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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit zur Lagerung einer Läuferwelle, auf deren Endbereichen ein Verdichterrad und ein Turbinenrad eines Abgasturboladers angeordnet sind, in einer Aufnahmebohrung eines Ladergehäuses, wobei die Lagereinheit aus einer innerhalb der Aufnahmebohrung angeordneten eine Längsmittelachse aufweisenden Lagerkartusche mit zumindest einem äußeren Lagerring, mit zwei Wälzkörperreihen mit Wälzkörpern, die in inneren Laufbahnen und äußeren Laufbahnen geführt sind, sowie zumindest einem in dem Ladergehäuse und/oder der Lagerkartusche jeweils verdichterseitig und turbinenseitig angeordneten Mittel zur Ölführung besteht.
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Stand der Technik
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Ein Abgasturbolader dient der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Abgasturbolader besteht hierzu aus einem die Ladeluft verdichtenden Verdichter und einer mit einem Abgasstrom beaufschlagten Turbine, die durch eine innerhalb eines Ladergehäuses gelagerte Läuferwelle miteinander verbunden sind. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Turbine durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt mittels der Läuferwelle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Ladeluft wird in den Motor geleitet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine vergrößerte Luftmenge für den Verbrennungsvorgang in die Zylindereinheiten gelangt. Hierdurch steigt der für die Verbrennung von Kraftstoff zur Verfügung gestellte Sauerstoffgehalt entsprechend an.
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Dadurch wird eine Steigerung des maximalen Drehmoments erzielt, so dass die Leistungsabgabe, also die maximale Leistung bei konstantem Arbeitsvolumen, erhöht wird. Diese Steigerung erlaubt insbesondere den Einsatz einer leistungsstärkeren Brennkraftmaschine mit annähernd gleichen Abmessungen oder ermöglicht alternativ eine Verringerung von deren Abmessungen, also die Erzielung einer vergleichbaren Leistung bei kleinerer und leichterer Brennkraftmaschine.
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Im Betrieb eines Abgasturboladers rotiert die Läuferwelle bei steigender Motordrehzahl mit hoher Drehgeschwindigkeit. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit können beispielsweise durch die Rotation der Welle hervorgerufene Schwingungen auf die als Lagerkartusche ausgebildete Lagereinheit übertragen werden. Um hierbei möglichst einen unerwünschten Kontakt der Lagerkartusche mit dem Ladergehäuse zu verhindern und um einen störungsfreien Betrieb des Abgasturboladers gewährleisten zu können, werden üblicherweise Lagereinheiten verwendet, die durch einen sogenannten Quetschölfilm, auch als Squeeze-Film bezeichnet, die auftretenden Schwingungen dämpfen sollen. Hierzu wird Schmieröl aus dem Motorölkreislauf mittels symmetrisch angeordneter Versorgungsbohrungen in Zwischenräume zwischen der Lagerkartusche und der in dem Ladergehäuse ausgebildeten Aufnahmebohrung gedrückt, wobei das in den Zwischenräumen entstehende Ölpolster bzw. der Quetschölfilm die Funktion eines Schwingungsdämpfers übernimmt. Hierdurch können sowohl die eventuell auftretenden kontaktbedingten Geräusche verhindert als auch die Lebensdauer der einzelnen Lagerkomponenten erhöht werden.
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Aufgrund des breiten Drehzahlspektrums der Läuferwelle im Betrieb des Abgasturboladers kommt dem Vorgang des Auswuchtens der Läuferwelle während der Herstellung des Abgasturboladers eine besondere Bedeutung zu, um eine Unwucht im Betrieb zu vermeiden und damit auch Betriebsausfälle zu verhindern. Ein Maß für die Qualität des Auswuchtprozesses ist die Wuchtgüte, welche im Drehzahlbereich unterhalb der ersten Biegeeigenfrequenz sehr hoch ist. Die Komplexität des Wuchtprozesses und die damit erzielbare Restunwucht steigen erheblich an, wenn die Drehzahl der Läuferwelle in den Bereich der ersten Biegeeigenfrequenz, d.h. in den elastischen Bereich vorstößt. Die Auslenkung bzw. Deformation der Läuferwelle und die damit verbundene Lagerbelastung und Lagerreibung sowie die Beschleunigung des Ladergehäuses und die Schallabstrahlung vom Ladergehäuse nehmen deutlich zu.
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Aus der
DE 11 2013 000 548 T5 ist ein Ladergehäuse eines Abgasturboladers bekannt, mit einer in einer Lagergehäusebohrung angeordneten Lagerkartusche für einen Rotor, mit einem Ölfilm, der die Lagerkartusche an ihrer Außenumfangsfläche umgibt, sowie ein Entkoppel- oder Dichtelement, welches als metallischer Ring ausgebildet ist, und das zwischen einem zugeordneten Lagerkartusche-Endbereich und einem benachbart angeordneten Ladergehäuse-Wandbereich elastisch verspannt ist. Hierdurch soll erreicht werden, dass Rotoren geringer Wuchtgüte zum Einsatz kommen können.
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Eine gattungsgemäß ausgebildete Lagereinheit für einen Abgasturbolader ist aus der
DE 10 2008 020 067 A1 bekannt. Die Lagereinheit weist ein Ladergehäuse mit einer darin angeordneten Aufnahmebohrung sowie eine innerhalb der Aufnahmebohrung angeordnete Lagerkartusche mit zumindest einem äußeren Lagerring auf. Weiterhin weist die Lagereinheit zwei Wälzkörperreihen auf, die jeweils verdichterseitig und turbinenseitig vorgesehen sind. Zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche und der Aufnahmebohrung des Ladergehäuses sind radiale Zwischenräume für einen Ölfilm ausgebildet, welche der Schwingungsdämpfung und der Zentrierung der Lagerkartusche in dem Ladergehäuse dienen. Zur Ölversorgung der Zwischenräume weist das Ladergehäuse ein paar Versorgungsbohrungen auf, die mit in der Lagerkartusche in Umfangsrichtung umlaufenden Nuten kommunizierend verbunden sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lagereinheit derart weiterzubilden, dass eine Steigerung der Wuchtgüte erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach ist eine Lagereinheit zur Lagerung einer Läuferwelle, auf deren Endbereichen ein Verdichterrad und ein Turbinenrad eines Abgasturboladers angeordnet sind, in einer Aufnahmebohrung eines Ladergehäuses angeordnet. Die Lagereinheit besteht aus einer innerhalb der Aufnahmebohrung angeordneten, eine Längsmittelachse aufweisenden, Lagerkartusche. Die Lagerkartusche weist zumindest einen äußeren Lagerring, mit zwei Wälzkörperreihen mit Wälzkörpern, die in inneren Laufbahnen und äußeren Laufbahnen geführt sind, auf. Weiterhin umfasst die Lagereinheit jeweils verdichterseitig und turbinenseitig zumindest ein Mittel zur Ölführung, das in dem Ladergehäuse und/oder der Lagerkartusche in diesen beiden Bereichen angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist koaxial zu der Längsmittelachse eine Distanzhülse sich zumindest zwischen den inneren Laufbahnen der Wälzkörperreihen ersteckend angeordnet, welches zumindest abschnittsweise auf der Läuferwelle aufliegt, wobei die Distanzhülse aus einem, von einem ersten Material, aus dem die Läuferwelle hergestellt ist, verschiedenen zweiten Material besteht, dessen Elastizitätsmodul größer als der Elastizitätsmodul des ersten Materiales ist. Mittels des hülsenförmigen Elements wird bereits eine Erhöhung der Steifigkeit der Läuferwelle erreicht, wodurch die erste Biegeeigenfrequenz signifikant in Richtung des oberen Endes des Drehzahlspektrums der Läuferwelle respektive des Abgasturboladers oder darüber hinaus verschoben wird. Dabei liegt die Distanzhülse zumindest in ihren Endbereichen abschnittsweise flächig auf der Läuferwelle auf, um die Steifigkeit und damit die Eigenfrequenz der Läuferwelle zu erhöhen. Durch den Einsatz der Distanzhülse lässt sich die Wuchtgüte erhöhen, die Lagerlasten und die damit verbundene auftretende Lagereibung werden ebenso reduziert wie die Gehäusebeschleunigung, was zu einer Verbesserung der Akustik durch eine Reduzierung von Gehäuseschallemissionen führt. Zugleich können die Kosten für den Wuchtprozess reduziert werden. Darüber hinaus wird durch diese Maßnahme eine geringere Auslenkung der Läuferwelle im Bereich des Turbinenrades und Verdichterrades erreicht. Insbesondere kann das Spaltmaß zwischen dem Turbinenrad und dem Ladergehäuse verringert werden, wodurch eine Steigerung des aerodynamischen Wirkungsgrades erreichbar ist.
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Eine weitere Verschiebung der ersten Biegeeigenfrequenz wird dadurch erreicht, dass zumindest die Distanzhülse aus einem, von einem ersten Material, aus dem die Läuferwelle hergestellt ist, verschiedenen zweiten Material besteht, dessen Elastizitätsmodul größer als der Elastizitätsmodul des ersten Materiales ist. Die Verwendung eines zweiten Materials mit deutlich höherem Elastizitätsmodul bewirkt eine weitere Zunahme der Steifigkeit des Systems aus Läuferwelle und Distanzhülse.
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Weiterhin kann das zweite Material, aus welchem zumindest die Distanzhülse hergestellt wird, eine geringere Dichte aufweisen, als das erste Material der Läuferwelle. Auch dies kann zu einer Verlagerung der Biegeeigenfrequenz der Läuferwelle beitragen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die Distanzhülse zumindest einen endseitigen Abschnitt aufweisen, auf dessen äußerer Mantelfläche eine der inneren Laufbahnen ausgebildet ist. In Abhängigkeit von dem für die Distanzhülse verwendeten Material kann das Vorsehen nur einer Laufbahn fertigungstechnisch einfacher realisierbar sein. Ein zusätzlicher Innenring mit einer inneren Laufbahn ist entsprechend vorzusehen.
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Weiterhin kann die die Distanzhülse als ein einteiliger innerer Lagerring ausgeführt sein, indem beide endseitigen Abschnitte auf ihrer äußeren Mantelfläche mit inneren Laufbahnen ausgebildet sind.
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Bei einer Ausgestaltung, bei welcher die Distanzhülse zudem als einteiliger innerer Lagerring ausgebildet ist, sollte der äußere Lagerring zweiteilig ausgeführt sein. Hierzu kann der äußere Lagerring einen ersten Ringabschnitt und einen zweiten Ringabschnitt umfassen. Dies ist vor dem Hintergrund der Montage der Lagereinheit bei einteiliger Ausführung des inneren Lagerrings notwendig.
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Dabei kann zwischen dem ersten Ringabschnitt und dem zweiten Ringabschnitt ein Federelement angeordnet sein, die der Vorspannung des zweiteiligen äußeren Lagerringes dient. Hierdurch wird die Aufrechterhaltung der Kontaktgeometrie verbessert. Das Federelement verhindert dabei in einem gewissen Maße die Entstehung eines abknickenden Kontaktwinkels im Falle von als Kugellager ausgebildeten Wälzlagern, insbesondere Schulter- oder Schrägkugellager. Das Federelement ist bevorzugt als Schraubenfeder ausgeführt.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass der Bereich der Distanzhülse zwischen den inneren Laufbahnen zumindest abschnittsweise einen größeren Außendurchmesser aufweist, als die beiden inneren Lagerringe oder die einen einteiligen Lagerring ausbildenden endseitigen Abschnitte. Die Anordnung der Distanzhülse zwischen den inneren Laufbahnen ermöglicht eine Ausnutzung des zwischen den inneren Lagerringen und dem zumindest einen äußeren Lagerring vorhanden Bauraumes in radialer Richtung, so dass mit der Zunahme der Materialstärke der Distanzhülse in radialer Richtung auch eine weitere Erhöhung der Steifigkeit und damit der Eigenfrequenz erreicht werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zweite Material ein Keramikwerkstoff oder ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist. Neben einem signifikant höheren Elastizitätsmodul der aus einem Keramikwerkstoff oder einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff bestehenden Distanzhülse gegenüber einer aus Stahl als erstem Material bestehenden Läuferwelle ergeben sich weitere vorteilhafte Eigenschaften. So befindet sich im montierten Zustand die aus Stahl gefertigte Läuferwelle im gezogenen Zustand, während alle auf der Läuferelle befindlichen Ringe, d.h. die inneren Lagerringe als auch die Distanzhülse, sich in einem gestauchten bzw. gedrückten Zustand befinden. Technische Keramiken zeichnen sich durch eine gegenüber ihrer Biegefestigkeit um ein Vielfaches höhere Druckfestigkeit aus, so dass die gestauchte bzw. gedrückte Anordnung vorteilhaft ist. Eine im Betrieb des Abgasturboladers potentiell auftretende Zugbelastung, die auch aus Biegung entsteht, überlagert sich immer mit der aufgeprägten Druckspannung, d.h. in Summe bleibt die Belastung im gesamten Betrieb im Druckbereich und wirkt sich somit nicht nachteilig auf die aus einer technischen Keramik oder Metallmatrix-Verbundwerkstoffe bestehende Distanzhülse aus.
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Ein weiterer Vorteil der aus Keramikwerkstoff oder Metallmatrix-Verbundwerkstoff bestehenden Distanzhülse ergibt sich aufgrund des geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gegenüber der Läuferwelle aus Stahl. Üblicherweise wird das Verdichterrad aus einer Aluminium-Legierung gefertigt, welche wiederum einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl aufweist. Dies führt bei einer Temperatursteigung zu einer Erhöhung der Klemmkräfte über der Befestigung des Verdichterrades dienenden Trägerringe bzw. zu einer Reduzierung der Zugkraft auf die Läuferwelle. Bei einem Betrieb des Abgasturboladers in einer kalten Umgebung, wie beim Kaltstart, ist dies umgekehrt. Aufgrund der geringeren thermischen Ausdehnung von Keramik und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen gegenüber Stahl kann dadurch die stärkere thermische Ausdehnung des Verdichterrades wegen des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem gewissen Grad kompensiert werden.
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Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der Temperaturbeständigkeit von Keramikwerkstoffen und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen ein weiterer Vorteil, wenn die Distanzhülse auf ihren endseitigen Abschnitten mit inneren Laufbahnen ausgebildet ist, so dass auf innere Lagerringe verzichtet werden kann. Insbesondere die turbinenseitige Laufbahn ist im Turbolader sehr hoher thermischer Belastung ausgesetzt, so dass die Ausführung der inneren Laufbahn als Bestandteil der Distanzhülse zu einer Erhöhung der Standzeit der Lagereinheit beiträgt. Zudem sind auch bei geringer thermischer Belastung diese Werkstoffe Stahl bezüglich Überrollfestigkeit überlegen. Wegen der geringeren Wärmeleitfähigkeit von Keramiken und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen reduziert sich der Wärmeeintrag auf der Verdichterseite der Lagereinheit. Aufgrund der höheren Härte sowie hoher Abrieb- und Verschließfestigkeit ist die Rollreibung bzw. der Verschleiß von in die Distanzhülse integrierten Laufbahnen niedriger.
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Des Weiteren kann die Eigenfrequenz der Läuferwelle auch dadurch beeinflusst werden, dass das Turbinenrad aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welches eine geringere Dichte als der Stahl, aus dem die Läuferwelle besteht.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine Lagereinheit für einen Turbolader im Längsschnitt; und
- 2 eine Lagereinheit für einen Turbolader gemäß einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist eine Lagereinheit 1 für einen Abgasturbolader in einem Längsschnitt dargestellt. Die Lagereinheit 1 umfasst eine Lagerkartusche 2, die in einer sich axial erstreckenden Aufnahmebohrung 3a eines Ladergehäuses 3 angeordnet ist und eine Längsmittelachse 5 aufweist. Als Teil der Lagerkartusche 2 ist ein als zweireihiges Schulterkugellager ausgebildetes Wälzlager 6 in dieser positioniert. Das Wälzlager 6 ist mit einem äußeren Lagerring 7 sowie mit einem inneren Lagerring 8 ausgebildet. Der innere Lagerring 8 ist zweiteilig ausgeführt, d.h., dieser besteht aus zwei getrennten Ringabschnitten, und der innere Lagerring 8 ist auf einer aus Stahl gefertigten Läuferwelle 4 angeordnet. Der innere Lagerring 8 weist innere Laufbahnen 8a auf, welche der Führung von Wälzkörpern 9 dienen. Die Wälzkörper 9 sind in Taschen von Käfigen 10 geführt.
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Die Läuferwelle 4 weist einen verdichterseitigen Abschnitt 4a, auf welchem ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad des Abgasturboladers angeordnet ist, und einen turbinenseitigen Abschnitt 4b, auf dem ein ebenfalls nicht dargestelltes Turbinenrad des Abgasturboladers fixierbar ist, auf. Als Wälzkörper 9 sind Kugeln zwischen den äußeren und inneren Lagerringen 7, 8 eingesetzt. Die unterschiedliche Ausgestaltung von Verdichterrad und Turbinenrad und folglich deren unterschiedliches Gewicht führt zu einer Verlagerung des Schwerpunkts der in der Lagereinheit 1 gelagerten Läuferwelle 4 in Richtung des turbinenseitigen Abschnitts 4b
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Zwischen dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 7 und dem Ladergehäuse 3 sind mehrere Zwischenräume 14 in Form jeweils eines Umfangsspalts angeordnet, in denen sich ein verdichterseitiger und ein turbinenseitiger Quetschölfilm (Squeeze-Film) ausgebildet. Die sich ausbildendenden Quetschölfilme in den Zwischenräumen 14 wird im eingebauten Zustand durch zwei Versorgungsbohrungen 11 im Ladergehäuse 3 mit Öl versorgt und dient der Dämpfung der Lagerkartusche 2. Hierzu sind beide Versorgungsbohrungen 11 jeweils mit auf dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 7 umlaufenden Ölversorgungsnuten 12 kommunizierend verbunden.
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Von den auf dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 7 umlaufend ausgebildeten Ölversorgungsnuten 12 erstrecken sich Spritzölbohrungen 13 in radialer Richtung durch den äußeren Lagerring 7. Durch diese Spritzölbohrungen 13 wird Öl in das Innere der Wälzlagers 6 geleitet, das die inneren Laufbahnen 8a und äußeren Laufbahnen auf dem äußeren Lagerring 7 schmiert und die Lagereinheit 1 kühlt.
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Weiterhin ist der äußere Lagerring 7 an seinem Außenumfang mit einer Ablauföffnung 15 versehen, durch die das durch die Spritzölbohrungen 13 zugeführte Öl ablaufen kann. Die Ablauföffnung 15 ist im eingebauten Zustand des Lagers 6 kommunizierend mit einer Auslassbohrung 16 verbunden, deren Durchmesser so dimensioniert ist, dass ein störungsfreier Ölabfluss gewährleistet ist. Zusätzlich fließt das Öl auch in axialer Richtung außen zwischen dem äußeren Lagerring 6 und der Aufnahmebohrung 3a des Ladergehäuses 3 ab.
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Zwischen den inneren Lagerringen 8 ist eine Distanzhülse 18 koaxial zur Längsmittelachse 5 angeordnet. Durch die Distanzhülse 18 wird die Steifigkeit der Läuferwelle 4 erhöht. Die Distanzhülse 18 besteht aus einem anderen Material als die Läuferwelle 4, welches durch einen höheren Elastizitätsmodul auszeichnet. Als Material für die Distanzhülse bietet sich insbesondere eine technische Keramik oder ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff aufgrund ihrer spezifischen Materialeigenschaften an. Neben einer hohen Hitzebeständigkeit und geringer thermischer Ausdehnung gehören ein hohe mechanische Festigkeit und Formstabilität respektive spezifische Festigkeit zu den wesentlichen Eigenschaften dieser Werkstoffe. Ein weiterer Aspekt ist die gegenüber Stahl geringere Dichte von technischer Keramik oder einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff. Die Distanzhülse 18 weist auf ihrer Innenmantelfläche 19 endseitig Abschnitte 20 auf, mit denen die Distanzhülse 18 abschnittsweise auf der Läuferwelle 4 aufliegt. Die endseitigen Abschnitte 20 sind jeweils als umlaufender, sich abschnittsweise radial nach innen erstreckender Bund ausgebildet. Zwischen den Abschnitten 20 ist der Durchmesser der Innenmantelfläche 19 größer, so dass sich zwischen der Innenmantelfläche 19 der Distanzhülse 18 und der Oberfläche der Läuferwelle 4 ein Ringspalt ausbildet. Die Distanzhülse 18 weist ausgehend von dem jeweiligen endseitigen Abschnitt 20 eine abschnittsweise Zunahme ihres Außendurchmessers auf. Der Außendurchmesser der Distanzhülse 18 ist abschnittsweise größer als der Innendurchmesser der inneren Lagerringe 8. Im montierten Zustand der Lagereinheit 1 befindet sich die aus Stahl gefertigte Läuferwelle 4 im gezogenen Zustand, während sich die auf der Läuferwelle 4 befindlichen inneren Lagerringe 8 als auch die Distanzhülse 18 in einem gestauchten bzw. gedrückten Zustand befinden, was für die aus einer technischen Keramik oder einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff bestehende Distanzhülse 18 im vorliegenden Anwendungsfalls vorteilhaft. Auf dem verdichterseitigen Abschnitt 4a ist ein Ringträger 17 angeordnet, welcher einen Dichtring 17a trägt. Dieser Ringträger 17 kann auch aus einer technischen Keramik oder einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff hergestellt sein. Zudem kann die Eigenfrequenz der Läuferwelle 4 auch dadurch beeinflusst werden, dass das Turbinenrad aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welches eines geringere Dichte als der Stahl, aus dem die Läuferwelle 4 besteht.
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In 2 ist eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader gemäß einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der Lagereinheit 1 gemäß 2 entspricht der gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform, so dass nachfolgend vor allem auf die Unterschiede gegenüber der Lagerkartusche 2 der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Soweit es sich bei den Komponenten der zweiten Ausführungsform um mit der ersten Ausführungsform identische Komponenten handelt, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Lagereinheit 1 umfasst eine Lagerkartusche 2a, die in der sich axial erstreckenden Aufnahmebohrung 3a des Ladergehäuses 3 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 2a ist das als zweireihiges Schulterkugellager ausgebildete Wälzlager 6 in dieser positioniert. Das Wälzlager 6 ist mit einem zweiteiligen äußeren Lagerring ausgebildet, der einen ersten Ringabschnitt 7a und eine zweiten Ringabschnitt 7b umfasst.
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Ein gemäß diesem Ausführungsbeispiel einteiliger innerer Lagerring des Wälzlagers 6 wird von einer Distanzhülse 21 ausgebildet, die anstelle eines separaten inneren Lagerrings auf der Läuferwelle 4 angeordnet ist. Auf der Außenmantelfläche einander gegenüberliegenden endseitigen Abschnitten 22 der Distanzhülse 21 sind innere Laufbahnen 23 für die Wälzkörper 9 ausgebildet. Die Distanzhülse 21 stützt sich auf dem turbinenseitigen Abschnitt 4b mit ihrer Stirnfläche an einem radialen Vorsprung 25 der Läuferwelle 4 ab. Auf dem verdichterseitigen Abschnitt 4a ist die Distanzhülse 21 durch den Trägerring 17 in axialer Richtung fixiert. Zwischen den endseitigen Abschnitten 22 der Distanzhülse 21 ist der Durchmesser der Innenmantelfläche 19 größer als der Außendurchmesser der Läuferwelle 4, so dass sich hier ein Ringspalt ausbildet. Das Segment zwischen den endseitigen Abschnitten 22, welche den inneren Lagerring ausbilden, weist einen größeren Außendurchmesser auf als die endseitigen Abschnitte 22.
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Der aus dem ersten Ringabschnitt 7a und dem zweiten Ringabschnitt 7b gebildete äußere Lagerring unterscheidet sich dahingehend, dass sich der erste Ringabschnitt 7a abschnittsweise in den zweiten Ringabschnitt 7b hinein erstreckt, so dass dieser in Umfangsrichtung von dem zweiten Ringabschnitt 7b umschlossen ist. Der zweite Ringabschnitt 7b erstreckt sich nahezu über die Gesamtlänge des Wälzlagers 6. Auf dem Außenumfang des zweiten Ringabschnittes 7b sind umlaufend ausgebildete Ölversorgungsnuten 12 angeordnet. Auf der dem Turbinenrad zugewandten Seite des zweiten Ringabschnittes 7b erstreckt sich eine Spritzölbohrungen 13 in radialer Richtung durch den zweiten Ringabschnitt 7b. Hingegen steht die auf der dem Verdichterrad zugewandten Seite angeordnete Ölversorgungsnut 12 durch eine Durchbohrung 26 mit einer weiteren, auf dem Außenumfang des ersten Ringabschnittes 7a umlaufend ausgebildeten, Ölversorgungsnut 27 fluidleitend in Verbindung.
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Der erste Ringabschnitt 7a stützt sich mittels eines als Schraubenfeder 28 ausgeführten Federelementes an einer ringförmigen Schulter 24 des zweiten Ringabschnitts 7b ab. Gegenüber dem Ladergehäuse 3 ist der erste Ringabschnitt 7a durch ein Sicherungselement 29 fixiert.
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Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die aus einer technischen Keramik oder einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff hergestellte Distanzhülse 18 bzw. 21 aufgrund der spezifischen Materialeigenschaften, insbesondere wegen des gegenüber Stahl deutlich höheren Elastizitätsmoduls, bewirkt, dass die erste Biegeeigenfrequenz der aus Stahl gefertigten Läuferwelle 4 in einen Bereich verschoben wird, welcher am oberen Ende des Betriebsbereiches des Abgasturboladers, im Idealfall sogar außerhalb des Betriebsbereichs liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagereinheit
- 2
- Lagerkartusche
- 2a
- Lagerkartusche
- 3
- Ladergehäuse
- 3a
- Aufnahmebohrung
- 4
- Läuferwelle
- 4a
- Verdichterseitiger Abschnitt von 4
- 4b
- Turbinenseitiger Abschnitt von 4
- 5
- Mittellängsachse
- 6
- Wälzlager
- 7
- Äußerer Lagerring
- 7a
- Erster Ringabschnitt
- 7b
- Zweiter Ringabschnitt
- 8
- Innerer Lagerring
- 8a
- Laufbahn
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Käfig
- 11
- Versorgungsbohrung
- 12
- Ölversorgungsnut
- 13
- Spritzölbohrung
- 14
- Zwischenraum
- 15
- Ablauföffnung
- 16
- Auslassbohrung
- 17
- Ringträger
- 17a
- Dichtring
- 18
- Distanzhülse
- 19
- Innenmantelfläche
- 20
- Abschnitt von 18
- 21
- Distanzhülse
- 22
- Abschnitt von 21
- 23
- Laufbahn
- 24
- Schulter von 7b
- 25
- Vorsprung
- 26
- Durchbohrung
- 27
- Ölversorgungsnut
- 28
- Schraubenfeder
- 29
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112013000548 T5 [0006]
- DE 102008020067 A1 [0007]
