DE102013224280A1

DE102013224280A1 - Wälzlager für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102013224280A1
Application number: DE102013224280.8A
Authority: DE
Inventors: Fabian Haslinger; Guido Daimer
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) für einen Abgasturbolader, – mit einem Lagergehäuse (2), dessen Innenseite (3) einen Gehäuseinnenraum (4) teilweise umhüllt, – mit einer in den Gehäuseinnenraum (4) einsetzbaren Lagerkartusche (5), welche einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Außenring (6) umfasst, in welchem eine Welle (7) drehverstellbar zum Außenring (6) aufnehmbar ist, wobei an einer Außenumfangsseite (10) des Außenrings (6) eine sich ab schnittsweise in Umfangsrichtung (U) erstreckende Abflachung (11) vorgese hen ist, – mit einer Verdrehsicherung (9), die in eine an der Innenseite des Lagergehäuses (2) vorgesehenen Ausnehmung (8) eingesetzt ist und derart mit der Abflachung des Außenrings (6) zusammenwirkt, dass sie eine Rotation des Außenrings (6) um seine Mittellängsachse (L) verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für einen Abgasturbolader sowie einen Abgasturbolader mit einem solchen Wälzlager. Die Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasturbolader.
Wälzlager dienen zur drehbaren Lagerung von Wellen. Gleichzeitig gestatten sie, dem Wirkprinzip eines Festlagers folgend, durch Aufnahme radialer und axialer Kräfte eine radiale bzw. axiale Fixierung der Welle im Lager. Die gewünschte drehbare Lagerung in Verbindung mit einer radialen und axialen Fixierung wird mit Hilfe von Rollkörpern, etwa in Gestalt von Kugeln, erreicht, welche die Welle von einem Außenring des Wälzlagers trennt. Die bei der Drehbewegung der Welle lediglich auftretende Rollreibung mindert gleichermaßen Reibungsverluste und Verschleißerscheinungen im Wälzlager gerade im Dauerbetrieb, wenn dieses in einem Abgasturbolader betrieben wird, und erlaubt somit eine Verbesserung deren mechanischen Wirkungsgrades. Moderne Abgasturbolader werden daher in zunehmendem Maße mit Wälzlagern ausgestattet.
Als nachteilig bei der Verwendung solcher Wälzlager erweist sich jedoch deren aus konstruktiver Sicht relativ komplexer Aufbau. Hinzu kommt, dass der in herkömmlichen Wälzlagern typischerweise drehbar zum Lagergehäuse ausgebildete Außenring bei der Verwendung von Wälzlagern in Abgasturboladern am Lagergehäuse fixiert werden muss, um störende lokale Ansammlungen von Schmieröl im Lagergehäuse zu vermeiden.
Vor diesem Hintergrund verfolgt die US 4 721 441 den Ansatz, eine Lagereinrichtung zu verwenden, bei welcher zwischen einem Dämpfungselement und einem Lagergehäuse ein Ölfilm vorgesehen ist. Eine unerwünschte Drehbewegung des Dämpfungselements relativ zum Lagergehäuse wird mit Hilfe eines Zapfens verhindert, welcher sowohl in eine am Lagergehäuse radial innen als auch am Dämpfungselement radial außen vorgesehene Ausnehmung eingreift und somit als Verdrehsicherung wirkt.
Auch die in der EP 2 299 066 A2 beschriebene Lagereinrichtung besitzt eine ähnlich ausgebildete Verdrehsicherung, und zwar in Form eines Bolzens mit einem Bolzenschaft und einem Bolzenkopf.
Die Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, eine verbesserte Ausführungsform für ein Wälzlager zu schaffen, welches sich insbesondere durch einen konstruktiv einfachen und somit mit reduzierten Herstellungskosten verbundenen Aufbau auszeichnet.
Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Wälzlager mit einer konstruktiv besonders einfach realisierbaren Verdrehsicherung, welche eine Drehung des Außenrings des Wälzlagers relativ zum Lagergehäuse verhindert, auszustatten. Bei der hier vorgestellten Verdrehsicherung handelt es sich um ein separat gefertigtes Bauteil, welches in eine an der Innenseite des Lagergehäuses vorgesehene Ausnehmung einsetzbar ist. Sie wirkt dabei derart mechanisch mit einer an der Außenumfangsseite am Außenring vorgesehenen Abflachung (Freischliff) zusammen, dass sie eine Rotation des Außenrings um seine Mittellängsachse verhindert. Das hier vorgestellte Wälzlager zeichnet sich durch einen aus konstruktiver Sicht besonders einfachen Aufbau aus. Die Verdrehsicherung lässt sich getrennt vom eigentlichen Herstellungsverfahren des Wälzlagers herstellen und auf einfache Weise in das Wälzlager integrieren; am Wälzlager selbst ist hierzu lediglich besagte Ausnehmung zu fertigen und der Außenring wie erörtert an seiner Außenumfangsseite abschnittsweise abzuflachen. Gleichermaßen einfach gestaltet sich der Zusammenbau des Wälzlagers einschließlich seiner Verdrehsicherung: Hierzu ist die Abflachung des Außenrings nach dessen Montage im Lagergehäuse lediglich zur besagten Ausnehmung hin auszurichten, so dass die Verdrehsicherung sich in einem anschließenden Montageschritt in besagte Ausnehmung eingesetzt werden kann.
Selbstverständlich ist das hier vorgestellte Wälzlager nicht nur auf eine einzige, oben beschriebene Verdrehsicherung beschränkt. In Weiterbildungen der Ausführung mit nur einer Verdrehsicherung kann vielmehr daran gedacht sein, zwei oder mehrere solche Verdrehsicherungen in das Wälzlager zu integrieren, in ersterem Fall dann etwa bezüglich der Umfangsrichtung des Außenrings gegenüberliegend angeordnet.
Bei einer bevorzugten, mit geringem Fertigungsaufwand herstellbaren Ausführungsform ist die Ausnehmung in der Art einer Tasche ausgebildet, die Verdrehsicherung selbst hingegen als in die Tasche einsetzbare Scheibe ausgebildet. Gerade die hier vorgeschlagene geometrische Formgebung einer Scheibe gestattet deren Herstellung mit einfachsten Mitteln. Eine besonders gute Fixierwirkung des Außenrings wird erzielt, indem Tasche und scheibenartige Verdrehsicherung derart ausgebildet werden, dass die Verdrehsicherung im in die Tasche eingesetzten Zustand über die Ausnehmung nach innen, zum Außenring hin, vorsteht.
Aus fertigungstechnischer Sicht empfiehlt es sich besonders, die Verdrehsicherung als Stanzteil auszubilden, welches sich mit gängigen Stanzwerkzeugen fertigen lässt.
Um eine unerwünschte Rotation des Außenrings im Langzeitbetrieb des Wälzlagers, beispielsweise in einem Abgasturbolader, auch im Langzeitbetrieb sicherzustellen und gleichzeitig etwaig auftretende Verschleißeffekte möglichst in Grenzen zu halten, wird vorgeschlagen, die Abflachung derart auszurichten, dass sie der zur Abflachung komplementären, am Lagergehäuse vorgesehenen Tasche zugewandt ist. Die Anordnung der Abflachung im Einbauzustand des Außenrings in das Lagegehäuse erfolgt dabei derart, dass die Verdrehsicherung im Bereich der Abflachung an der Außenumfangsseite des Außenrings anliegt. Auf diese Weise wird ein mechanisch hochstabiler und Kontakt zwischen Außenring und Verdrehsicherung hergestellt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung empfiehlt es sich, die als Scheibe ausgebildete Verdrehsicherung und auch die Tasche derart zu dimensionieren, dass die Scheibe in der Tasche in radialer Richtung des Außenrings ein vorbestimmtes radiales Spiel besitzt. Dieses radiale Spiel sollte derart festgelegt sein, dass einerseits keine Krafteinleitung in radialer Richtung vorhanden ist, andererseits aber auch die ordnungsgemäße Funktion der Verdrehsicherung sichergestellt ist. Unerwünschte Verschleißerscheinungen, wie sie bei einer spielfreien radialen Anordnung der beiden Bauteile etwaig auftreten würden, lassen sich auf diese Weise weitgehend oder gar vermeiden, und zwar vollständig über die nominelle Lebensdauer des Wälzlagers hinweg. Zum Zwecke einer Minimierung der Geräuschentwicklung des Wälzlagers im Betrieb empfiehlt es sich, die Verdrehsicherung aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Hartgummi, herzustellen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Abgasturbolader mit einem Wälzlager mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale sowie einer ein Verdichterrad tragenden und in der Lagerkartusche drehbar gelagerten Welle.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasturbolader.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ohne Verdrehsicherung,
2 die Lagerkartusche des Wälzlagers in einer separaten, ebenfalls perspektivischen Darstellung,
3 das Wälzlager der 1 mit montierter Verdrehsicherung.
1 illustriert in einer perspektivischen Ansicht ein Beispiel eines Wälzlager 1 für einen Abgasturbolader. Dieses besitzt ein geeignet dimensioniertes Lagergehäuse 2, in 1 ohne Gehäusedeckel dargestellt, dessen Innenseite 3 einen Gehäuseinnenraum 4 teilweise umhüllt. In den Gehäuseinnenraum 4 ist einen Lagerkartusche 5 eingesetzt, welche einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Außenring 6 umfasst. In diesem wiederum ist drehbar eine Welle 7 eines Abgasturboladers aufgenommen. Darüber hinaus ist an der Innenseite des Lagergehäuses 2 eine taschenartig ausgebildete Ausnehmung 8 vorgesehen, die zur Aufnahme einer in 1 nicht gezeigten Verdrehsicherung 9 dient.
2 zeigt nun die Lagerkartusche 5 in separater Darstellung. Man erkennt, dass an einer Außenumfangsseite 10 des Außenrings 6 eine sich abschnittsweise in Umfangsrichtung U des Außenrings 6 erstreckende Abflachung 11, in der Art eines Freischliffs, vorgesehen ist. Diese wirkt mit der Verdrehsicherung 9 in einem montierten Zustand des Wälzlagers 1 derart zusammen, dass eine Rotation des Außenrings 6 um seine Mittellängsachse L verhindert wird. Hierzu wird die Verdrehsicherung 9, welche vorzugsweise mit der geometrischen Gestalt einer Scheibe versehen wird, wie in 3 gezeigt in die taschenartige Ausnehmung 8 eingesetzt. Dies kann erfolgen, nachdem die Lagerkartusche 5 einschließlich der Welle 7 zunächst im Lagergehäuse 2 montiert und durch eine etwaig erforderliche Drehbewegung derart ausgerichtet wurde, dass die Abflachung 11 in Richtung der Ausnehmung 8 weist.
Sowohl die taschenartige Ausnehmung 8 als auch die scheibenartige Verdrehsicherung 9 sind dabei derart dimensioniert, dass die Verdrehsicherung 9 im in die Tasche eingesetzten Zustand über die Ausnehmung 8 nach innen, zum Außenring 6 hin vorsteht.
Die scheibenartige Gestalt der Verdrehsicherung 9 verhindert durch mechanischen Kontakt der Umfangsseite der Verdrehsicherung 9 mit der Abflachung 11 des Außenrings 6 eine Drehbewegung des Letzteren. Besonders zweckmäßig sind die scheibenartige Verdrehsicherung 9 und die taschenartige Ausnehmung 8 aber derart ausgebildet, dass die Scheibe in der Tasche in radialer Richtung des Außenrings ein vorbestimmtes radiales Spiel besitzt.
Die Wahl einer scheibenartigen Geometrie gestattet es zudem, die Verdrehsicherung 9 unter Verwendung gängiger Stanzwerkzeuge als Stanzteil auszubilden, wodurch die Produktionskosten des Wälzlagers 1 niedrig gehalten werden können. Selbstverständlich ist die Ausbildung der Verdrehsicherung 9 jedoch nicht ausschließlich auf die im Beispielszenario erörterte Formgebung beschränkt.
Als Material für die Verdrehsicherung 9 empfiehlt sich aufgrund dessen federelastischer Eigenschaften und der damit verbundenen spielarmen Fixierung des Außenrings 6 bei gleichzeitig geringer Geräuschentwicklung im Betrieb des Wälzlagers ein Elastomer wie beispielsweise ein Hartgummi.
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

US 4721441 [0004]
EP 2299066 A2 [0005]

Claims

Wälzlager (1) für einen Abgasturbolader, – mit einem Lagergehäuse (2), dessen Innenseite (3) einen Gehäuseinnenraum (4) teilweise umhüllt, – mit einer in den Gehäuseinnenraum (4) einsetzbaren Lagerkartusche (5), welche einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Außenring (6) umfasst, in welchem eine Welle (7) drehbar zum Außenring (6) aufnehmbar ist, wobei an einer Außenumfangsseite (10) des Außenrings (6) eine sich abschnittsweise in Umfangsrichtung (U) erstreckende Abflachung (11) vorgesehen ist, – mit einer Verdrehsicherung (9), die in eine an der Innenseite des Lagergehäuses (2) vorgesehenen Ausnehmung (8) eingesetzt ist und derart mechanisch mit der Abflachung des Außenrings (6) zusammenwirkt, dass sie eine Rotation des Außenrings (6) um seine Mittellängsachse (L) verhindert.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmung (8) in der Art einer Tasche ausgebildet ist, – die Verdrehsicherung (9) als in die Tasche einsetzbare Scheibe ausgebildet ist,
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11) des Außenrings (6) der Tasche zugewandt ist, so dass die Verdrehsicherung (9) im Bereich der Abflachung (11) an der Außenumfangsseite (10) des Außenrings (6) anliegt.
Wälzlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (9) im in die Tasche eingesetzten Zustand über die Ausnehmung (8) nach innen, zum Außenring (6) hin, vorsteht.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (9) als Stanzteil ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Tasche und Scheibe derart ausgebildet sind, dass die Scheibe in der Tasche in radialer Richtung des Außenrings (6) ein vorbestimmtes radiales Spiel besitzt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (9) aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Hartgummi hergestellt ist.
Abgasturbolader, – mit einem Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit einer ein Verdichterrad tragenden und in der Lagerkartusche (5) drehbar gelagerten Welle (7).
Kraftfahrzeug mit einem Abgasturbolader nach Anspruch 8.