegenzuwirken wurde bereits versucht, den Zuführdruck des Schmieröles bei hohen Drehzahlen zu erhöhen, so dass der durch die Drehung des Radiallagers verursachte Druckverlust ausgeglichen wird. Eine alternative Maßnahme besteht darin, die Drehzahl des Schwimmbuchsenkörpers beispielsweise durch geeignete konstruktive Maßnahmen nicht zu stark ansteigen zu lassen. Des Weiteren kann auch der Pumpeffekt des Radiallagers, der aufgrund der Drehung Schmieröl in den Spalt zieht, zur Vermeidung einer Mangelschmierung genutzt werden. Dieser Pumpeffekt kann durch konstruktive Maßnahmen erhöht werden, beispielsweise durch eine Ausstattung des Radiallagers mit Längsnuten.
In der DE 10 2012 202 341.0 ist ein Radiallager für einen Abgasturbolader beschrieben, welches mit einer in einem Gehäuse gelagerten Welle und einer zwischen der Welle und dem Gehäuse vorgesehenen Schwimmbuchse ausgestattet ist. Zwischen der Welle und der Schwimmbuchse liegt ein innerer Schmierspalt vor. Zwischen der Schwimmbuchse und dem Gehäuse liegt ein äußerer Schmierspalt vor. Das Gehäuse ist mit einer zur Schmierölversorgung des äußeren Schmierspaltes vorgesehenen, in Radialrichtung verlaufenden Bohrung versehen. Die Schwimmbuchse weist zur Schmierölversorgung des inneren Schmierspaltes vorgesehene, ebenfalls in Radialrichtung verlaufende Bohrungen auf. Zur Verbesserung des Schmieröldurchtritts durch die Bohrungen der Schwimmbuchse ist die Welle mit parallel zueinander angeordneten, spiralförmig um den Außenmantel der Welle verlaufenden, sich nicht kreuzenden Nuten versehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Abgasturbolader mit einem Radiallager aufweisenden Lagergehäuse anzugeben, bei welchem die Schmierölzufuhr des Radiallagers verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasturbolader mit einem zwei Radiallager aufweisenden Lagergehäuse ausgestattet, wobei die Radiallager eine im Lagergehäuse gelagerte Welle umschließen, in Axialrichtung voneinander beabstandet sind und jeweils einen zwischen dem Lagergehäuse und der Welle vorgesehenen Schwimmbuchsenkörper aufweisen, wobei zwischen der Welle und dem Schwimmbuchsenkörper jeweils ein innerer Schmierspalt und zwischen dem Lagergehäuse und dem Schwimmbuchsenkörper jeweils ein äußerer Schmierspalt vorliegt, wobei das Lagergehäuse eine in Radialrichtung verlaufende Schmierölzuführbohrung aufweist und wobei zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern ein mit der Schmierölzuführbohrung in Verbindung stehender Schmierölsammelraum vorgesehen ist, von welchem aus das Schmieröl in axialer Richtung in die Schmierspalte der Radiallager leitbar ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Schwimmbuchsenkörper keine in Radialrichtung verlaufenden Bohrungen benötigen, durch welche das Schmieröl vom äußeren Schmierspalt in den inneren Schmierspalt geleitet wird. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Schmierölzufuhr zu den Schmierspalten ausgehend von einem zwischen den Schwimmbuchsenkörpern positionierten Schmierölsammelraum jeweils in axialer Richtung. Dies hat den Vorteil, dass ein durch Fliehkräfte hervorgerufener Druckverlust vermieden wird. Des Weiteren werden die Axiallager jeweils im Bereich ihrer gesamten Schmierspalte mit Schmieröl versorgt. Dies erhöht in vorteilhafter Weise den Schmieröldurchsatz durch die Radiallager, wodurch wiederum die Kühlung der Radiallager verbessert wird.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Tragfähigkeit der Radiallager durch eine niedrigere Viskosität aufgrund der niedrigeren Temperatur des Schmieröls steigt und dass durch eine Überhitzung des Schmieröls hervorgerufene Ölverkokungen vermieden werden.
Sind in den Lagern Längsnuten vorgesehen, dann können sich innerhalb der Schmierspalte mehrere Druckberge bilden, was die Stabilität und die Dämpfung der Lager erhöht. Des Weiteren wird aufgrund dieser Längsnuten die Förderleistung der Radiallager erhöht, da eine größere Menge Schmieröl in die Schmierspalte befördert werden kann.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 3–5. Dabei zeigt die
3 eine Skizze eines Teils des Lagergehäuses eines mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestatteten Abgasturboladers,
4 Skizzen zur Veranschaulichung der Ausgestaltung der Schwimmbuchsenkörper bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
5 Skizzen zur Veranschaulichung der Ausgestaltung der Schwimmbuchsenkörper bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die 3 zeigt eine Skizze eines Teils des Lagergehäuses 10 eines mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestatteten Abgasturboladers. In dieser Skizze ist mit dem Doppelfeil A die Axialrichtung und mit dem Doppelpfeil R die Radialrichtung bezeichnet. Innerhalb des Lagergehäuses 10 ist unter Verwendung zweier Radiallager eine Welle 8 gelagert.
Die beiden Radiallager sind in Axialrichtung voneinander beabstandet angeordnet. Zum ersten Radiallager gehört ein Schwimmbuchsenkörper 1a, der die Welle 8 umschließt. Zwischen dem Schwimmbuchsenkörper 1a und der Welle 8 ist ein innerer Schmierspalt 11a vorgesehen. Zwischen dem Schwimmbuchsenkörper 1a und dem Lagergehäuse 10 befindet sich ein äußerer Schmierspalt 9a. Zum zweiten Radiallager gehört ein Schwimmbuchsenkörper 1b, der ebenfalls die Welle 8 umschließt. Zwischen dem Schwimmbuchsenkörper 1b und der Welle 8 ist ein innerer Schmierspalt 11b vorgesehen. Zwischen dem Schwimmbuchsenkörper 1b und dem Lagergehäuse 10 befindet sich ein äußerer Schmierspalt 9b.
Im Bereich zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern 1a und 1b ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine Distanzhülse 4 vorgesehen. Diese Distanzhülse ist innerhalb eines Schmierölsammelraumes 6 angeordnet, welcher sich zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern 1a und 1b und damit zwischen den beiden Radiallagern befindet. Im Bereich dieses Schmierölsammelraumes 6 ist dem Schmierölsammelraum benachbart ein Freidrehungsbereich 7 vorgesehen. Der Freidrehungsbereich 7 und der Schmierölsammelraum 6 stehen in Verbindung mit einer Schmierölzuführbohrung 3, die im Lagergehäuse vorgesehen ist und in Radialrichtung verläuft. Durch diese Schmierölzuführbohrung 3 wird das Lagergehäuse 10 mit Schmieröl versorgt, welches dem Lagergehäuse unter Druck zugeführt wird. Im Lagergehäuse wird das Schmieröl durch die Schmierölzuführbohrung 3 über den Freidrehungsbereich 7 in den Schmierölsammelraum 6 geleitet.
Vom Schmierölsammelraum 6 aus wird das unter Druck stehende Schmieröl in axialer Richtung in den inneren Schmierspalt 11a des ersten Radiallagers, den äußeren Schmierspalt 9a des ersten Radiallagers, in den inneren Schmierspalt 11b des zweiten Radiallagers und in den äußeren Schmierspalt 9b des zweiten Radiallagers gedrückt und bildet dort jeweils den gewünschten Schmierölfilm. An der jeweils vom Schmierölsammelraum 6 abgelegenen Stirnseite der Schwimmbuchsenkörper 1a und 1b wird das durch die Schmierspalte gedrückte Schmieröl in jeweils einen Schmierölablauf ausgegeben. Der Schmierölfluss durch das Lagergehäuse ist in der 3 mittels etwas dickerer Linien veranschaulicht.
Es ist ersichtlich, dass bei der gezeigten Ausführungsform im Lagergehäuse 10 eine zentrale Ölversorgung der beiden Radiallager durch eine durch das Lagergehäuse in Radialrichtung verlaufende Schmierölzuführung 3 erfolgt, wobei das Schmieröl im Lagergehäuse 10 durch diese Schmierölzuführbohrung 3 in einen zwischen den beiden Radiallagern angeordneten Schmiersammelraum 6 gedrückt wird. Von dort aus wird das Schmieröl in Axialrichtung in die äußeren Schmierspalte 9a, 9b zwischen den Schwimmbuchsenkörpern 1a, 1b und dem Lagergehäuse sowie die inneren Schmierspalte 11a, 11b zwischen den Schwimmbuchsenkörpern 1a, 1b und der Welle 8 gedrückt, um dort jeweils einen Schmierfilm zu bilden. Die Schwimmbuchsenkörper 1a, 1b benötigen dadurch keine in Radialrichtung verlaufenden Bohrungen. Das Lagergehäuse ist im Bereich zwischen den beiden Radiallagern abgesehen von der beschriebenen Schmierölzufuhr durch die Schmierölzuführbohrung 3 geschlossen ausgebildet. Der dem Schmierölsammelraum 6 benachbarte Freidrehungsbereich 7 verbessert die Schmierölversorgung in den Sammelraum und auch die Schmierölversorgung der Schmierspalte. Das Schmieröl wird durch den Zuführdruck in den Schmierölsammelraum 6 und von dort aus in axialer Richtung durch die Schmierspalte 9a, 9b, 11a und 11b der Radiallager gedrückt. Dadurch werden die Radiallager in allen vorhandenen Schmierspalten mit Schmieröl versorgt.
Die 4 zeigt Skizzen zur Veranschaulichung der Ausgestaltung der Schwimmbuchsenkörper 1a und 1b von 3 gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei ist in der linken Darstellung eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Schwimmbuchsenkörpers und in der rechten Darstellung eine perspektivische Skizze des Schwimmbuchsenkörpers gezeigt. Aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, dass der Schwimmbuchsenkörper, der an seinen Stirnseiten sowohl in seinem radial äußeren Bereich als auch in seinem radial inneren Bereich jeweils mit einer Fase versehen ist, äußere Längsnuten 12, innere Längsnuten 14 und stirnseitige Radialnuten 13 aufweist. Durch diese Radialnuten 13 wird der Schmierölfluss durch die Schmierspalte weiter verbessert.
Alternativ zu der in der 4 veranschaulichten Ausführungsform ist es auch möglich, auf die äußeren Längsnuten 12 und/oder die inneren Längsnuten 14 und/oder die stirnseitigen Radialnuten 13 zu verzichten. Dies sollte aber nur dann geschehen, wenn beim jeweils vorliegenden konkreten Anwendungsfall sichergestellt ist, dass die Radiallager in allen Betriebspunkten des Abgasturboladers einen ausreichenden Schmierölfluss aufweisen.
Die 5 zeigt Skizzen zur Veranschaulichung der Ausgestaltung der Schwimmbuchsenkörper 1a und 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei ist in der linken Darstellung eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Schwimmbuchsenkörpers und in der rechten Darstellung eine perspektivische Skizze des Schwimmbuchsenkörpers gezeigt. Auch bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Schwimmbuchsenkörper an seinen Stirnseiten sowohl in seinem radial äußeren Bereich als auch in seinem radial inneren Bereich jeweils mit einer Fase versehen.
Des Weiteren ist ersichtlich, dass dieser Schwimmbuchsenkörper sowohl an seiner radialen Außenfläche als auch an seiner radialen Innenfläche glatt ausgebildet ist. Er enthält in diesen Bereichen weder Bohrungen noch Nuten. Auch an seinen Stirnseiten sind keine Nuten vorgesehen. Derartige Schwimmbuchsenkörper können bei einem mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestatteten Abgasturbolader verwendet werden, wenn die vom Schmierölsammelraum ausgehende, in Axialrichtung erfolgende Schmierölversorgung in allen Betriebspunkten des Abgasturboladers zu einem ausreichenden Schmierfilm in allen Schmierspalten führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012202341 [0006]

Claims

Abgasturbolader mit einem zwei Radiallager aufweisenden Lagergehäuse (10), wobei die Radiallager eine im Lagergehäuse (10) gelagerte Welle (8) umschließen, in Axialrichtung voneinander beabstandet sind und jeweils einen zwischen dem Lagergehäuse (10) und der Welle (8) vorgesehenen Schwimmbuchsenkörper (1a, 1b) aufweisen, wobei zwischen der Welle (8) und dem Schwimmbuchsenkörper (1a, 1b) jeweils ein innerer Schmierspalt (11a, 11b) und zwischen dem Lagergehäuse (10) und dem Schwimmbuchsenkörper (1a, 1b) jeweils ein äußerer Schmierspalt (9a, 9b) vorliegt und wobei das Lagergehäuse (10) eine in Radialrichtung verlaufende Schmierölzuführbohrung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern (1a, 1b) ein mit der Schmierölzuführbohrung (3) in Verbindung stehender Schmierölsammelraum (6) vorgesehen ist, von welchem aus Schmieröl in axialer Richtung in die Schmierspalte (9a, 11a, 9b, 11b) der Radiallager leitbar ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schmierölsammelraum (6) zwischen den beiden Schwimmbuchsenkörpern (1a, 1b) eine oder mehrere Distanzbuchsen (4) angeordnet sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmierölsammelraum (6) ein im Lagergehäuse (10) angeordneter Freidrehungsbereich (7) benachbart ist, der mit der Schmierölzuführbohrung (3) in Verbindung steht.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmbuchsenkörper (1, 1b) an ihren radialen Außenflächen und/oder ihren radialen Innenflächen jeweils mit Längsnuten (12, 14) versehen sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmbuchsenkörper (1a, 1b) an jeweils mindestens einer ihrer Stirnseiten mit in Radialrichtung verlaufenden Radialnuten (13) versehen sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (12) mit den Radialnuten (13) in Verbindung stehen.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmbuchsenkörper (1a, 1b) an ihren radialen Außenflächen und ihren radialen Innenflächen jeweils glatt ausgebildet sind.