DE102013114626A1 - Trap bearing for turbocharger - Google Patents

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Abstract

Fanglagerung für Abgasturbolader, welche sich zwischen den Lagerstellen an der drehbar gelagerten Welle befindet, die das Verdichterrad mit dem Turbinenrad verbindet. Optional können sich die Fanglager auch ausserhalb der Lagerstellen an der Welle befinden. Als weitere Möglichkeit können sich die Fanglager ausserhalb der Laufräder an der turbinenseitigen Wellenverlängerung und an der verdichterseitigen Wellenverlängerung befinden. Die Fanglagerstelle kann sich jeweils auf beliebiger axialer oder radialer Position der Welle befinden.Fanglager for exhaust gas turbocharger, which is located between the bearing points on the rotatably mounted shaft which connects the compressor wheel with the turbine wheel. Optionally, the safety bearings can also be located outside the bearings on the shaft. As a further possibility, the safety bearings can be located outside the wheels on the turbine shaft extension and on the compressor shaft extension. The catch bearing can be located at any axial or radial position of the shaft.

Description

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader von aufgeladenen Brennkraftmaschinen.
Sie betrifft eine Lagerung der Welle eines Abgasturboladers sowie einen Abgasturbolader mit einer derartigen Wellenlagerung.
The invention relates to the field of exhaust gas turbochargers of supercharged internal combustion engines.
It relates to a bearing of the shaft of an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger with such a shaft bearing.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Dabei wird die Abgasturbine des Abgasturboladers mit den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagt und deren kinetische Energie zum Ansaugen und Verdichten von Luft für die Brennkraftmaschine verwendet. Die Laufräder der Turbine und des Verdichters sind über eine in einem Lagergehäuse gelagerte Welle miteinander verbunden. Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. In this case, the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger is charged with the exhaust gases of the internal combustion engine and their kinetic energy used for sucking and compressing air for the internal combustion engine. The impellers of the turbine and the compressor are connected to each other via a shaft mounted in a bearing housing shaft.

Abgasturbolader umfassen ein Verdichterrad und ein Turbinenrad, welche über eine in einem Lagergehäuse drehbar gelagerte Welle verbunden sind. Im Allgemeinen sind zwei Radiallagerstellen und eine Schublagerstelle vorhanden. Das dominante Design besteht darin, dass sich die Lagerstellen in einem Lagergehäuse zwischen Verdichterrad und Turbinenrad befinden. Exhaust gas turbochargers include a compressor wheel and a turbine wheel, which are connected via a rotatably mounted in a bearing housing shaft. Generally there are two radial bearings and one thrust bearing. The dominant design is that the bearings are located in a bearing housing between the compressor wheel and the turbine wheel.

Bei Unwucht im Turbinen- oder Verdichterrad biegt sich die Welle durch. Die Durchbiegung kann bei extremer Unwucht unzulässig gross werden. Dies führt zu plastischen Verformungen oder zum Bruch der Welle. In case of imbalance in the turbine or compressor wheel, the shaft bends through. The deflection can become inadmissible with extreme imbalance. This leads to plastic deformation or breakage of the shaft.

Es ist bekannt, dass Fanglagerungen in Magnetlagern eingesetzt werden. Aktive Magnetlager benötigen dabei eine ständige Stromversorgung und besitzen zur Absicherung bei Stromausfällen oder Ausfällen der Steuerung ein mechanisches Fanglager, meist bestehend aus einem lockeren Kugel- oder Gleitlager. Somit ist ein Fanglager inhärenter Bestandteil einer Magnetlagerung und sichert die Funktion der Lagerung des Rotors beim Ausfall eines Hilfssystems (Stromversorgung). It is known that catch bearings are used in magnetic bearings. Active magnetic bearings require a constant power supply and have to secure in case of power outages or failures of the control a mechanical fishing camp, usually consisting of a loose ball or plain bearings. Thus, a backup bearing is an inherent part of a magnetic bearing and ensures the function of the bearing of the rotor in case of failure of an auxiliary system (power supply).

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wellenlagerung für einen Abgasturbolader zu schaffen, welche bei hoher Unwucht die Durchbiegung der Welle auf ein unterkritisches Mass limitiert und so kritische Verformungen und Bruch der Welle verhindert. The object of the invention is to provide a shaft bearing for an exhaust gas turbocharger, which limits the deflection of the shaft to a subcritical mass at high unbalance and thus prevents critical deformation and breakage of the shaft.

Die Aufgabe wird mit einer Fanglagerung an der drehbar gelagerten Welle eines Abgasturboladers gelöst. The object is achieved with a catch bearing on the rotatably mounted shaft of an exhaust gas turbocharger.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung befinden sich die Fanglager zwischen den Radiallagerstellen an der drehbar gelagerten Welle, welche das Verdichterrad mit dem Turbinenrad verbindet. According to one embodiment of the invention, the backup bearings are located between the radial bearing points on the rotatably mounted shaft which connects the compressor wheel with the turbine wheel.

Die Erfindung bezieht sich auf in Turboladern eingesetzte Gleit- und Wälzlager. Das Fanglager unterbindet oder reduziert die Durchbiegung der Welle im Falle hoher Unwuchtkräfte, wie sie beim Schaufelbersten von Radialturbinen auftritt. Die Welle wird beim und nach dem Schaufelverlust solange geführt, bis der Rotor durch Reibung in den Lagerstellen die restliche Rotationsenergie abgebaut hat und zum Stillstand kommt. Dabei wird verhindert, dass aufgrund der Durchbiegung die Welle bricht und axial austritt. The invention relates to used in turbochargers sliding and rolling bearings. The safety bearing prevents or reduces the deflection of the shaft in the event of high unbalance forces, as occurs in the blade bursting of radial turbines. The shaft is guided during and after the blade loss until the rotor has degraded by friction in the bearings the remaining rotational energy and comes to a standstill. This prevents that the shaft breaks due to the deflection and axially exits.

Optional kann sich die Fanglagerstelle auch ausserhalb der Lagerungen oder der Laufräder jeweils auf beliebiger axialer oder radialer Position der Welle befinden. Optionally, the catch bearing can also be located outside of the bearings or wheels in any axial or radial position of the shaft.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Further advantages emerge from the dependent claims.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Hereby shows:

1 Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss dem Stand der Technik, und 1 Shaft bearing of a turbocharger according to the prior art, and

2 eine erfindungsgemässe Fanglagerung für Abgasturbolader. 2 an inventive catch bearing for exhaust gas turbocharger.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAY FOR CARRYING OUT THE INVENTION

1 zeigt eine Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss dem Stand der Technik. Die beiden Laufräder, das Verdichterrad 10 und das Turbinenrad 20, sind über eine drehbar gelagerte Welle 30 miteinander verbunden, wobei sich an der Welle Lagerstellen 40, 45, im allgemeinen zwei Radiallagerstellen und eine Schublagerstelle, befinden. Die Lagerstellen 40, 45 können sich in einem Lagergehäuse zwischen Verdichterrad 10 und Turbinenrad 20 befinden. 1 shows a shaft bearing of a turbocharger according to the prior art. The two wheels, the compressor wheel 10 and the turbine wheel 20 , are via a rotatably mounted shaft 30 connected to each other, being at the shaft bearings 40 . 45 , generally two radial bearing points and a thrust bearing point, are located. The bearings 40 . 45 can be found in a bearing housing between compressor wheel 10 and turbine wheel 20 are located.

Bei Unwucht im Turbinen- oder Verdichterrad biegt sich die Welle durch, wobei die Verformung der Welle zur besseren Veranschaulichung in der Figur übertrieben dargestellt ist. Die Durchbiegung kann bei extremer Unwucht unzulässig gross werden, was zu plastischen Verformungen oder zum Bruch der Welle führen kann. In case of imbalance in the turbine or compressor wheel, the shaft bends through, with the deformation of the shaft is exaggerated for clarity in the figure. The deflection can become impermissibly large with extreme unbalance, which can lead to plastic deformation or to the break of the wave.

2 zeigt eine Wellenlagerung für Abgasturbolader mit einer erfindungsgemässen Fanglagerung. Das Fanglager befindet sich gemäss einer Ausführungsform zwischen den Lagerstellen 50 an der drehbar gelagerten Welle 30, welche das Verdichterrad mit dem Turbinenrad verbindet. 2 shows a shaft bearing for exhaust gas turbocharger with a novel catch storage. The safety bearing is located according to an embodiment between the bearings 50 on the rotatably mounted shaft 30 , which connects the compressor wheel with the turbine wheel.

Eine Fanglagerung zwischen den Radiallagerstellen limitiert bei hoher Unwucht die Durchbiegung auf ein unterkritisches Mass. Kritische Verformungen und ein Bruch der Welle werden damit unterbunden. A catch bearing between the radial bearing points limits the deflection to a subcritical mass in the event of high imbalance. Critical deformations and a break of the wave are thereby prevented.

Optional, gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfindung, können sich die Fanglager 52, 53 auch ausserhalb der Lagerstellen 40, 45 an der Welle 30 befinden, optional verdichterseitig zwischen der verdichterseitigen Lagerstelle 40 und dem benachbart angeordneten Verdichterrad 10 und/ oder turbinenseitig zwischen der turbinenseitigen Lagerstelle 45 und dem benachbart angeordneten Turbinenrad 20. Optionally, according to further embodiments of the invention, the fishing camps can 52 . 53 also outside the bearings 40 . 45 on the shaft 30 optional, on the compressor side between the compressor-side bearing point 40 and the adjacent compressor wheel 10 and / or turbine side between the turbine-side bearing 45 and the adjacent turbine wheel 20 ,

Optional, gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfindung, können sich die Fanglager 54, 51 ausserhalb der Laufräder an einer turbinenseitigen Wellenverlängerung 31 und/ oder an einer verdichterseitigen Wellenverlängerung 32 befinden. Die beiden Wellenverlängerungen 31, 32 sind in der 2 hilfsweise angedeutet. Optionally, according to further embodiments of the invention, the fishing camps can 54 . 51 outside the wheels on a turbine-side shaft extension 31 and / or on a compressor-side shaft extension 32 are located. The two wave extensions 31 . 32 are in the 2 in the alternative indicated.

Die eine oder mehreren Fanglagerstellen können sich somit gemäss der Erfindung jeweils auf beliebiger axialer oder radialer Position der Welle befinden. The one or more catch bearings can thus be according to the invention in each case at any axial or radial position of the shaft.

Die erfindungsgemässen Fanglagerstellen können sinngemäss auch in anderen Lageraufbauten angewendet werden. The inventive fishing camps can be applied analogously in other storage structures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Verdichterrad compressor
20 20
Turbinenrad turbine
30 30
Welle wave
31 31
Wellenverlängerung, turbinenseitig Shaft extension, turbine side
32 32
Wellenverlängerung, verdichterseitig Shaft extension, compressor side
40, 45 40, 45
Lagerstellen bearings
50 50
Fanglager, zwischen Lagerstellen Fishing camp, between campsites
51, 54 51, 54
Fanglager, ausserhalb der Laufräder Safety bearing, outside the wheels
52, 53 52, 53
Fanglager, ausserhalb der Lagerstellen Safety bearings, outside the bearings

Claims (7)

Wellenlagerung eines zwei Laufräder, ein Verdichterrad (10) und ein Turbinenrad (20), umfassenden Abgasturboladers, mit zwischen den Laufrädern angeordneten Lagerstellen (40, 45), dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Fanglager (50, 51, 52, 53, 54) an der Welle (30) befindet. Shaft bearing of a pair of wheels, a compressor wheel ( 10 ) and a turbine wheel ( 20 ), comprehensive exhaust gas turbocharger, with arranged between the wheels bearings ( 40 . 45 ), characterized in that at least one fishing camp ( 50 . 51 . 52 . 53 . 54 ) on the shaft ( 30 ) is located. Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss Anspruch 1, wobei sich mindestens ein Fanglager (50) zwischen den Lagerstellen (40, 45) an der Welle (30) befindet. Shaft bearing of an exhaust gas turbocharger according to claim 1, wherein at least one safety bearing ( 50 ) between the depositories ( 40 . 45 ) on the shaft ( 30 ) is located. Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss Anspruch 1, wobei sich mindestens ein Fanglager (52, 53) zwischen einer der Lagerstellen (40, 45) und dem benachbart angeordneten Laufrad an der Welle (30) befindet. Shaft bearing of an exhaust gas turbocharger according to claim 1, wherein at least one safety bearing ( 52 . 53 ) between one of the depositories ( 40 . 45 ) and the adjacent impeller on the shaft ( 30 ) is located. Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss Anspruch 3, wobei sich sowohl turbinenseitig zwischen einer turbinenseitigen Lagerstelle (45) und dem Turbinenrad (20) wie auch verdichterseitig zwischen einer verdichterseitigen Lagerstelle (40) und dem Verdichterrad (10) jeweils mindestens ein Fanglager (52, 53) befindet. Shaft bearing of an exhaust gas turbocharger according to claim 3, wherein both turbine side between a turbine-side bearing ( 45 ) and the turbine wheel ( 20 ) as well as on the compressor side between a compressor-side bearing ( 40 ) and the compressor wheel ( 10 ) at least one safety bearing ( 52 . 53 ) is located. Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss Anspruch 1, wobei sich mindestens ein Fanglager (51, 54) ausserhalb eines Laufrades an einer turbinenseitigen oder verdichterseitigen Wellenverlängerung (31, 32) befindet. Shaft bearing of an exhaust gas turbocharger according to claim 1, wherein at least one safety bearing ( 51 . 54 ) outside an impeller on a turbine-side or compressor-side shaft extension ( 31 . 32 ) is located. Wellenlagerung eines Abgasturboladers gemäss Anspruch 5, wobei sich sowohl ausserhalb des Turbinenrades (20) an der turbinenseitigen wie ausserhalb des Verdichterrades (10) an der verdichterseitigen Wellenverlängerung (31, 32) jeweils mindestens ein Fanglager (51, 54) befindet Shaft bearing of an exhaust gas turbocharger according to claim 5, wherein both outside the turbine wheel ( 20 ) on the turbine side as well as outside the compressor wheel ( 10 ) at the compressor-side shaft extension ( 31 . 32 ) at least one safety bearing ( 51 . 54 ) is located Abgasturbolader, umfassend eine Welle (30) sowie ein auf der Welle angeordnetes Verdichterrad (10) und ein auf der Welle angeordnetes Turbinenrad (20), umfassend eine Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. Exhaust gas turbocharger comprising a shaft ( 30 ) and a compressor wheel arranged on the shaft ( 10 ) and arranged on the shaft turbine wheel ( 20 ), comprising a shaft bearing according to one of claims 1 to 6.
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