DE102016224094A1 - Lagerbuchse und zugehörige Ladeeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse (3) für eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader. Erfindungswesentlich ist dabei,dass eine Innenmantelfläche (5) der Lagerbuchse (3) zumindest zwei radiale Vertiefungen (6) aufweist,dass die jeweils tiefste Stelle (7) der Vertiefungen (6) auf einem Kreis mit Radius R1 liegt,dass umfangsmäßig zwischen den Vertiefungen (6) radial nach innen versetzte und gekrümmte Plateauflächen (8) vorgesehen sind, die einen konstanten Radius R2 aufweisen,dass folgendes Verhältnis zwischen R1 und R2 gilt: R1/R2 = 1,001 bis 1,015.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für eine Ladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung mit einer solchen Lagerbuchse sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Ladeeinrichtung.
• Für den bei Ladeeinrichtungen notwendigen, unter- und überkritischen Bereich eines Rotors, ist eine entsprechende Lagerung desselben erforderlich, wobei es neben einer ausreichenden Tragfähigkeit und Stabilität der Lager gleichzeitig auch erwünscht ist, eine subsynchrone Bewegung der Welle des Rotors relativ zum Lager zu reduzieren. Hierdurch kann insbesondere ein unerwünschtes Schwingungsverhalten des Rotors reduziert und dadurch ein verbessertes akustisches Verhalten der Ladeeinrichtung erreicht werden. Weitere Ziele sind selbstverständlich die Reduzierung der Reibleistungsverluste in den Lagern, um den Wirkungsgrad sowie ein Transientverhalten der Ladeeinrichtung verbessern zu können.
• Aus der Gleitlagertechnik für unterkritisch rotierende Wellen mit stehenden Lagerbuchsen, das heißt für Wellen, deren Drehzahl unterhalb der Eigenfrequenz der Welle liegt, sind mehrflächige Radialgleitlager bekannt, so zum Beispiel aus der EP 2 693 017 A1 und der JP 01193409 A .
• Wie im vorherigen Absatz beschrieben, reduzieren jedoch die aus dem Stand der Technik bekannten mehrflächigen Radialgleitlager üblicherweise lediglich eine Geräuschentwicklung im unterkritischen Bereich. Im überkritischen Bereich hingegen tritt keine Verbesserung ein. Zudem sind diese nur vergleichsweise aufwendig und damit teuer herstellbar.
• Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Lagerbuchse der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine Reduzierung einer Geräuschemission sowohl im unterkritischen als auch im überkritischen Bereich auszeichnet und sich insbesondere leicht fertigen lässt.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Innenmantelfläche einer Lagerbuchse derart mit Vertiefungen auszustatten, dass einerseits sowohl Reibleistungsverluste als auch andererseits Geräuschemissionen reduziert werden können und trotzdem eine Lagerstabilität beibehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Lagerbuchse weist dabei an einer Innenmantelfläche zumindest zwei radiale Vertiefungen auf, deren jeweils tiefste Stelle auf einem Kreis mit Radius R1 liegen. Umfangsmäßig zwischen den Vertiefungen sind radial nach innen versetzte und gekrümmte Plateauflächen vorgesehen, die einen konstanten Radius R2 aufweisen, wobei folgendes Verhältnis zwischen R1 und R2 gilt: $$\mathrm{1,001}\le \text{R}1\text{/R}2\le \mathrm{1,015.}$$

  
• Mit einer derartig ausgebildeten Innenmantelfläche der Lagerbuchse ist es möglich, die Geräuschemission sowohl im unterkritischen Betrieb, das heißt bei einer Drehzahl unterhalb der Eigenfrequenz der Welle, als auch im überkritischen Betrieb, das heißt bei einer Drehzahl oberhalb der Eigenfrequenz der Welle, zu reduzieren, ohne dadurch die Lagerstabilität negativ zu beeinflussen. Im Vergleich zu einer bisher bekannten kreiszylindrischen Lagerung verbessern sich zudem die Reibleistungsverluste erheblich, wobei aufgrund der verbesserten Stabilitätseigenschaften eine weitere Verbesserung der Reibleistungsverluste durch Verringerung der Lagerfläche, das heißt insbesondere auch durch eine kleinere Lagerbuchse, möglich sind. Das Herstellen der erfindungsgemäßen Vertiefungen kann dabei durch eine Unrundbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide erfolgen, beispielsweise direkt in einem Drehprozess oder über einen entsprechenden Aktuator, welcher eine Hubbewegung an der geometrisch bestimmten Schneide im Takt zur Bearbeitungsdrehzahl ermöglicht. Bei der Bearbeitung kann die Positionierung einer Ölzulaufbohrung bzw. generell einer Ölbohrung zu der inneren Geometrieform berücksichtigt werden. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung der erfindungsgemäßen Vertiefungen ist die Bearbeitung über ein Rolierwerkzeug, das die Geometrieform auf der Spindel, welches die Rollen führt, aufgeprägt hat. Die Hubbewegung zur Erzeugung der Geometrie wird über die Geometrieform der Spindel erzeugt. Alternativ hierzu kann die Geometrie auch durch Räumen erzeugt werden. Die gekrümmten Plateauflächen lassen sich dabei auch besonders einfach und damit kostengünstig herstellen. Auch das Konstanttonverhalten lässt sich erheblich verbessern.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind sämtliche Vertiefungen, insbesondere zwei, drei, fünf oder sechs Vertiefungen, ausgerundet und identisch ausgebildet. Hierdurch kann individuell Einfluss sowohl auf die Lagerstabilität als auch auf die Geräuschentwicklung genommen werden.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind insgesamt drei Vertiefungen vorgesehen, wobei die Lagerbuchse eine der Anzahl der Vertiefungen entsprechende Anzahl an Ölbohrungen mit jeweils einer radialen Achse aufweist, die jeweils in die tiefste Stelle der Vertiefungen münden. Die ausgerundeten Vertiefungen weisen dabei einen Radius R2 mit einem auf der jeweiligen radialen Achse der zugehörigen Ölbohrung nach außen um eine Exzentrizität E = R1 - R2 verschobenen Mittelpunkt auf. Durch eine derartige Gestaltung der Innenmantelfläche der erfindungsgemäßen Lagerbuchse kann eine besonders hohe Lagerstabilität bei gleichzeitig reduzierter Geräuschemission erreicht werden.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt ein Verhältnis einer Breite B der Lagerbuchse zu einem Durchmesser derselben B/D = 0,4 bis 1,0. Bereits dieser vergleichsweise große Bereich lässt erahnen, dass die erfindungsgemäße Lagergeometrie sowohl kleine als auch größere Lagerbuchsen möglich macht. Insbesondere können auch mehrere schmale Lagerbuchsen nebeneinander zur Lagerung der Welle des Rotors der Ladeeinrichtung angeordnet werden. Der Vorteil des Verhältnisses ist ein für diesen Anwendungsfall optimales Verhältnis zwischen Lagerstabilität und Reibleistung.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind insgesamt drei gekrümmte Plateauflächen vorgesehen, die um 120° versetzt am Umfang angeordnet sind, wobei die drei gekrümmten Plateauflächen jeweils einen Winkelbereich α zwischen 5° < α < 60° belegen. Die Plateauflächen überdecken somit einen Gesamtwinkelbereich zwischen ca. 4 und 50% der Innenmantelfläche.
• Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Welle einer Ladeeinrichtung, welche beispielsweise als Abgasturbolader in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, über zumindest eine solche Lagerbuchse, insbesondere in einem Lagergehäuse, zu lagern. Dabei kann die Lagerbuchse feststehend oder rotierend ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung ist somit in der Lage, den Erfindungsgedanken sowohl bei rotierenden als auch bei stehenden, das heißt drehfest angeordneten Lagerbuchsen zu verwirklichen.
• 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 Bauteile beziehen.
• Dabei zeigen, jeweils schematisch
• 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung im Bereich einer über eine Lagerbuchse gelagerten Welle eines Rotors der Ladeeinrichtung,
• 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Lagerbuchse,
• Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1, welche beispielsweise als Abgasturbolader in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, einen, eine Welle 2 aufweisenden Rotor auf, wobei die Welle 2 über zumindest eine Lagerbuchse 3, insbesondere in einem Lagergehäuse 4, gelagert ist. Um nun sowohl eine Geräuschemission beim Betrieb der Ladeeinrichtung 1 durch den rotierenden Rotor als auch eine Reibung reduzieren zu können, weist eine Innenmantelfläche 5 der Lagerbuchse 3, zumindest zwei, im gezeichneten Beispiel insgesamt drei, Vertiefungen 6 auf. Die jeweils tiefste Stelle 7 der Vertiefungen 6 liegt dabei auf einem Kreis mit Radius R1. Umfangsmäßig zwischen den einzelnen Vertiefungen 6 sind radial nach innen versetzte und gekrümmte Plateauflächen 8 vorgesehen, die einen konstanten Radius R2 aufweisen. Zwischen dem Radius R1 und dem Radius R2 gilt dabei erfindungsgemäß folgendes Verhältnis: R1/R2 = 1,001 bis 1,015. Das Verhältnis ist dabei insbesondere vom Durchmesser (ungefähr R2) der Welle 2 abhängig.
• Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass sämtliche Vertiefungen 6 ausgerundet und identisch ausgebildet sind. Darüber hinaus sind sämtliche Vertiefungen 6 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet, wobei dies im Fall von drei Vertiefungen 6 eine jeweils 120° versetzte Anordnung der Vertiefungen 6 bedeutet.
• Des Weiteren weist die Lagerbuchse 3 eine der Anzahl der Vertiefungen 6 entsprechende Anzahl an Ölbohrungen 10, insbesondere an Ölzulaufbohrungen 10, mit jeweils einer radialen Achse 11 auf, die idealerweise in die tiefste Stelle 7 der Vertiefungen 6 münden. Die ausgerundeten Vertiefungen 6 weisen dabei den Radius R2 mit einem auf der jeweiligen radialen Achse 11 der zugehörigen Ölbohrung 10 nach außen um eine Exzentrizität E = R1 - R2 verschobenen Mittelpunkt M1 auf.
• Vorzugsweise sind dabei insgesamt drei gekrümmte Plateauflächen 8 vorgesehen, die um 120° versetzt am Umfang angeordnet sind, und die jeweils einen Winkelbereich α zwischen 5° < α < 60° belegen.
• Ein Verhältnis einer Breite B der Lagerbuchse 3 zu einem Durchmesser D derselben beträgt vorzugsweise B/D = 0,4 bis 1,0 (vergleiche 2). Dieses Verhältnis ist insbesondere abhängig von der gewünschten Lagerstabilität.
• Die Lagerbuchse 3 selbst kann feststehend oder rotierend im Lagergehäuse 4 angeordnet sein, so dass die Erfindung sowohl bei feststehender, als auch bei rotierender Lagerbuchse 3 verwirklicht werden kann.
• Mit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung 1 und der ebenfalls erfindungsgemäßen Lagerbuchse 3 kann eine Verbesserung der Akustik der Ladeeinrichtung 1 unter gleichzeitiger Beibehaltung der Lagerstabilität erreicht werden. Bereits bei vergleichbarer Geometrie, das heißt bei gleicher Lagerbreite, gleichem Lagerdurchmesser und gleichem Lagerspiel, verbessern sich die Leistungsverluste gegenüber bekannten kreiszylindrischen Lagern erheblich. Aufgrund der verbesserten Stabilitätseigenschaften ist zudem eine weitere Verbesserung der Reibleistungsverluste durch Verringerung der Lagerfläche (Lagerbreite, Lagerdurchmesser) möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Lager und insbesondere mit der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 3 lassen sich somit die Reibleistungsverluste reduzieren und damit der Wirkungsgrad sowie das Transientverhalten der Ladeeinrichtung 1 erhöhen. Eingesetzt werden kann die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1 beispielsweise in einer Brennkraftmaschine 9, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
• Geschützt werden soll durch die Erfindung selbstverständlich auch die Lagerbuchse 3, deren Innenmantelfläche 5 zumindest zwei radiale Vertiefungen 6 aufweist. Die jeweils tiefste Stelle 7 der Vertiefungen 6 liegt dabei auf einem Kreis mit Radius R1, wobei umfangsmäßig zwischen den Vertiefungen 6 radial nach innen versetzte und gekrümmte Plateauflächen 8 vorgesehen sind, die einen konstanten Radius R2 aufweisen. Dabei gilt folgendes Verhältnis zwischen R1 und R2: $$\mathrm{1,001}\le \text{R}1\text{/R}2\le \mathrm{1,015.}$$

  
• Sämtliche Vertiefungen 6 können dabei ausgerundet und identisch ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 3 weist eine der Anzahl der Vertiefungen 6 entsprechende Anzahl an Ölbohrungen 10 mit jeweils einer radialen Achse 11 auf, die jeweils in die tiefste Stelle 7 der Vertiefungen 6 münden. Die ausgerundeten Vertiefungen 6 besitzen einen Radius R2 mit einem auf der jeweiligen radialen Achse 11 der zugehörigen Ölbohrung 10 nach außen um eine Exzentrizität E = R1 - R2 verschobenen Mittelpunkt M1 aufweisen. Ein Verhältnis einer Breite B der Innerlagerfläche der Lagerbuchse 3 zu einem Durchmesser D derselben beträgt dabei vorzugsweise $$\mathrm{0,4}\le \text{B/D}\le \mathrm{1,0.}$$

  
• 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
• EP 2693017 A1 [0003]
• JP 01193409 A [0003]

Claims (10)

1. Lagerbuchse (3) für eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Innenmantelfläche (5) der Lagerbuchse (3) zumindest zwei radiale Vertiefungen (6) aufweist, - dass die jeweils tiefste Stelle (7) der Vertiefungen (6) auf einem Kreis mit Radius R1 liegt, - dass umfangsmäßig zwischen den Vertiefungen (6) radial nach innen versetzte und gekrümmte Plateauflächen (8) vorgesehen sind, die einen konstanten Radius R2 aufweisen, - dass folgendes Verhältnis zwischen R1 und R2 gilt: R1/R2 = 1,001 bis 1,015.
2. Lagerbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Vertiefungen (6) ausgerundet und identisch ausgebildet sind.
3. Lagerbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Vertiefungen (6) vorgesehen sind, die um 120° versetzt am Umfang angeordnet sind.
4. Lagerbuchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Vertiefungen (6) gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.
5. Lagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (3) eine der Anzahl der Vertiefungen (6) entsprechende Anzahl an Ölbohrungen (10) mit jeweils einer radialen Achse (11) aufweist, die vorzugsweise in die tiefste Stelle (7) der Vertiefungen (6) münden.
6. Lagerbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgerundeten Vertiefungen (6) einen Radius R2 mit einem auf der jeweiligen radialen Achse (11) der zugehörigen Ölbohrung (10) nach außen um eine Exzentrizität E = R1 - R2 verschobenen Mittelpunkt (M1) aufweisen.
7. Lagerbuchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Breite B der Lagerbuchse (3) zu einem Durchmesser D derselben B/D = 0,4 bis 1,0 beträgt.
8. Lagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - dass insgesamt drei gekrümmte Plateauflächen (8) vorgesehen sind, die um 120° versetzt am Umfang angeordnet sind, - dass die drei gekrümmten Plateauflächen (8) jeweils einen Winkelbereich α zwischen 5° < α < 60° belegen.
9. Ladeeinrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader, mit einem eine Welle (2) aufweisenden Rotor, wobei die Welle (2) über zumindest eine Lagerbuchse (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gelagert ist.
10. Brennkraftmaschine (9) in einem Kraftfahrzeug mit einer Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 9.

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