DE102014209034A1

DE102014209034A1 - Radialwälzlager für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102014209034A1
Application number: DE102014209034.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Peter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager (1) für einen Abgasturbolader mit zumindest einem in einem Lagergehäuse des Abgasturboladers anordbaren Außenring (2), zumindest einem auf einer Läuferwelle des Abgasturboladers anordbaren Innenring (5) und zumindest zwei zueinander beabstandeten Wälzkörperreihen (7, 9), die jeweils verdichterseitig oder turbinenseitig vorgesehen sind und deren Wälzkörper (6, 8) an Laufbahnen (12, 13, 14, 15) des zumindest einen Außenringes (2) und des zumindest einen Innenringes (5) geführt sind. Um ein Radialwälzlager (1) für einen Abgasturbolader dahingehend weiterzubilden, dass es im Vergleich zu herkömmlichen Radialwälzlagern mit einem reduzierten Gewicht und verbesserten Reibungseigenschaften unter geringeren Kosten herstellbar ist, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass sich die verdichterseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe (7) und die turbinenseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe (9) hinsichtlich der Ausbildung der verwendeten Wälzkörper (6, 8) und/oder deren Anzahl voneinander unterscheiden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager für einen Abgasturbolader mit zumindest einem in einem Ladergehäuse des Abgasturboladers anordbaren Außenring, zumindest einem auf einer Läuferwelle des Abgasturboladers anordbaren Innenring und zumindest zwei zueinander beabstandeten Wälzkörperreihen, die jeweils verdichterseitig oder turbinenseitig vorgesehen sind und deren Wälzkörper an Laufbahnen des zumindest einen Außenringes und des zumindest einen Innenringes geführt sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse und einem daran angeordneten Radialwälzlager.
Stand der Technik
Ein Abgasturbolader weist ein Ladergehäuse, ein Turbinenrad, ein Verdichterrad und eine das Turbinenrad drehfest mit dem Verdichterrad verbindende Läuferwelle auf. Die Läuferwelle ist über wenigstens ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar im Ladergehäuse des Abgasturboladers angeordnet. Ein Radialwälzlager für einen Abgasturbolader kann zur Aufnahme von radialen und axialen Lasten beispielsweise als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet sein.
Ein Radialwälzlager umfasst üblicherweise einen Außenring, einen ein- oder zweiteilig ausgebildeten Innenring und zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Wälzkörper einheitlicher Größe, wobei an einer Innenseite des Außenrings und an einer Außenseite des Innenrings Laufbahnen zur Führung der Wälzkörper angeordnet sind. Ein Radialwälzlager kann zudem einen Wälzkörperkäfig aufweisen, über den die Wälzkörper des Radialwälzlagers beabstandet zueinander geführt werden. Ein fertig montiertes Radialwälzlager kann auf eine Läuferwelle eines Abgasturboladers gesteckt werden. Anschließend kann die aus dem Radialwälzlager und der Läuferwelle gebildete Baugruppe in entsprechenden Aufnahmebohrungen des Ladergehäuse montiert werden.
Eine Lagereinheit für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der DE 10 2010 054 926 A1 bekannt. Diese Lagereinheit weist einen einteilig ausgebildeten Außenring, einen zweiteiligen Innenring und zwei Wälzkörperreihen mit identisch ausgebildeten Wälzkörpern aufweist. Die Wälzkörperreihen sind an Laufbahnen an des Außenrings und der beiden Innenringe geführt, wobei die mit einer Wälzkörperreihe zusammenwirkenden Laufbahnen jeweils ein Schrägschulterlager bilden. Die beiden Schrägschulterlager können in entgegengesetzten Richtungen Axialkräfte aufnehmen, die von dem Turbinenrad oder dem Verdichterrad in die Läuferwelle eingeleitet werden.
Weiterhin offenbart die EP 1 105 662 B1 eine Kegelritzelwelle eines Verteilergetriebes, die abgestuft ausgebildet ist. Die Kegelritzelwelle ist über zwei Tandem-Schrägkugellager mit kugelförmigen Wälzkörpern gelagert ist, wobei sich die Tandem-Schrägkugellager im Durchmesser ihrer Laufbahnen und ihrer jeweiligen kugelförmigen Wälzkörper voneinander unterscheiden, um unterschiedlich starke Belastungen über die Tandem-Schrägkugellager aufnehmen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Radialwälzlager für einen Abgasturbolader dahingehend weiterzubilden, dass es im Vergleich zu herkömmlichen Radialwälzlagern mit einem reduzierten Gewicht und verbesserten Reibungseigenschaften unter geringeren Kosten herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Radialwälzlager gemäß Patentanspruch 1 und einen Abgasturbolader gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Das erfindungsgemäße Radialwälzlager für einen Abgasturbolader umfasst zumindest einen in einem Lagergehäuse des Abgasturboladers anordbaren Außenring, zumindest einen auf einer Läuferwelle des Abgasturboladers anordbaren Innenring und zumindest zwei zueinander beabstandete Wälzkörperreihen, die jeweils verdichterseitig oder turbinenseitig vorgesehen sind und deren Wälzkörper an Laufbahnen des zumindest einen Außenringes und des zumindest einen Innenringes geführt sind. Die verdichterseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe und die turbinenseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe unterscheiden sich hinsichtlich der Ausbildung der verwendeten Wälzkörper und/oder deren Anzahl voneinander.
Der erfindungsgemäße Verwendung von unterschiedlich ausgebildeten Wälzkörpern zur Ausbildung der Wälzkörperreihen ermöglicht eine individuelle Anpassung der Wälzkörperreihen bzw. eines erfindungsgemäßen Radialwälzlagers an die jeweilig auf das Radialwälzlager einwirkenden Belastungen. Bei herkömmlichen Radialwälzlagern sind die Wälzkörper hingegen einheitlich dimensioniert, so dass ein herkömmliches Wälzlager nicht entsprechend individuell anpassbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Wälzkörperreihen, die sich in der Anzahl der jeweilig zu ihrer Ausbildung verwendeten Wälzkörper voneinander unterscheiden, ist ebenfalls eine individuelle Anpassbarkeit des Radialwälzlagers verbunden. Zudem sind mit dieser Verwendung vorteilhafte Gewichtseinsparungen, reduzierte Herstellungskosten und verbesserte Reibungseigenschaften verbunden.
Mit einer erfindungsgemäßen Verwendung von Wälzkörpern für eine Wälzkörperreihe, die beispielsweise kleiner als herkömmlich zu demselben Zweck verwendete Wälzkörper dimensioniert sind, ist eine Gewichtseinsparung verbunden, was insbesondere bei im Automobilbereich eingesetzten Radialwälzlagern erwünscht ist. Zudem lassen sich durch eine solche Verwendung von kleiner als herkömmlich dimensionierten Wälzkörpern die Reibungseigenschaften eines entsprechend ausgestatteten Radialwälzlagers verbessern. Ferner ist die Verwendung von kleiner als herkömmlich dimensionierten Wälzkörpern mit einer Materialersparnis und mit einer daraus hervorgehenden Kostenersparnis verbunden. Eine kleinere Dimensionierung von Wälzkörpern zeichnet sich bei üblichen Wälzkörpern durch einen kleineren Durchmesser der Wälzkörper aus.
Das erfindungsgemäße Radialwälzlager kann als zweireihiges Schrägschulterlager mit einer verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe und einer turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe ausgebildet sein. Alternativ kann das Radialwälzlager als vierreihiges Schrägwälzlager mit zwei verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihen und zwei turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihen ausgebildet sein, wozu außenliegende Laufbahnen an dem Außenring und an dem Innenring einen größeren Durchmesser als innenliegende Laufbahnen aufweisen können. Hierbei ist eine Wälzkörperreihe verdichterseitig vorgesehen, wenn sie in einem fertig montierten Abgasturbolader näher an einem Verdichterrad als an einem Turbinenrad des Abgasturboladers, also abtriebseitig oder lastseitig, an dem Radialwälzlager angeordnet ist. Hingegen ist eine Wälzkörperreihe turbinenseitig vorgesehen, wenn sie in einem fertig montierten Abgasturbolader näher an einem Turbinenrad als an einem Verdichterrad des Abgasturboladers, also antriebseitig, an dem Radialwälzlager angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Wälzkörper der turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe einen kleineren Durchmesser als die Wälzkörper der verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe auf. In der Regel sind herkömmlich eingesetzte Wälzkörper eines Radialwälzlagers mit einheitlicher Dimensionierung auf die stärkeren verdichterseitigen Belastungen ausgelegt. Hierdurch sind solche einheitlichen Wälzkörper jedoch für die geringeren turbinenseitigen Belastungen zu groß ausgelegt. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann dies bei der Auslegung eines Radialwälzlagers berücksichtigt werden, indem die Wälzkörper der turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe mit einem kleineren Durchmesser als die Wälzkörper der verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe ausgelegt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Wälzkörperreihen unterschiedliche Bauarten von Wälzkörpern auf. Als Bauarten kommen Wälzkörper in Form von Kugeln, Rollen, Tonnen, Nadeln, Kugelrollen oder Kegelrollen in Betracht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die verdichterseitig vorgesehene Wälzkörperreihe mehr Wälzkörper als die turbinenseitig vorgesehene Wälzkörperreihe auf. Dies ist aufgrund des oben beschriebenen Unterschieds zwischen verdichterseitigen Belastungen und turbinenseitigen Belastungen von Vorteil.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Wälzkörper von wenigstens einer Wälzkörperreihe als Kugeln ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Wälzkörper aller Wälzkörperreihen als Kugeln ausgebildet.
Es wird des Weiteren als vorteilhaft erachtet, wenn die Wälzkörper von wenigstens einer Wälzkörperreihe in einem Wälzkörperkäfig geführt sind. Dies macht eine optimale Führung insbesondere einer reduzierten Anzahl an Wälzkörpern einer Wälzkörperreihe möglich. Es können auch die Wälzkörper beider Wälzkörperreihen jeweils in einem Wälzkörperkäfig geführt sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wälzlager jeweils als Schrägschulterlager ausgebildet sind, die in entgegengesetzten Richtungen Axialkräfte aufnehmen. Die kugelförmigen Wälzkörper eines Schrägschulterlagers sind in einer als Rille ausgebildeten Laufbahn des Innenrings und an einer als schräg verlaufende Schulter ausgebildeten Laufbahn des Außenrings geführt. Hierdurch können von dem Radialwälzlager neben radialen Kräften auch axiale Kräfte aufgenommen werden.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader umfasst ein Ladergehäuse und ein darin angeordnetes Radialwälzlager, wobei das Radialwälzlager gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist. Mit diesem Abgasturbolader sind die oben mit Bezug auf das Radialwälzlager genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche und der von diesen abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf das dargestellte Ausgestaltungsbeispiel beschränken.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt:
In der einzigen Figur einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Radialwälzlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Radialwälzlager 1 für einen nicht näher dargestellten Abgasturbolader. Das Radialwälzlager 1 ist im vorliegenden Fall als zweireihiges Schrägschulterlager ausgebildet.
Das Radialwälzlager 1 umfasst einen in einem nicht gezeigten Ladergehäuse des Abgasturboladers anordbaren Außenring 2, einen auf einer nicht gezeigten Läuferwelle des Abgasturboladers anordbaren, aus Teilabschnitten 3 und 4 gebildeten Innenring 5, eine verdichterseitig vorgesehene Wälzkörperreihe 7 und eine turbinenseitig vorgesehene Wälzkörperreihe 9, wobei Wälzkörper 6 bzw. 8 der Wälzkörperreihen 7 und 9 an Laufbahnen 12 und 13 bzw. 14 und 15 des Außenringes 2 und der Teilabschnitte 3 und 4 des Innenringes 5 geführt sind. Dabei sind die Laufbahnen 12 und 14 an einer Innenmantelfläche 10 des für beide Wälzkörperreihen 7 und 9 gemeinsamen Außenrings 2 vorgesehen. Weiterhin sind die Laufbahnen 13 und 15 an einer Außenmantelfläche 11 des aus den Teilabschnitten 3 und 4 gebildeten Innenrings 5 angeordnet. Die Wälzkörper 6 und 8 der Wälzkörperreihen 7 bzw. 9 sind als Kugeln ausgebildet und jeweils in einem Wälzkörperkäfig 16 bzw. 17 geführt.
Die Wälzkörperreihen 7 und 9 unterscheiden sich hinsichtlich der Durchmesser der verwendeten Wälzkörper 6 bzw. 8 voneinander, wobei die Wälzkörper 6 der verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe 7 einen größeren Durchmesser als die Wälzkörper 8 der turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe 9 aufweisen und wobei die verdichterseitig vorgesehene Wälzkörperreihe 7 mehr Wälzkörper 6 als die turbinenseitig vorgesehene Wälzkörperreihe 9 aufweisen kann. Die Formgebung der jeweilig mit einer Wälzkörperreihe 7 oder 9 zusammenwirkenden Laufbahnen 12 und 13 bzw. 14 und 15 ist an die Formgebung der Wälzkörper 6 bzw. 8 dieser Wälzkörperreihe 7 bzw. 9 angepasst, wobei die Laufbahnen 12 und 14 als Schultern des Außenrings 2 ausgebildet sind. Die Laufbahnen 13 und 15 des Innenrings 5 weisen eine rillenförmige Kontur auf.
Bezugszeichenliste

1: Radialwälzlager
2: Außenring
3: Teilabschnitt von 5
4: Teilabschnitt von 5
5: Innenring
6: Wälzkörper verdichterseitig
7: Wälzkörperreihe
8: Wälzkörper turbinenseitig
9: Wälzkörperreihe
10: Innenmantelfläche von 2
11: Außenmantelfläche von 5
12: Laufbahn
13: Laufbahn
14: Laufbahn
15: Laufbahn
16: Wälzkörperkäfig
17: Wälzkörperkäfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054926 A1 [0005]
EP 1105662 B1 [0006]

Claims

Radialwälzlager (1) für einen Abgasturbolader mit zumindest einem in einem Ladergehäuse des Abgasturboladers anordbaren Außenring (2), zumindest einem auf einer Läuferwelle des Abgasturboladers anordbaren Innenring (5) und zumindest zwei zueinander beabstandeten Wälzkörperreihen (7, 9), die jeweils verdichterseitig oder turbinenseitig vorgesehen sind und deren Wälzkörper (6, 8) an Laufbahnen (12, 13, 14, 15) des zumindest einen Außenringes (2) und des zumindest einen Innenringes (5) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die verdichterseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe (7) und die turbinenseitig vorgesehene zumindest eine Wälzkörperreihe (9) hinsichtlich der Ausbildung der verwendeten Wälzkörper (6, 8) und/oder deren Anzahl voneinander unterscheiden.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) der turbinenseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe (9) einen kleineren Durchmesser als die Wälzkörper (8) der verdichterseitig vorgesehenen Wälzkörperreihe (7) aufweisen.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperreihen (7, 9) unterschiedliche Bauarten von Wälzkörpern (6, 8) aufweisen.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichterseitig vorgesehene Wälzkörperreihe (7) mehr Wälzkörper (6) als die turbinenseitig vorgesehene Wälzkörperreihe (9) aufweist.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6, 8) von wenigstens einer Wälzkörperreihe (7, 9) als Kugeln ausgebildet sind.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6, 8) von wenigstens einer Wälzkörperreihe (7, 9) in einem Wälzkörperkäfig (16, 17) geführt sind.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperreihen (7, 9) jeweils gemeinsam mit dem zumindest einen Außenring (2) und dem zumindest einen Innenring (5) als Schrägschulterlager ausgebildet sind, die neben den Radialkräften in entgegengesetzten Richtungen wirkende Axialkräfte aufnehmen.
Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse und einem daran angeordneten Radialwälzlager (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.