DE102014213330A1

DE102014213330A1 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102014213330A1
Application number: DE102014213330.0A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Kleinschmidt; Alexander Baeuerle; Jörg Eckert; Christoph Butscher; Ulrich Siol; Thomas Striedelmeyer
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-01-14
Also published as: CN105275510A; US20160010500A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader, mit einem Rotor (2), der über zumindest eine, eine Ölbohrung (3) aufweisende Lagerbuchse (4) in einem Lagergehäuse (5) gelagert ist, wobei zwischen dem Rotor (2) und der Lagerbuchse (4) einerseits und der Lagerbuchse (4) und dem Lagergehäuse (5) andererseits ein Ölfilm vorgesehen ist. Erfindungswesentlich ist dabei, – dass das Lagergehäuse (5) zumindest einen Ölzuführungskanal (9) zur Schmierung der Lagerbuchse (4) aufweist, – dass der Ölzuführungskanal (9) und/oder die Ölbohrung (3) in der Lagerbuchse (4) derart ausgerichtet und/oder ausgebildet sind/ist, dass die Lagerbuchse (4) im Betrieb der Ladeeinrichtung (1) durch einen aus dem Ölzuführungskanal (9) tretenden Ölstrahl in Drehrichtung (10) des Rotors (2) positiv beschleunigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader mit einem Rotor, der über zumindest eine eine Ölbohrung aufweisende Lagerbuchse in einem Lagergehäuse gelagert ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lagerbuchse zur Lagerung eines Rotors in einer solchen Ladeeinrichtung.
Üblicherweise werden Rotoren in Ladeeinrichtungen mittels so genannter Lagerbuchsen schwimmend gelagert, wobei die Lagerbuchse die zu lagernde Welle des Rotors umgibt und in einem Lagergehäuse gelagert ist. Die Lagerbuchse weist eine Außen- und eine Innenoberfläche auf, über die sich bei gegebenen Scherkräften zwischen äußerem und innerem Ölfilm eine Buchsendrehzahl einstellt. Bei der Lagerung des Rotors ist zu beachten, dass im Raum zwischen der Innenfläche der Lagerbuchse und der Welle aufgrund der Drehung der Rotorwelle eine Schwingung aufgrund einer Ölverwirbelung oder eines Ölschlagens bzw. -Peitschens (oil whirl) der Rotorwelle durch eine dynamische Wirkung des Ölfilms hervorgerufen werden kann. Eine derartige Wirbelschwingung beeinträchtigt jedoch die Lagerung und sollte deshalb vermieden werden.
Aus der US 3,096,126 A ist ein Abgasturbolader mit einem Rotor bekannt, der in einem Lagergehäuse gelagert ist und bei dem die zuvor beschriebenen Wirbelschwingungen der Rotorwelle aufgrund des Ölfilms unterdrückt werden sollen. Hierzu wird die Lagerbuchse gebremst, indem der Reibungswiderstand derselben erhöht wird.
Um den zwischen dem Lagergehäuse und der Außenoberfläche der Lagerbuchse vorhandenen Ringraum mit dem zwischen der Rotorwelle und der Innenoberfläche der Lagerbuchse vorhandenen Ringraum kommunizierend zu verbinden, besitzen bekannte Lagerbuchsen üblicherweise eine Ölbohrung, die im Wesentlichen radial durch die Lagerbuchse verläuft und einen Öltransport zwischen den beiden zuvor genannten Ringräumen ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher insbesondere negative Wirbelschwingungen im Bereich eines Ölfilms zumindest reduziert werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Drehzahl einer Lagerbuchse eines Radiallagers für einen Rotor in einer Ladeeinrichtung durch eine gezielte Beschleunigung der Lagerbuchse so weit zu erhöhen, dass die Wirbelschwingungen (oil whirl) erst bei Frequenzen, das heißt bei Rotordrehzahlen, außerhalb des normalen Betriebsbereichs auftreten, so dass diese für den normalen Betriebszustand der Ladeeinrichtung gänzlich vermieden werden können. Die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung besitzt dabei einen Rotor, der über mindestens eine, eine Ölbohrung aufweisende Lagerbuchse in einem Lagergehäuse gelagert ist. Zwischen dem Rotor und der Lagerbuchse einerseits und der Lagerbuchse und dem Lagergehäuse andererseits ist dabei ein Ringraum mit jeweils einem Ölfilm zur Radiallagerung des Rotors vorgesehen. Erfindungsgemäß weist nun das Lagergehäuse zumindest einen Ölzuführungskanal zur Schmierung der Lagerbuchse auf, wobei der Ölzuführungskanal und/oder die Ölbohrung in der Lagerbuchse derart ausgerichtet bzw. ausgebildet sind, dass die Lagerbuchse im Betrieb der Ladeeinrichtung durch einen aus dem Ölzuführungskanal tretenden Ölstrahl in Drehrichtung des Rotors positiv beschleunigt wird. Im Unterschied zu der US 3,096,126 A wird somit die Lagerbuchse nicht gebremst, sondern beschleunigt und zwar so stark, dass eventuell auftretende Wirbelschwingungen erst bei einer Rotordrehzahl auftreten würden, die im Betrieb der Ladeeinrichtung, das heißt insbesondere des Abgasturboladers, nicht erreicht werden. Mit dieser vergleichsweise einfachen Modifikation kann somit eine deutlich verbesserte Lagerung des Rotors erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Lagerbuchse wenigstens eine außenliegende und in Axialrichtung verlaufende und stirnseitig und nach außen offene Keilnut auf, in welche der aus dem Ölzuführungskanal tretende Ölstrahl eintritt und dadurch die Beschleunigung der Lagerbuchse bewirkt. Die Beschleunigung der Lagerbuchse erfolgt dabei impulsartig, immer wenn sich die Lagerbuchse so weit weitergedreht hat, dass der Ölstrahl erneut in dieselbe Keilnut oder in eine benachbarte Keilnut eintritt. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann die Lagerbuchse auch wenigstens eine außenliegende in Axialrichtung verlaufende und stirnseitig geschlossene Keilnut aufweisen, die zudem beispielsweise bogenförmig ausgebildet ist. Auch eine winkelförmige Ausbildung der Keilnut ist denkbar. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, wie mannigfaltig die Keilnut im Bereich der Außenmantelfläche der Lagerbuchse ausgebildet sein kann, um die erfindungsgemäße Drehzahlerhöhung zu erreichen.
Zweckmäßig läuft die zumindest eine Ölbohrung radial oder schräg durch die Lagerbuchse. Bei einem radialen Verlauf der Ölbohrung durch die Lagerbuchse ist die im vorherigen Absatz beschriebene Keilnut zur Beschleunigung derselben erforderlich, wogegen bei einem schrägen Verlauf rein theoretisch sogar auf die Keilnut verzichtet werden kann, da aufgrund der schrägen Anordnung der Ölbohrung der in dieser geförderte Ölstrom eine Abstoßwirkung erzeugt, welche die Lagerbuchse in Drehrichtung des Rotors beschleunigt. Selbstverständlich ist rein theoretisch auch das Vorsehen sowohl zumindest einer Keilnut als auch einer schrägen Ölbohrung denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der zumindest eine Ölzuführungskanal eine in Richtung der Lagerbuchse wirkende Düse auf. Eine derartige Düse bewirkt ein Beschleunigen des aus dem Ölzuführungskanal austretenden Ölstrahls, wodurch dieser mit höherer Geschwindigkeit auf die Lagerbuchse trifft und dadurch diese noch mehr beschleunigt. Selbstverständlich können rein theoretisch auch mehrere Ölzuführungskanäle in der zuvor beschriebenen Weise im Lagergehäuse in Umfangsrichtung versetzt und/oder in Axialrichtung versetzt angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Lagerbuchse zur Lagerung eines Rotors in einer Ladeeinrichtung mit wenigstens einer außenliegenden, in Axialrichtung verlaufenden und stirnseitig sowie nach außen offenen Keilnut auszubilden, wodurch diese bei einer entsprechenden Ölanströmung aus dem Ölzuführungskanal in Drehrichtung des Rotors beschleunigt wird. Alternativ kann die Lagerbuchse selbstverständlich auch eine außenliegende, in Axialrichtung verlaufende und stirnseitig geschlossene aber nach außen offene Keilnut aufweisen oder eine bogenförmige und stirnseitig und nach außen offene Keilnut oder eine außenliegende, winkelförmige und stirnseitig und nach außen offene Keilnut. Ist der Ölzuführungskanal im Lagergehäuse entsprechend ausgerichtet, so dass der daraus austretende Ölstrahl im Wesentlichen tangential in Drehrichtung der Lagerbuchse auf deren Außenmantelfläche auftritt, in der auch eine derartige Ladeeinrichtung mit einer neuen erfindungsgemäßen Lagerbuchse nachgerüstet und damit hinsichtlich ihrer Lagerung verbessert werden. Verläuft hingegen der Ölzuführungskanal radial zur Lagerbuchse, so könnte die drehzahlerhöhende Wirkung durch eine schräg durch die Lagerbuchse verlaufende Ölbohrung erzielt werden, so dass auch in diesem Fall ein herkömmlicher Abgasturbolader, das heißt eine herkömmliche Ladeeinrichtung, durch Einbau einer neuen erfindungsgemäßen Lagerbuchse hinsichtlich seiner Ölwirbelschwingungen verbessert werden kann.
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.
Dabei zeigen, jeweils schematisch
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung im Bereich einer Lagerbuchse sowie eine Ansicht von außen auf die erfindungsgemäße Lagerbuchse,
2 und 3 Darstellungen wie in der 1, jedoch bei anders ausgebildeter Lagerbuchse,
4 weitere Ansichten unterschiedlicher Lagerbuchsen,
5 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit anders gerichtetem Ölzuführungskanal und anders gerichteter Ölbohrung in der Lagerbuchse,
6 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit unterschiedlich ausgebildeter Lagerbuchse und unterschiedlich ausgebildetem Ölzuführungskanal, in diesem Fall mit Düse.
Entsprechend den 1 bis 3 und 5 und 6, weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1, welche beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet sein kann, einen Rotor 2 auf, der über zumindest eine, eine Ölbohrung 3 aufweisende Lagerbuchse 4 in einem Lagergehäuse 5 der Ladeeinrichtung 1 gelagert ist. Zwischen dem Rotor 2, das heißt im konkreten Fall einer Welle 6 des Rotors 2, und der Lagerbuchse 4 ist dabei ein erster Ringraum 7 vorgesehen, in welchem ein Ölfilm vorliegt, ebenso wie in einem zweiten Ringraum 8, der durch das Lagergehäuse 5 und die Lagerbuchse 4 begrenzt ist. Zur Schmierung der beiden Ringräume 7, 8 ist erfindungsgemäß ein Ölzuführungskanal 9 im Lagergehäuse 5 vorgesehen, wobei der Ölzuführungskanal 9 und/oder die Ölbohrung 3 in der Lagerbuchse 4 derart ausgerichtet und/oder ausgebildet sind/ist, dass die Lagerbuchse 4 im Betrieb der Ladeeinrichtung 1 durch eine aus dem Ölzuführungskanal 9 tretenden Ölstrahl in Drehrichtung 10 des Rotors 2 bzw. der Welle 6 positiv beschleunigt wird. Hierdurch kann eine gezielte Beschleunigung der Lagerbuchse 4 erreicht werden dergestalt, dass der sogenannte „oil whirl“ (Wirbelschwingung) erst bei Frequenzen (das heißt bei Rotordrehzahlen) außerhalb des normalen Betriebsbereichs auftritt.
Betrachtet man nun die Lagerbuchse 4 gemäß der 1, so kann man an dieser erkennen, dass diese mehrere Ölbohrungen 3 aufweist, im vorliegenden Fall sogar insgesamt sechs, sowie zwei außenliegende, in Axialrichtung verlaufende und stirnseitig geschlossene aber nach außen offene Keilnuten 11, in welche ein aus dem Ölzuführungskanal 9 tretender Ölstrahl eintritt und dadurch die Lagerbuchse 4 in Drehrichtung 10 beschleunigt. Selbstverständlich können mehrere derartiger Keilnuten 11 oder aber auch lediglich eine einzige vorgesehen sein. Üblicherweise sind um den Umfang der Lagerbuchse 4 zumindest zwei solcher Keilnuten 11 angeordnet, um die Lagerbuchse 4 hinsichtlich ihrer Unwucht positiv zu beeinflussen.
Betrachtet man die Keilnut 11 der in der 2 dargestellten Lagerbuchse 4, so kann man erkennen, dass diese in Axialrichtung 12 verläuft, aber stirnseitig offen ausgebildet ist. Das heißt, die Keilnut 11 erstreckt sich über die gesamte axiale Länge der Lagerbuchse 4.
Betrachtet man die Keilnut 11 der Lagerbuchse 4 der 3, so ist diese analog zur Keilnut 11 gemäß der 1 ausgebildet, wobei hier die Ölbohrung 3 in die Keilnut 11 mündet, ebenso wie gemäß der 2, jedoch im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den 1 und 4, bei welchen die Keilnuten 11 jeweils in Umfangsrichtung zwischen zwei Ölbohrungen 3 angeordnet sind.
Bei den Keilnuten 11 der in den 4 dargestellten Lagerbuchsen 4 ist die Keilnut 11 in der rechten Darstellung winkelförmig ausgebildet, wogegen sie in der rechten Darstellung bogenförmig ausgebildet ist.
Eine Besonderheit des Ölzuführungskanals 9 ist noch gemäß der 6 dargestellt, bei welcher der Ölzuführungskanal 9 eine in Richtung der Lagerbuchse 4, insbesondere in Drehrichtung 10 der Lagerbuchse 4 wirkende Düse 13 aufweist. Die Düse 13 bewirkt dabei eine Beschleunigung des in dem Ölzuführungskanal 9 strömenden Ölstroms.
Betrachtet man die Ölzuführungskanäle 9 gemäß den 1 bis 3 sowie 6, so kann man erkennen, dass die dort dargestellten Ölzuführungskanäle 9 schräg zur Axialrichtung 12 verlaufen, wogegen der Ölzuführungskanal 9 gemäß der 5 orthogonal zur Axialrichtung 12 verläuft. In dem gemäß der 5 gezeigten Fall hingegen verläuft jedoch die Ölbohrung 3 schräg zur Axialrichtung 12, die in diesem Fall senkrecht zur Bildebene verläuft. Die Bohrung 3 funktioniert wie eine Düse, wobei die Beschleunigung des Öls in der Bohrung 3 einen Drehimpuls (im Uhrzeigersinn in 5) an die Buchse 4 abgibt.
Sämtlichen gezeigten Ausführungsformen ist dabei gemein, dass durch die Ausrichtung bzw. Ausbildung des Ölzuführungskanals 9 und/oder der Ölbohrung 3 die Lagerbuchse 4 beim Betrieb der Ladeeinrichtung 1, das heißt insbesondere beim Betrieb des Abgasturboladers, durch einen aus dem Ölzuführungskanal 9 tretenden Ölstrahl in Drehrichtung 10 des Rotors 2 positiv beschleunigt, wodurch die kritischen Wirbelschwingungen (oil-whirl) erst bei Frequenzen (Rotordrehzahlen) auftreten, die außerhalb des normalen Betriebsbereichs liegen.
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 3096126 A [0003, 0007]

Claims

Ladeeinrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader, mit einem Rotor (2), der über zumindest eine, eine Ölbohrung (3) aufweisende Lagerbuchse (4) in einem Lagergehäuse (5) gelagert ist, wobei zwischen dem Rotor (2) und der Lagerbuchse (4) einerseits und der Lagerbuchse (4) und dem Lagergehäuse (5) andererseits ein Ölfilm vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Lagergehäuse (5) zumindest einen Ölzuführungskanal (9) zur Schmierung der Lagerbuchse (4) aufweist, – dass der Ölzuführungskanal (9) und/oder die Ölbohrung (3) in der Lagerbuchse (4) derart ausgerichtet und/oder ausgebildet sind/ist, dass die Lagerbuchse (4) im Betrieb der Ladeeinrichtung (1) durch einen aus dem Ölzuführungskanal (9) tretenden Ölstrahl in Drehrichtung (10) des Rotors (2) positiv beschleunigt wird.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende in Axialrichtung (12) verlaufende und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende in Axialrichtung (12) verlaufende und stirnseitig geschlossene aber nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende bogenförmige und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende winkelförmig und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (4) zumindest zwei Ölbohrungen (3) aufweist und die wenigstens eine Keilnut (11) zwischen zwei Ölbohrungen (3) liegt.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ölbohrung (3) in die wenigstens eine Keilnut (11) mündet.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ölbohrung (3) radial oder schräg durch die Lagerbuchse (4) verläuft.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölzuführungskanal (9) schräg auf die Außenoberfläche der Lagerbuchse (4) gerichtet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten ein Ölzuführungskanal (9) eine in Richtung der Lagerbuchse (4) wirkende Düse (13) aufweist.
Lagerbuchse (4) zur Lagerung eines Rotors (2) in einer Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende in Axialrichtung (12) verlaufende und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende in Axialrichtung (12) verlaufende und stirnseitig geschlossene aber nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende bogenförmige und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist, oder – die Lagerbuchse (4) wenigstens eine außenliegende winkelförmige und stirnseitig und nach außen offene Keilnut (11) aufweist.
Lagerbuchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (4) zumindest zwei Ölbohrungen (3) aufweist und die wenigstens eine Keilnut (11) zwischen zwei Ölbohrungen (3) liegt.
Lagerbuchse nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ölbohrung (3) in die wenigstens eine Keilnut (11) mündet.
Lagerbuchse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ölbohrung (3) radial oder schräg durch die Lagerbuchse (4) verläuft.