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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1) mit einem über eine Lagereinrichtung (3) in einem Lagergehäuse (2) wälzgelagerten Rotor, wobei die Lagereinrichtung (3) einen Innenring, einen Außenring (4) sowie dazwischen angeordnete Wälzkörper umfasst. Erfindungswesentlich ist dabei, – dass der Außenring (4) einen zumindest teilweise umlaufenden Ringkragen (5) mit zwei mit einer Gleitschicht (6) belegten Stirnseiten (7) aufweist, – dass das Lagergehäuse (2) eine zum Ringkragen (5) komplementär ausgebildete Ringnut (8) aufweist, in welche der Ringkragen (5) eingreift.The invention relates to a loading device (1) with a rotor mounted in a bearing housing (2) via a bearing device (3), wherein the bearing device (3) comprises an inner ring, an outer ring (4) and rolling bodies arranged therebetween. It is essential to the invention that the outer ring (4) has an at least partially encircling annular collar (5) with two end faces (7) provided with a sliding layer (6), that the bearing housing (2) has an annular groove complementary to the annular collar (5) (8), in which the annular collar (5) engages.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung mit einem über eine Lagereinrichtung in einem Lagergehäuse wälzgelagerten Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lagereinrichtung zum Lagern eines Rotors in einem Lagergehäuse einer solchen Ladeeinrichtung sowie einen Außenring einer solchen Lagereinrichtung. The present invention relates to a loading device with a roller mounted on a bearing device in a bearing housing rotor according to the preamble of
Zur Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades bei einer Ladeeinrichtung, insbesondere bei einem Abgasturbolader, und der damit verbundenen Vorteile bezüglich der Dynamik und der CO2-Reduzierung, wird mittlerweile auch im PKW-Segment ein Rotor der Ladeeinrichtung wälzgelagert und nicht gleitgelagert. Der gesamte Drehzahlbereich der Ladeeinrichtung beinhaltet üblicherweise die erste biegekritische Eigenfrequenz des Rotors (gleich alle rotierenden Bauteile), welche zu Verformungen des Rotors führt. Die Verformung und die Betriebslage des Rotors verändern sich aber auch aufgrund der Restunwucht und der Drehzahl. Daraus resultieren radiale und axiale Kräfte auf die Lagereinrichtung, welche an das Lagergehäuse übertragen werden können. To improve the mechanical efficiency of a charging device, especially in an exhaust gas turbocharger, and the associated advantages in terms of dynamics and CO 2 reduction, a rotor of the charger is now also rolling stock in the car segment and not slide-mounted. The entire speed range of the charging device usually includes the first critical bending natural frequency of the rotor (equal to all rotating components), which leads to deformations of the rotor. The deformation and the operating position of the rotor but also change due to the residual imbalance and the speed. This results in radial and axial forces on the bearing device, which can be transmitted to the bearing housing.
Aus der
Aus der
Die Übertragung der Axialkraft und zusätzlich das Verhindern der Rotation des Außenrings bei bekannten Lagereinrichtungen wird beispielsweise durch einen Pin realisiert, welcher die Lagereinrichtung und den Außenring zueinander fixiert und dadurch beide Anforderungen erfüllt. Eine alternative Möglichkeit ist auch die Auftrennung dieser Funktion und einerseits eine seitliche Begrenzung der axialen Bewegung der Lagereinrichtung direkt im Lagergehäuse durch geeignete Anschlagflächen zu realisieren und andererseits durch ein weiteres zusätzliches Bauteil die Verdrehsicherung des Außenrings in dem Lagereinrichtung zu ermöglichen. Alle diese Lösungen stellen jedoch eine mechanische Verbindung zwischen der Lagereinrichtung und dem Lagergehäuse dar, welche Körperschall übertragen kann. Dies führt dann zu einer unerwünschten Schallabstrahlung.The transmission of the axial force and additionally preventing the rotation of the outer ring in known storage facilities, for example, realized by a pin which fixes the bearing means and the outer ring to each other and thereby meets both requirements. An alternative possibility is also the separation of this function and on the one hand to realize a lateral limitation of the axial movement of the bearing device directly in the bearing housing by suitable abutment surfaces and on the other hand to allow by another additional component, the rotation of the outer ring in the bearing device. However, all these solutions provide a mechanical connection between the bearing and the bearing housing, which can transmit structure-borne noise. This then leads to an unwanted sound radiation.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere eine Körperschallübertragung zwischen einer Lagereinrichtung und einem Lagegehäuse einer Ladeeinrichtung zumindest minimiert, vorzugsweise sogar eliminiert. The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a charging device of the generic type which at least minimizes, preferably even eliminates, a structure-borne sound transmission between a bearing device and a positional housing of a charging device.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Lagereinrichtung zum Lagern eines Rotors in einer Ladeeinrichtung, einen Außenring der Lagereinrichtung mit einem zumindest teilweise umlaufenden Ringkragen vorzusehen, wobei die beiden Stirnseiten dieses Ringkragens mit einer Gleitschicht belegt sind. Die Lagereinrichtung selbst umfasst einen Innenring, den zuvor beschriebenen Außenring sowie dazwischen angeordnete Wälzkörper, und dient zur Lagerung des Rotors in einem Lagergehäuse der Ladeeinrichtung. In diesem Lagergehäuse ist eine zum Ringkragen des Außenrings komplementär ausgebildete Ringnut vorgesehen, in welche der Ringkragen des Außenrings eingreift. Mit der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist somit nicht nur eine gedämpfte Lagerung des Rotors in Radialrichtung, sondern zugleich auch in Axialrichtung möglich, wobei zwischen dem Ringkragen bzw. dem Außenring und dem Lagergehäuse stets ein sogenannter Quetschölfilm vorhanden ist, welcher eine Schwingungsübertragung dämpft. Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Außenring ist auch eine Reduzierung des in Axialrichtung erforderlichen Bauraums möglich, da auf der Turbinenseite keine Anschlagfläche für den Außenring bzw. die Lagereinrichtung erforderlich ist. Darüber hinaus ist es möglich, die Aufnahmeöffnung für die Lagereinrichtung, das heißt speziell für den Außenring in der Lagereinrichtung durchgängig bzw. mit nur einer einzigen radialen Stufe auszubilden, wobei diese Stufe die axiale Anschlagfläche für den Ringkragen des Außenrings bildet. Durch eine derart vereinfachte Aufnahme lassen sich die Fertigungsqualität erhöhen und zugleich die Kosten reduzieren. Auch die Gefahr eines Verkippens der Lagereinrichtung aufgrund von Anhaften an einer Wandung des Lagergehäuses kann dadurch minimiert werden. The present invention is based on the general idea, in a bearing device for supporting a rotor in a loading device, to provide an outer ring of the bearing device with an at least partially encircling annular collar, wherein the two end faces of this annular collar are covered with a sliding layer. The bearing device itself comprises an inner ring, the outer ring described above and arranged therebetween rolling elements, and serves to support the rotor in a bearing housing of the charging device. In this bearing housing a ring collar of the outer ring complementary formed annular groove is provided, in which engages the annular collar of the outer ring. With the storage device according to the invention or the charging device according to the invention thus not only a damped mounting of the rotor in the radial direction, but also in the axial direction is possible, between the annular collar and the outer ring and the bearing housing always a so-called Quetschölfilm is present, which damps a vibration transmission , By inventively embodied outer ring and a reduction of the space required in the axial direction is possible because no abutment surface for the outer ring or the bearing device is required on the turbine side. Moreover, it is possible to form the receiving opening for the bearing device, that is to say specifically for the outer ring in the bearing device continuously or with only a single radial step, wherein this step forms the axial stop surface for the annular collar of the outer ring. By such a simplified recording, the production quality can be increased and at the same time reduce costs. The risk of tilting of the bearing device due to adhesion to a wall of the bearing housing can be minimized.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gleitschicht als PTFE-Schicht (Polytetrafluorethylen) ausgebildet. Die Verwendung von PTFE ermöglicht die Kombination von Dämpfung und einem sehr geringen Reibbeiwert, was insbesondere für die Verwendung in Lagereinrichtungen von großem Vorteil ist. Durch den Impedanzsprung zwischen der Gleitschicht einerseits und dem Außenring bzw. dem Lagergehäuse andererseits wird zudem die Körperschallübertragung gedämpft und damit auch die Schallabstrahlung (Luftschall) reduziert.In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the sliding layer is as PTFE layer (polytetrafluoroethylene) formed. The use of PTFE allows the combination of damping and a very low coefficient of friction, which is particularly advantageous for use in storage facilities. Due to the impedance jump between the sliding layer on the one hand and the outer ring or the bearing housing on the other hand, the structure-borne noise transmission is also attenuated and thus also reduces the sound radiation (airborne sound).
Zweckmäßig weist der Ringkragen eine geringere Radialerstreckung auf als die zugehörige lagergehäuseseitige Ringnut. Der Einbauraum im Lagergehäuse ist selbstverständlich radial so groß gewählt, dass bei radialer Bewegung der Lagereinrichtung bzw. des Außenrings in diesem Bereich, das heißt im Bereich des Ringkragens, kein radialer Kontakt mit dem Lagergehäuse entsteht. Der axiale Einbauraum, das heißt die axiale Länge der Ringnut entspricht dabei im Wesentlichen der axialen Länge des Ringkragens und ist somit äußerst klein gewählt, damit die thermodynamischen Spalte auf der Verdichter- und der Turbinenseite ebenfalls möglichst klein gehalten werden können. Damit können gegebenenfalls die thermodynamischen Wirkungsgrade weiter verbessert werden.The annular collar expediently has a smaller radial extent than the associated bearing housing-side annular groove. The installation space in the bearing housing is of course chosen to be radially so large that radial contact with the bearing housing does not occur during radial movement of the bearing device or of the outer ring in this region, that is to say in the region of the annular collar. The axial installation space, that is, the axial length of the annular groove corresponds substantially to the axial length of the annular collar and is thus chosen to be extremely small, so that the thermodynamic gap on the compressor and the turbine side can also be kept as small as possible. Thus, if necessary, the thermodynamic efficiencies can be further improved.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ringnut zur Verdichterseite der Ladeeinrichtung hin offen ausgebildet und wird nach dem Einbau der Lagereinrichtung, das heißt nach dem Einschieben des Außenrings, durch ein Verschlusselement, insbesondere eine Verschlusshülse, verschlossen. Hierdurch kann eine besonders einfache Montage der Lagereinrichtung im Lagergehäuse erfolgen, da hierzu lediglich die Lagereinrichtung alleine in das Lagergehäuse von der Verdichterseite aus auf den Läufer aufgeschoben bzw. -gepresst werden muss, bis deren Außenring mit seinem Ringkragen an der radialen Stufe im Lagergehäuse anliegt. Anschließend wird von der Verdichterseite aus noch das Verschlusselement aufgesetzt bzw. eingeschoben, wobei dieses Verschlusselement dann die zweite Seitenwand der Ringnut im Lagergehäuse und gleichzeitig eine axiale Anschlagfläche für den Ringkragen des Außenrings bildet. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the annular groove is open towards the compressor side of the charging device and, after installation of the bearing device, that is after the insertion of the outer ring, closed by a closure element, in particular a closure sleeve. In this way, a particularly simple mounting of the bearing means in the bearing housing, as this only the bearing device must be pushed or pressed alone in the bearing housing from the compressor side on the rotor until its outer ring rests with its annular collar at the radial step in the bearing housing. Subsequently, the closure element is still placed or inserted from the compressor side, said closure element then forms the second side wall of the annular groove in the bearing housing and at the same time an axial stop surface for the annular collar of the outer ring.
Zweckmäßig sind der Ringkragen und die zugehörige Ringnut nur ringsegmentartig, das heißt über einen bestimmten Teil des Umfangs, ausgebildet und dienen dadurch als Verdrehsicherung für den Außenring der Lagereinrichtung. In diesem speziellen Fall ist es somit möglich, über den Außenring bzw. dessen Ringkragen zugleich eine Verdrehsicherung zu realisieren, so dass in diesem Fall von dem Außenring nicht nur eine körperschallentkoppelte Lagerung des Rotors im Lagergehäuse, sondern zugleich auch eine Verdrehsicherung bewirkt werden können.Appropriately, the annular collar and the associated annular groove are only ring segment-like, that is, over a certain part of the circumference, formed and thereby serve as anti-rotation for the outer ring of the bearing device. In this particular case, it is thus possible to realize on the outer ring or its annular collar at the same time an anti-rotation, so that in this case of the outer ring not only a structure-borne sound-coupled bearing of the rotor in the bearing housing, but at the same time a rotation can be effected.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Außenring für eine zuvor beschriebene Lagereinrichtung mit einem zumindest teilweise umlaufenden Ringkragen mit zwei mit einer Gleitschicht, insbesondere mit einer PTFE-Schicht, belegten Stirnseiten vorzusehen. Ein derartiger Außenring ist dabei Bestandteil einer Lagereinrichtung zum Lagern eines Rotors in einem Lagergehäuse einer Ladeeinrichtung sein, wobei eine solche Lagereinrichtung zusätzlich noch einen Innenring sowie dazwischen gelagerte Wälzkörper umfasst. Hauptanwendungsgebiet für einen solchen Außenring bzw. eine solche Lagereinrichtung dient insbesondere zur Lagerung eines Rotors in einem Abgasturbolader.The present invention is further based on the general idea to provide an outer ring for a bearing device described above with an at least partially encircling annular collar with two with a sliding layer, in particular with a PTFE layer, occupied end faces. Such an outer ring is part of a bearing device for supporting a rotor in a bearing housing of a charging device, wherein such a bearing device additionally comprises an inner ring and bearing elements mounted therebetween. Main field of application for such an outer ring or such a bearing device is used in particular for mounting a rotor in an exhaust gas turbocharger.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Entsprechend den
Betrachtet man die
Die Gleitschicht
Einen weiteren besonderen Vorteil bietet die erfindungsgemäße Lagereinrichtung
Betrachtet man die
Der Ringkragen
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