DE102014205514A1

DE102014205514A1 - Welle für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102014205514A1
Application number: DE102014205514.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Ross; Klaus Daut
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Eine Welle (1, 11) für einenAbgasturbolader, mit wenigstens einem eine Laufbahn (2, 12) für ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager aufweisenden Lagerabschnitt (3, 13) ist drehbarin einem weiteren Bauteil desAbgasturboladers lagerbar. Dabei soll zumindest an der Laufbahn (2, 12) des Lagerabschnitts (3, 13) eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung (4, 14) angeordnet sein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Welle für einen Abgasturbolader, mit wenigstens einem eine Laufbahn für ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager aufweisenden Lagerabschnitt, wobei die Welle über das Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar in einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers lagerbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einer Welle und wenigstens einem Radialwälzlager oder Radialgleitlager, über das die Welle drehbarin einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers gelagert ist, wobei die Welle eine Laufbahn des Radialwälzlagers oder Radialgleitlagers aufweist.
Stand der Technik
Ein Abgasturbolader weist ein Turbinenrad, ein Verdichterrad und eine das Turbinenrad drehfest mit dem Verdichterrad verbindende Welle auf. Die Welle ist über Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar in einem Gehäuse des Turboladers angeordnet.
Aus der DE 10 2010 054 939 A1 ist ein Abgasturbolader bekannt, dessen Welle über Wälzlager drehbar in einem Gehäuse des Abgasturboladers gelagert ist, wobei auf der Welle Wälzkörperlaufbahnen zur Führung von Wälzkörpern der Wälzlager ausgebildet sind. Die Wälzkörper können aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein.
Alternativ ist es bekannt, die Welle eines Abgasturboladers Über Gleitlager drehbeweglich in einem Gehäuse des Abgasturboladers zu lagern, wobei auf einer Außenmantelfläche der Welle Laufbahnen bzw. Kontaktflächen zur Anlage der in das Gehäuse eingesetzten Gleitlager ausgebildet sind.
Zum sicheren und dauerhaften Betrieb eines Abgasturboladers ist es erforderlich, die Laufflächen weitestgehend vor betriebsbedingtem Verschleiß zu schützen. Insbesondere werden die Laufflächen einer Welle durch die im Betrieb eines entsprechend ausgestatteten Abgasturboladers auftretenden Betriebstemperaturen beeinträchtigt, was mit einem technischen Risiko einhergeht.
Um die Laufbahn einer Welle verschleißfester zu gestalten, ist es bekannt, die Laufbahn zu härten. Mit diesem Härten sind jedoch zusätzliche Herstellungskosten, ein Verzugsrisiko und Nachteile bei der Befestigung eines Turbinenrades bzw. eines Verdichterrades mittels eines Schweißverfahrens an der Welle verbunden.
Auch ist eine Befestigung eines Turbinenrades bzw. eines Verdichterrades an einer Welle mittels Schraubverbindungen möglich, was jedoch einen erheblichen Eingriff in den gängigen Aufbau von bislang verwendeten Turbinenrädern, Verdichterrädern und Wellen darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist eine Welle für einen Abgasturbolader, mit wenigstens einem eine Laufbahn für ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager des Abgasturboladers aufweisenden Lagerabschnitt, wobei die Welle über das Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar in einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der Laufbahn des Lagerabschnitts eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung angeordnet ist.
Mit der Erfindung wird somit eine Welle für einen Abgasturbolader vorgeschlagen, deren zumindest eine Laufbahn eine minimierte Reibung aufweist und verschleißfest ausgebildet ist. Durch die Beschichtung kann auf ein Härten der Laufbahnen verzichtet werden, was die oben genannten Nachteile vermeidet. Zudem kann im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubverbindungen zwischen der Welle und dem Turbinenrad bzw. dem Verdichterrad auf eine umfangreiche Änderung des gängigen Aufbaus von bislang verwendeten Turbinenrädern, Verdichterrädern und Wellen abgesehen werden, was mit einer Kostenreduzierung verbunden ist.
Zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Welle kann eine bereits vorhandene Läuferwelle verwendet werden, deren Laufbahn bzw. Laufbahnen mit einer entsprechenden reibungs- und verschleißmindernden Beschichtung versehen werden. Insbesondere ist es möglich, zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Welle ein minderwertigeres Wellenmaterial zu verwenden, da die Verschleißfestigkeit einer solchen Welle in stark beanspruchten Bereichen mittels der erfindungsgemäßen reibungs- und verschleißmindernden Beschichtung verbessert wird.
Die erfindungsgemäße Welle kann auch zwei oder mehrere jeweils eine Laufbahn für ein Radiallager, insbesondere ein Wälzlagers oder ein Gleitlager, des Abgasturboladers ausbildende Lagerabschnitte aufweisen, an denen jeweils eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung angeordnet ist.
Die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung kann aus einem einzigen geeigneten Werkstoff oder einer geeigneten Werkstoffzusammensetzung gebildet sein. Zudem kann die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung ein, zwei oder mehrschichtig aufgebaut sein.
Die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung kann auch an weiteren Abschnitten der Welle angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Verbindungsabschnitte der Welle, die mit einem Turbinenrad bzw. einem Verdichterrad verbunden werden, nicht mit der reibungs- und verschleißmindernden Beschichtung versehen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung als kohlenstoffbasierte Beschichtung mit einem nanostrukturiertem Aufbau ihrer Funktionsschicht ausgebildet. Beispielsweise ist die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung zumindest teilweise aus diamantähnlichem amorphem Kohlenstoff („diamond-like-carbon”; DLC) gebildet. Die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung kann auch zwei- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Beispielsweise kann ausgehend von der Mantelfläche der Welle eine chromhaltige Haftschicht (Cr-Grundschicht), eine amorphe wasserstoff- und metallhaltige Kohlenstoffschicht (a-C:H:Me-Zwischenschicht) sowie eine amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoffschicht (a-C:H-Deckschicht) vorhanden sein. Eine derartige Beschichtung kann eine Mikrohärte HV_pl in Höhe von 2000 und eine Schichtdicke von 2 μm bis 4 μm aufweisen. Diese Beschichtung ist mit einer Reibungsreduzierung verbunden und ist trocken (bis zu 85%) gegen Stahl imVergleich zu Stahl. Die Beschichtung bildet einen sehr hohen abrasiven Verschleißschutz, einen sehr hohen adhäsiven Verschleißschutz und einen guten Korrosionsschutz aus.
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Abgasturbolader mit einer Welle und wenigstens einem Radialwälzlager oder Radialgleitlager, über das die Welle drehbarin einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers gelagert ist, wobei die Wellezumindest eine Laufbahn des Radialwälzlagers oder Radialgleitlagers aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist.
Mit diesem Abgasturbolader sind die oben mit Bezug auf die Welle genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Welle, die zur Radiallagerung über ein Radialgleitlager ausgebildet ist und
2 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Welle, die zur Radiallagerung über ein Radialwälzlager ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Welle 1 für einennicht näher dargestellten Abgasturbolader.
Die Welle 1 umfasst zwei jeweils eine Laufbahn 2 für ein nicht näher dargestelltes Radialgleitlager des Abgasturboladers aufweisende Lagerabschnitte 3, wobei die Welle 1 über dieRadialgleitlager drehbarin einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers, beispielsweise in einem Turboladergehäuse, lagerbar ist. An jeder Laufbahn 2 ist eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung 4 angeordnet, was durch die strichpunktierten Linien angedeutet sein soll.
2 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Welle 11 für einen ebenfalls nicht dargestellten Abgasturbolader.
Die Welle 11 umfasst zwei jeweils eine Laufbahn 12 für ein nicht näher dargestelltes Radialwälzlager des Abgasturboladers aufweisende Lagerabschnitte 13, wobei die Welle 11 über die entsprechenden Radialwälzlager drehbarin einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers lagerbar ist. Die Laufbahnen 12 sind dabei als umlaufende Nuten ausgebildet, deren Querschnitt an die Form der in diesem Fall als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper des Radialwälzlagers angepasst ist. Somit weist das Radialwälzlager keinen Innenring sondern nur einen in das Bauteil eingepressten Außenring auf. An jeder Laufbahn 12 ist eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung 14 angeordnet, was durch die strichpunktierten Linien angedeutet sein soll.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Laufbahn
3: Lagerabschnitt
4: Beschichtung
11: Welle
12: Laufbahn
13: Lagerabschnitt
14: Beschichtung

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 102010054939 A1 [0004]

Claims

Welle (1, 11) für einen Abgasturbolader, mit wenigstens einem eine Laufbahn (2, 12) für ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager aufweisenden Lagerabschnitt (3, 13), wobei die Welle (1, 11) über das Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar in einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der Laufbahn (2, 12) des Lagerabschnitts (3, 13) eine reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung (4, 14) angeordnet ist.
Welle (1, 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungs- und verschleißmindernde Beschichtung (4, 14) als kohlenstoffbasierte Beschichtung mit einem nanostrukturiertem Aufbau ihrer Funktionsschicht ausgebildet ist.
Abgasturboladermit einer Welle (1, 11) und wenigstens einem Radialwälzlager oder Radialgleitlager, über das die Welle (1, 11) drehbar in einem weiteren Bauteil des Abgasturboladers gelagert ist, wobei die Welle (1, 11) eine Laufbahn (2, 12) des Radialwälzlagers oder Radialgleitlager aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1, 11) gemäß Anspruch 1 oder 2 ausgebildet ist.