DE102013002605A1 - Turbocharger and thrust bearing for a turbocharger - Google Patents

Turbocharger and thrust bearing for a turbocharger Download PDF

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Abstract

Turbolader, mit einer einen beschaufelten Turbinenrotor (19) und ein Turbinengehäuse (18) aufweisenden Turbine (11) zur Entspannung von Abas und mit einem einen beschaufelten Verdichterrotor (20) und ein Verdichtergehäuse (17) aufweisen Verdichter (12) zur Verdichtung von Ladeluft, wobei der Verdichterrotor (20) ausgehend vom Turbinenrotor (19) antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor (19) über eine ein Axiallager (25) aufweisende Welle (21) gekoppelt ist, wobei das Axiallager (25) eine Axiallagerscheibe aufweist, und wobei die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.A turbocharger comprising a bladed turbine rotor (19) and a turbine housing (18) for venting abas and having a bladed compressor rotor (20) and a compressor housing (17) for compressing charge air compressor (12), wherein the compressor rotor (20), starting from the turbine rotor (19) drivable and this with the turbine rotor (19) via a thrust bearing (25) having a shaft (21) is coupled, wherein the thrust bearing (25) has a thrust washer, and wherein the thrust washer is made of a fiber composite material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Axiallagerscheibe für einen Turbolader.The invention relates to a turbocharger according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a thrust bearing for a turbocharger.

Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist hinlänglich bekannt. So verfügt ein Turbolader über eine Turbine zur Entspannung von Abgas und über einen Verdichter zur Verdichtung der Ladeluft. Die Turbine eines Turboladers verfügt über einen beschaufelten Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter verfügt über einen beschaufelten Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse. Der Verdichterrotor des Verdichters ist ausgehend vom Turbinenrotor der Turbine antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor über eine ein Axiallager aufweisende Welle gekoppelt. Das Axiallager umfasst eine Axiallagerscheibe, die nach dem Stand der Technik aus Bronze oder einem anderen metallischen Werkstoff gefertigt ist.The basic structure of a turbocharger is well known. For example, a turbocharger has a turbine for the expansion of exhaust gas and a compressor for compressing the charge air. The turbine of a turbocharger has a bladed turbine rotor and a turbine housing. The compressor has a bladed compressor rotor and a compressor housing. The compressor rotor of the compressor can be driven starting from the turbine rotor of the turbine and for this purpose coupled to the turbine rotor via a shaft having a thrust bearing. The thrust bearing comprises a thrust washer, which is made in the prior art of bronze or other metallic material.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader und eine neuartige Axiallagerscheibe für einen Turbolader zu schaffen.On this basis, the present invention has the object to provide a novel turbocharger and a new thrust bearing for a turbocharger.

Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Beim erfindungsgemäßen Turbolader ist die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Hierdurch kann die Lebensdauer der Axiallagerscheibe des Axiallagers erhöht werden. Wartungsintervalle des Turboladers können verlängert werden.This object is achieved by a turbocharger according to claim 1. According to the invention the thrust washer is made of a fiber composite material. In the turbocharger invention, the thrust washer is made of a fiber composite material. As a result, the life of the thrust bearing of the thrust bearing can be increased. Maintenance intervals of the turbocharger can be extended.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Axiallagerscheibe aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise ist die Axiallagerscheibe aus einem mit Kohlenstofffasen verstärkten Siliziumcarbid Werkstoff gefertigt. Die Verwendung dieser Werkstoffe für die Axiallagerscheibe ist besonders bevorzugt, da dieselben besonders verschleißresistent sind.According to an advantageous embodiment of the invention, the thrust washer is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. Preferably, the thrust washer is made of carbon fiber reinforced silicon carbide material. The use of these materials for the thrust washer is particularly preferred because they are particularly resistant to wear.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in die Axiallagerscheibe Ölführnuten eingebracht. Über die Ölführnuten kann Kühlöl und/oder Schmieröl einfach und zuverlässig im Bereich des Axiallagers geführt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention oil guide grooves are introduced into the thrust washer. Cooling oil and / or lubricating oil can be guided simply and reliably in the region of the axial bearing via the oil guide grooves.

Die erfindungsgemäße Axiallagerscheibe für einen Turbolader ist in Anspruch 5 definiert.The axial bearing washer for a turbocharger according to the invention is defined in claim 5.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

1: einen Ausschnitt aus einem Turbolader in einer perspektivischen Ansicht; 1 a section of a turbocharger in a perspective view;

2: ein Detail des Turboladers der 1 in einer Explosionsdarstellung. 2 : a detail of the turbocharger 1 in an exploded view.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Turbolader einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine.The present invention relates to a turbocharger of an internal combustion engine, in particular a turbocharger of a marine diesel engine.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Turbolader 10, wobei der Turbolader 10 eine Turbine 11 zur Entspannung von Abgas und einen Verdichter 12 zur Verdichtung von Ladeluft umfasst. 1 shows a detail of a turbocharger 10 , where the turbocharger 10 a turbine 11 for the relaxation of exhaust gas and a compressor 12 for the compression of charge air.

Zu entspannendes Abgas ist der Turbine 11 über einen Abgaseinlass 13 zuführbar. Entspanntes Abgas ist von der Turbine 11 über einen Abgasauslass 14 abführbar.Relaxing exhaust gas is the turbine 11 via an exhaust inlet 13 fed. Relaxed exhaust gas is from the turbine 11 via an exhaust outlet 14 dischargeable.

Zu verdichtende Ladeluft ist dem Verdichter 12 über einen Lufteinlass 15 zuführbar. Verdichtete Ladeluft ist vom Verdichter 12 über einen Ladeluftauslass 16 abführbar ist.To be compressed charge air is the compressor 12 via an air inlet 15 fed. Compressed charge air is from the compressor 12 via a charge air outlet 16 is deductible.

Der Lufteinlass 15 und der Ladeluftauslass 16 werden von einem statorseitigen Verdichtergehäuse 17 des Verdichters 12 bereitgestellt.The air intake 15 and the charge air outlet 16 are from a stator-side compressor housing 17 of the compressor 12 provided.

Der Abgaseinlass 13 und der Abgasauslass 14 werden von einem statorseitigen Turbinengehäuse 18 der Turbine 11 bereitgestellt.The exhaust inlet 13 and the exhaust outlet 14 are from a stator-side turbine housing 18 the turbine 11 provided.

Die Turbine 11 umfasst neben dem statorseitigen Turbinengehäuse 18 über einen beschaufelten Turbinenrotor 19. Der Turbinenrotor 19 ist im Turbinengehäuse 18 drehbar gelagert.The turbine 11 includes in addition to the stator-side turbine housing 18 over a bladed turbine rotor 19 , The turbine rotor 19 is in the turbine housing 18 rotatably mounted.

Der Verdichter 12 verfügt neben dem statorseitigen Verdichtergehäuse 17 über einen beschaufelten Verdichterrotor 20, der in dem Verdichtergehäuse 17 drehbar gelagert ist.The compressor 12 has next to the stator-side compressor housing 17 over a bladed compressor rotor 20 which is in the compressor housing 17 is rotatably mounted.

Der Verdichterrotor 20 ist ausgehend vom Turbinenrotor 19 antreibbar, wobei der Turbinenrotor 19 und der Verdichterrotor 20 über eine Welle 21 gekoppelt sind, um den Verdichterrotor 20 ausgehend vom Turbinenrotor 19 anzutreiben. Zur Lagerung der Welle 21 ist eine verdichterseitige Lagerbuchse 22 und eine turbinenseitige Lagerbuchse 23 vorhanden, die in einem Lagergehäuse 24 aufgenommen sind.The compressor rotor 20 is starting from the turbine rotor 19 drivable, wherein the turbine rotor 19 and the compressor rotor 20 over a wave 21 are coupled to the compressor rotor 20 starting from the turbine rotor 19 drive. For storage of the shaft 21 is a compressor-side bushing 22 and a turbine-side bushing 23 present in a bearing housing 24 are included.

Die Lagerung für die Welle 21, welche den Turbinenrotor 19 mit dem Verdichterrotor 20 koppelt, verfügt über ein Axiallager 25. Das Axiallager 25 wirkt mit einem Widerlager 26 zusammen, wobei zwischen dem Axiallager 25 und dem Widerlager 26 einerseits eine Axiallagerscheibe 27 und andererseits ein Stützring 28 positioniert ist.The storage for the shaft 21 , which is the turbine rotor 19 with the compressor rotor 20 coupled, has a thrust bearing 25 , The thrust bearing 25 acts with an abutment 26 together, being between the thrust bearing 25 and the abutment 26 on the one hand, an axial bearing washer 27 and on the other hand, a support ring 28 is positioned.

Die Axiallagerscheibe 27 ist im Sinne der Erfindung aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Insbesondere ist die Axiallagerscheibe 27 aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff, besonders bevorzugt aus mit Kohlestofffasern verstärktem Siliziumcarbid Werkstoff gefertigt.The thrust washer 27 is made in the context of the invention of a fiber composite material. In particular, the thrust washer is 27 made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material, particularly preferably made of carbon fiber reinforced silicon carbide material.

Ein solcher mit Kohlestofffasern verstärkter Siliziumcarbid Werkstoff verfügt über eine hohe Verschleißunanfälligkeit und eignet sich besonders bevorzugt zur Ausbildung der Axiallagerscheibe 27.Such reinforced with carbon fibers silicon carbide material has a high wear-susceptibility and is particularly preferred for the formation of the thrust washer 27 ,

Bevorzugt findet ein kohlestofffaserverstärkter Siliziumcarbid Werkstoff mit folgenden Eigenschaften Verwendung: Dichte: 1,8–2,8 g/cm3; Bruchdehnung: 0,05–0.8%; Hochtemperaturbeständigkeit bis 1350°C; Wärmedehnung: 1,5–3,8 10-6/K; Koeffizient der Thermoschockbeständigkeit: 46–83 kW/m; Spezifische Wärmekapazität: 0,6–1,7 J/g·K; Wärmeleitfähigkeit: 20–125 W/m·K.A carbon fiber-reinforced silicon carbide material preferably has the following properties: density: 1.8-2.8 g / cm3; Elongation at break: 0.05-0.8%; High temperature resistance up to 1350 ° C; Thermal expansion: 1.5-3.8 10-6 / K; Coefficient of thermal shock resistance: 46-83 kW / m; Specific heat capacity: 0.6-1.7 J / g · K; Thermal conductivity: 20-125 W / m · K.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in die Axiallagerscheibe 27 aus dem kohlestofffaserverstärkten Siliziumcarbid Werkstoff Ölführnuten 29 eingebracht. Über diese Ölführnuten 29 kann das Axiallager 24 definiert und gezielt mit Öl zur Schmierung und/oder Kühlung versorgt werden.According to an advantageous embodiment of the invention are in the thrust washer 27 from the carbon fiber-reinforced silicon carbide material Ölführnuten 29 brought in. About these Ölführnuten 29 can the thrust bearing 24 be defined and supplied specifically with oil for lubrication and / or cooling.

Gemäß 2 erstrecken sich diese Ölführnuten 29 in Radialrichtung der Axiallagerscheibe 27, wobei die Ölführnuten 29 über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt positioniert sind.According to 2 extend these Ölführnuten 29 in the radial direction of the thrust washer 27 , wherein the Ölführnuten 29 over the circumference of the thrust washer 27 are equally distributed positioned.

In 2 sind insgesamt zehn Ölführnuten über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt angeordnet. Hierbei handelt es sich jedoch nur um eine exemplarische Anzahl von Ölführnuten 29. Es können auch sechs oder acht Ölführnuten über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt angeordnet sein.In 2 are a total of ten Ölführnuten over the circumference of the thrust washer 27 arranged equally distributed. However, this is only an exemplary number of Ölführnuten 29 , There may also be six or eight Ölführnuten over the circumference of the thrust washer 27 be arranged equally distributed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Turboladerturbocharger
1111
Turbineturbine
1212
Verdichtercompressor
1313
Abgaseinlassexhaust inlet
1414
Abgasauslassexhaust outlet
1515
Lufteinlassair intake
1616
Ladeluftauslasscharge air outlet
1717
Verdichtergehäusecompressor housing
1818
Turbinengehäuseturbine housing
1919
Turbinenrotorturbine rotor
2020
Verdichterrotorcompressor rotor
2121
Wellewave
2222
Lagerbuchsebearing bush
2323
Lagerbuchsebearing bush
2424
Lagergehäusebearing housing
2525
Axiallagerthrust
2626
Widerlagerabutment
2727
Axiallagerscheibeaxial bearing
2828
Axiallagerringthrust bearing
2929
ÖlführnutÖlführnut

Claims (8)

Turbolader, mit einer einen beschaufelten Turbinenrotor (19) und ein Turbinengehäuse (18) aufweisenden Turbine (11) zur Entspannung von Abas und mit einem einen beschaufelten Verdichterrotor (20) und ein Verdichtergehäuse (17) aufweisen Verdichter (12) zur Verdichtung von Ladeluft, wobei der Verdichterrotor (20) ausgehend vom Turbinenrotor (19) antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor (19) über eine ein Axiallager (25) aufweisende Welle (21) gekoppelt ist, wobei das Axiallager (25) eine Axiallagerscheibe (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.Turbocharger, with a bladed turbine rotor ( 19 ) and a turbine housing ( 18 ) having turbine ( 11 ) for the relaxation of Abas and with a bladed compressor rotor ( 20 ) and a compressor housing ( 17 ) have compressors ( 12 ) for the compression of charge air, wherein the compressor rotor ( 20 ) starting from the turbine rotor ( 19 ) and for this purpose with the turbine rotor ( 19 ) via a thrust bearing ( 25 ) wave ( 21 ), wherein the thrust bearing ( 25 ) an axial bearing washer ( 27 ), characterized in that the axial bearing disc ( 27 ) is made of a fiber composite material. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt ist.Turbocharger according to claim 1, characterized in that the axial bearing disc ( 27 ) is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem mit Kohlenstofffasen verstärkten Siliziumcarbid Werkstoff gefertigt ist.Turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the axial bearing disc ( 27 ) is made of a carbon fiber reinforced silicon carbide material. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Axiallagerscheibe (27) Ölführnuten (29) eingebracht sind.Turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the axial bearing disc ( 27 ) Oil guide grooves ( 29 ) are introduced. Axiallagerscheibe für einen Turbolader, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.Axial bearing washer for a turbocharger, characterized in that it is made of a fiber composite material. Axiallagerscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt ist.Axiallagerscheibe according to claim 5, characterized in that it is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. Axiallagerscheibe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem mit Kohlenstofffasen verstärkten Siliziumcarbid Werkstoff gefertigt ist.Axiallagerscheibe according to claim 5 or 6, characterized in that it is made of a carbon fiber reinforced with silicon carbide material. Axiallagerscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dieselbe Ölführnuten (29) eingebracht sind.Axial bearing washer according to one of claims 5 to 7, characterized in that in the same Ölführnuten ( 29 ) are introduced.
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