DE102014208078A1

DE102014208078A1 - Abgasturbolader mit einem Rotor

Info

Publication number: DE102014208078A1
Application number: DE102014208078.9A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Kleinschmidt; Ulrich Siol; Alexander Baeuerle; Thomas Striedelmeyer; Jörg Eckert; Christoph Butscher
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20150308494A1; CN105041474B; CN105041474A; US9677603B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einem Rotor (2), dessen Welle (3) über zwei Radiallagerbuchsen (4, 5) im Lagergehäuse (6) gelagert ist, Erfindungswesentlich ist dabei, – dass jede Radiallagerbuchse (4, 5) an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) eine einzige Fase (9) aufweist, die im Einbauzustand einander zugewandt sind, oder – dass jede Radiallagerbuchse (4, 5) an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) zwei Fasen (8, 9) aufweist, wobei die im Einbauzustand einander zugewandten Fasen (9) größer sind als die im Einbauzustand einander abgewandten Fasen (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Rotor, dessen Welle über zwei Radiallagerbuchsen im Lagergehäuse gelagert ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Radiallagerbuchse für einen derartigen Abgasturbolader.
Abgasturbolader werden während des Betriebs Drehzahlen von weit über 100.000 U/min ausgesetzt. Als Radiallager werden dabei üblicherweise hydrodynamische Lager verwendet, entweder mit zwei schwimmenden Lagerbuchsen oder einer so genannten Einbuchsenlagerung. Eine hierbei unerwünschte Eigenschaft der hydrodynamischen Lagerung ist, dass es durch Strömungseffekte des zwischen der Lagerbuchse und der Welle des Rotors gebildeten Ölfilms zu Instabilitäten der Drehbewegung der Welle und damit des Rotors kommen kann, wodurch im schlimmsten Fall der Rotor eine rührende bzw. taumelnde Bewegung ausführt. Um diese Gefahr zu reduzieren, ist es wünschenswert, bei einer Zweibuchsenlagerung die beiden Radiallagerbuchsen möglichst axial weit auseinander anzuordnen, was jedoch wiederum durch konstruktive Randbedingungen des Lagergehäuses nur begrenzt möglich ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine verbesserte Lagerung des Rotors auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwei Radiallagerbuchsen zur Lagerung einer Welle eines Rotors in einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers an ihrer der Welle zugewandten Innenfläche ausschließlich mit einer einzigen Fase oder aber mit zwei unterschiedlich großen Fasen auszubilden, wobei in letzterem Fall die im Einbauzustand einander zugewandten Fasen größer sind als die im Einbauzustand einander abgewandten Fasen. Bei der ersten Ausführungsform, bei welcher jede Radiallagerbuchse an ihrer der Welle zugewandten Innenfläche lediglich eine einzige Fase aufweist, sind diese im Einbauzustand einander zugewandt. Beide Ausführungsformen ermöglichen dabei einen größeren Axialabstand der beiden Radiallagerbuchsen zueinander, wodurch eine verbesserte Lagerung, insbesondere hinsichtlich einer Taumelanfälligkeit des Rotors, erreicht werden kann. Durch das weiter auseinanderliegen der beiden Radiallagerbuchsen und den größeren dazwischen liegenden Axialabstand kann somit eine deutlich verbesserte Laufruhe des Abgasturboladers über den gesamten Drehzahlbereich erreicht werden.
Zweckmäßig weist jede Radiallagerbuchse zumindest eine Ölzulaufbohrung auf, welche die Radiallagerbuchse radial durchdringt. Über eine derartige Ölzulaufbohrung ist eine Schmierung des jeweiligen Radiallagers möglich, insbesondere das Erzeugen des für die Lagerung wichtigen und zwischen der Radiallagerbuchse und der Welle bzw. dem Lagergehäuse erforderlichen Ölfilmes. Die Ölzulaufbohrung kann dabei mittig in Bezug auf die Innenfläche der jeweiligen Radiallagerbuchse und damit außermittig in Bezug auf die Außenfläche angeordnet sein. Rein theoretisch ist somit eine asymmetrische Anordnung der jeweiligen Ölzulaufbohrungen möglich.
Zweckmäßig sind die Radiallagerbuchsen jeweils durch ein Fixierelement in Axialrichtung fixiert. Ein derartiges Fixierelement kann beispielsweise als Sprengring, als Radialstufe an der Welle des Rotors oder als Anlaufscheibe ausgebildet sein und dient dabei der Begrenzung einer möglichen Axialbewegung der jeweiligen Radiallagerbuchse. Da sich beim Betrieb des Abgasturboladers die jeweilige Radiallagerbuchse mit je nach Betriebspunkt ca. der halben Drehzahl der Welle dreht, ist auch eine zumindest geringfügige Axialbewegung derselben möglich bzw. gewünscht. Um jedoch die Lagerfunktion stets gewährleisten zu können, ist ein zu weites axiales Ausweiten der jeweiligen Radiallagerbuchse unerwünscht, da ansonsten auch die in der Radiallagerbuchse vorgesehene Ölzulaufbohrung nicht mehr mit entsprechenden Ölkanälen im Lagergehäuse fluchtet, wodurch unter Umständen die Ölversorgung des Radiallagers beeinträchtigt sein kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist am Fixierelement eine Fase vorgesehen, die eine Ölabfuhr aus einem zwischen der Radiallagerbuchse und der Welle liegenden Ringspalt begünstigt. Über die Ölzulaufbohrung wird Öl zwischen die Innenfläche der jeweiligen Radiallagerbuchse und die Mantelfläche der Welle und zwischen die Außenfläche der Radiallagerbuchse und das Lagergehäuse gefördert, so dass in diesen Bereichen ein lagernder Schmierölfilm entsteht. Dieser tritt in Axialrichtung aus bzw. wird in Axialrichtung durch die Drehbewegung der Welle verdrängt. Um eine die Lagerfunktion reduzierende Reibbewegung zuverlässig verhindern zu können, ist erfindungsgemäß am Fixierelement eine Fase vorgesehen, wodurch der in Axialrichtung aus dem zwischen der Welle und der Radiallagerbuchse gelegenen Ringraum austretende Ölfilm in Radialrichtung nach außen transportiert wird und zwar in einen Ringraum zwischen einer jeweiligen Stirnfläche der Radiallagerbuchse und dem zugehörigen Fixierelement. In diesem Ringraum entsteht somit ebenfalls ein Ölfilm, welcher die Welle und damit den Rotor des Abgasturboladers in Axialrichtung lagert.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine erfindungsgemäße Radiallagerbuchse für einen Abgasturbolader nach einem der vorherigen Absätze anzugeben, welche an ihrer einer Welle des Abgasturboladers zugewandten Innenfläche eine einzige Fase aufweist oder aber zwei Fasen, die unterschiedlich groß sind. Rein theoretisch können dabei die Radiallagerbuchsen als Gleichteile ausgebildet sein, wobei beim Einbau in den Abgasturbolader stets darauf zu achten ist, dass bei Radiallagerbuchsen mit lediglich einer einzigen Fase diese im Einbauzustand einander zugewandt sind und bei Radiallagerbuchsen mit zwei unterschiedlichen großen Fasen die jeweils kleineren Fasen der beiden Radiallagerbuchsen im Einbauzustand voneinander abgewandt sind. Hierdurch ist es möglich, den Axialabstand zwischen den beiden Radiallagerbuchsen bei ansonsten gleichen Randbedingungen zu vergrößern, wodurch die Welle und damit auch der Rotor des Abgasturbolader in gleichem Bauraum breiter abgestützt ist und dadurch eine geringere Taumelbewegung ausführt. Derartige Taumelbewegungen sind insbesondere für die Laufruhe des Abgasturboladers besonders kritisch anzustehen.
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 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 Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Abgasturbolader mit einem Rotor, dessen Welle über zwei Radiallagerbuchsen im Lagergehäuse gelagert ist, gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit erfindungsgemäßen Radiallagerbuchsen mit lediglich einer einzigen Fase,
3 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit erfindungsgemäßen Radiallagerbuchsen mit zwei unterschiedlichen großen Fasen,
4 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit einem zusätzlichen Fixierelement.
Entsprechend der 1, weist ein Abgasturbolader 1' gemäß dem Stand der Technik einen Rotor 2' auf, dessen Welle 3' über zwei Radiallagerbuchsen 4' und 5' in einem Lagergehäuse 6' gelagert ist. Die beiden Radiallagerbuchsen 4', 5' besitzen an ihrer der Welle 3' zugewandten Innenfläche 7' jeweils zwei Fasen 8' und 9' wobei die Fasen 8', 9' gleich groß ausgebildet sind. Hieraus ergibt sich ein mittlerer Axialabstand L₀ der beiden Innenflächen 7'.
Gemäß den 2 bis 4 weist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 ebenfalls einen Rotor 2 auf, dessen Welle 3 über zwei Radiallagerbuchsen 4, 5 im Lagergehäuse 6 gelagert ist. Im Unterschied zur 1 sind dabei die Bezugszeichen ohne Apostroph geschrieben. Betrachtet man nun die 2, so kann man erkennen, dass jede der beiden Radiallagerbuchsen 4, 5 erfindungsgemäß an ihrer der Welle 3 zugewandten Innenfläche 7 lediglich eine einzige Fase 9 aufweist, die im Einbauzustand einander zugewandt sind. Die gemäß dem Stand der Technik vorgesehen außenliegende Fase 8' ist bei den Radiallagerbuchsen 4, 5 gemäß der 2 nicht vorgesehen. Hieraus ergibt sich ein mittlerer Axialabstand L₁ der beiden Innenflächen 7, welcher eindeutig größer ist als der Axialabstand L₀ beim Abgasturbolader 1' gemäß dem Stand der Technik, so dass der Rotor 2 beim erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 gemäß der 2 breiter gelagert und dadurch die Gefahr einer Taumelbewegung des Rotors 2 reduziert werden kann.
Alternativ zu der gemäß der 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Radiallagerbuchsen 4, 5 bzw. des Abgasturboladers 1, weisen die beiden Radiallagerbuchsen 4, 5 gemäß der 3 an ihrer der Welle 3 zugewandten Innenfläche 7 zwei Fasen 8, 9 auf, wobei die im Einbauzustand einander zugewandten Fasen 9 größer sind als die im Einbauzustand einander abgewandten Fasen 8. Hieraus resultiert ein mittlerer Axialabstand L₂ der beiden Innenflächen 7 der Radiallagerbuchsen 4, 5, der größer ist als der mittlere Axialabstand L₀ beim Abgasturbolader 1' gemäß dem Stand der Technik, jedoch kleiner als der mittlere Axialabstand L₁ bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 gemäß der 2. Der mittlere Axialabstand L bezieht sich dabei immer auf die axiale Mittellinie der jeweiligen Innenfläche 7 der Radiallagerbuchse 4, 5.
Betrachtet man die 2 bis 3, so kann man erkennen, dass jede Radiallagerbuchse 4, 5 eine Ölzulaufbohrung 10 aufweist, welche die Radiallagerbuchse 4, 5 radial durchdringt und Öl in eine zwischen der Welle 3 und der Innenfläche 7 der jeweiligen Radiallagerbuchse 4, 5 gelegenen Ringraum zum Aufbau eines Schmierfilms leitet. Die Ölzulaufbohrung 10 ist dabei vorzugsweise mittig in Bezug auf die Innenfläche 7 schon damit außermittig in Bezug auf die Außenfläche 11 der jeweiligen Radiallagerbuchse 4, 5 angeordnet.
Betrachtet man den Abgasturbolader 1 gemäß der 4, so kann man erkennen, dass die Radiallagerbuchse 4, 5 jeweils durch ein Fixierelement 12 in Axialrichtung 13 fixiert sind. Das Fixierelement 12 kann beispielsweise als Sprengring, als Radialstufe 14 des Rotors 2 bzw. der Welle 3 oder als Anlaufscheibe 15 ausgebildet sein. In jedem Fall begrenzt es eine axiale Bewegungsfreiheit der jeweiligen Radiallagerbuchse 4, 5. Am Fixierelement 12 kann darüber hinaus eine Fase 16 vorgesehen sein, die eine Ölabfuhr aus einem zwischen der Radiallagerbuchse 4, 5 und der Welle 3 liegenden Ringspalt begünstigt und dadurch auch zum Aufbau eines lagernden Schmierölfilms zwischen dem Fixierelement 12 und der Stirnseite der jeweiligen Radiallagerbuchse 4, 5 führt.
Selbstverständlich soll mit der vorliegenden Anmeldung nicht nur der Abgasturbolader 1 als Ganzes unter Schutz gestellt werden, sondern auch die Radiallagerbuchse 4, 5, welche beispielsweise als Ersatzteil angeboten werden können.
Mit den erfindungsgemäßen Radiallagerbuchsen 4, 5 bzw. dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 ist ein größerer mittlerer Axialabstand L der beiden Radiallagerbuchsen 4, 5 bzw. der zugehörigen Innenflächen 7 möglich, wodurch insbesondere eine Taumelneigung des Rotors 2 reduziert werden kann.

Claims

Abgasturbolader (1) mit einem Rotor (2), dessen Welle (3) über zwei Radiallagerbuchsen (4, 5) im Lagergehäuse (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, – dass jede Radiallagerbuchse (4, 5) an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) eine einzige Fase (9) aufweist, die im Einbauzustand einander zugewandt sind, oder – dass jede Radiallagerbuchse (4, 5) an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) zwei Fasen (8, 9) aufweist, wobei die im Einbauzustand einander zugewandten Fasen (9) größer sind als die im Einbauzustand einander abgewandten Fasen (8).
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Radiallagerbuchse (4, 5) zumindest eine Ölzulaufbohrung (10) aufweist, welche die Radiallagerbuchse (4, 5) radial durchdringt.
Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzulaufbohrung (10) mittig in Bezug auf die Innenfläche (10) und damit außermittig in Bezug auf die Außenfläche (11) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Radiallagerbuchse (4, 5) durch ein Fixierelement (12) in Axialrichtung fixiert ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (12) als Sprengring, als Radialstufe (14) des Rotors (2) oder als Anlaufscheibe (15) ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Fixierelement (12) eine Fase (16) vorgesehen ist, die eine Ölabfuhr aus einem zwischen der Radiallagerbuchse (4, 5) und der Welle (3) liegenden Ringspalt begünstigt.
Radiallagerbuchse (4, 5) für einen Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – die an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) eine einzige Fase (9) aufweist, oder – die an ihrer der Welle (3) zugewandten Innenfläche (7) zwei Fasen (8, 9) aufweist, die unterschiedlich groß sind.