DE102020114268A1 - Axial bearing for an axial turbocharger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Axiallager (1) für eine Welle, insbesondere eines Axialturboladers, mit einem Schublager (3) zur ortsfesten Fixierung des Axiallagers (1) und einem rotierbaren Laufring (4) zur Aufnahme der Welle, der mit einer radialen Lauffläche (5) in dem Schublager (3) aufgenommen ist, wobei das Schublager (3) und der Laufring (4) jeweils eine axiale Gleitoberfläche (31, 41) aufweisen, wobei zwischen den beiden axialen Gleitoberflächen (31, 41) eine frei rotierbare Lagerscheibe (6) angeordnet ist, wobei die Lagerscheibe (6) mit einer radialen Innenoberfläche (7) auf der radialen Lauffläche (5) des Laufrings (4) rotierbar angeordnet ist und die radiale Innenoberfläche (7) wenigstens eine axiale Nut (9) zur Führung eines Schmiermittels (11) umfasst, und wobei die radiale Lauffläche (5) im Bereich der Lagerscheibe (6) wenigstens eine weitere axiale Nut (10) zur Führung des Schmiermittels (11) aufweist. The invention relates to an axial bearing (1) for a shaft, in particular an axial turbocharger, with a thrust bearing (3) for the stationary fixing of the axial bearing (1) and a rotatable race (4) for receiving the shaft, which has a radial running surface (5) is received in the thrust bearing (3), the thrust bearing (3) and the race (4) each having an axial sliding surface (31, 41), with a freely rotatable bearing disk (6) between the two axial sliding surfaces (31, 41) is arranged, wherein the bearing washer (6) is rotatably arranged with a radial inner surface (7) on the radial running surface (5) of the raceway (4) and the radial inner surface (7) has at least one axial groove (9) for guiding a lubricant ( 11), and wherein the radial running surface (5) in the area of the bearing disk (6) has at least one further axial groove (10) for guiding the lubricant (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Axiallager für eine Welle, insbesondere eines Axialturboladers, mit einem Schublager zur ortsfesten Fixierung des Axiallagers und einem rotierbaren Laufring zur Aufnahme der Welle, der mit einer radialen Lauffläche in dem Schublager aufgenommen ist.The invention relates to an axial bearing for a shaft, in particular an axial turbocharger, with a thrust bearing for fixedly fixing the thrust bearing and a rotatable raceway for receiving the shaft, which is received in the thrust bearing with a radial running surface.
In Axialturboladern besteht das Axiallager zur Aufnahme von hohen Axialschüben üblicherweise aus einem ortsfesten Schublager, einer frei rotierenden Lagerscheibe und einem mit der Rotordrehzahl rotierenden Laufring. Die Lagerscheibe ist dabei doppelwirkend und weist sowohl zum nicht rotierenden Schublager, als auch zum rotierenden Laufring eine Gleitfläche auf. Die Drehzahl der Lagerscheibe stellt sich aufgrund der axialen Reibverhältnisse der Gleitflächen ein. Die Lagerscheibe rotiert dabei auf einem radialen Ölfilm des Laufrings und ist somit radial gelagert. Nachteilig daran ist, dass diese Radiallagerung zu einer Instabilität neigt. Die Ölversorgung der Lagerseite bzw. Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe erfolgt durch eine axiale Profilierung in der rotierenden Lagerscheibe. Aufgrund einer hohen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Laufring und der Lagerscheibe sowie einer radialen Geschwindigkeitskomponente kommt es in Bereichen der axialen Profilierung der Lagerscheibe zu Ablösungen und damit zu einer Mangelschmierung an der radialen Lauffläche bzw. der Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe.In axial turbochargers, the axial bearing for accommodating high axial thrusts usually consists of a stationary thrust bearing, a freely rotating bearing disk and a raceway that rotates at the rotor speed. The bearing disk is double-acting and has a sliding surface for both the non-rotating thrust bearing and the rotating race. The speed of the bearing disc is set due to the axial friction conditions of the sliding surfaces. The bearing disk rotates on a radial oil film of the race and is therefore radially supported. The disadvantage of this is that this radial bearing tends to be unstable. The oil supply to the bearing side or the sliding surface between the race and the bearing disk takes place through an axial profile in the rotating bearing disk. Due to a high speed difference between the raceway and the bearing washer and a radial speed component, the axial profiling of the bearing washer can become detached and there is a lack of lubrication on the radial running surface or the sliding surface between the race and the bearing washer.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Axiallager für eine Welle, insbesondere eines Axialturboladers, bereitzustellen, das die Schmierung der Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe verbessert.It is therefore the object of the present invention to provide an axial bearing for a shaft, in particular an axial turbocharger, which improves the lubrication of the sliding surface between the race and the bearing washer.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to
Erfindungsgemäß wird ein Axiallager für eine Welle, insbesondere eines Axialturboladers, mit einem Schublager zur ortsfesten Fixierung des Axiallagers und einem rotierbaren Laufring zur Aufnahme der Welle, der mit einer radialen Lauffläche in dem Schublager aufgenommen ist, vorgeschlagen. Das Schublager und der Laufring weisen jeweils eine axiale Gleitoberfläche auf und zwischen den beiden axialen Gleitoberflächen ist eine frei rotierbare Lagerscheibe angeordnet. Ferner ist die Lagerscheibe mit einer radialen Innenoberfläche auf der radialen Lauffläche des Laufrings rotierbar angeordnet und die radiale Innenoberfläche umfasst wenigstens eine axiale Nut zur Führung eines Schmiermittels. Darüber hinaus weist die radiale Lauffläche im Bereich der Lagerscheibe wenigstens eine weitere axiale Nut zur Führung des Schmiermittels auf.According to the invention, an axial bearing for a shaft, in particular an axial turbocharger, with a thrust bearing for fixedly fixing the thrust bearing and a rotatable race for receiving the shaft, which is received with a radial running surface in the thrust bearing, is proposed. The thrust bearing and the raceway each have an axial sliding surface and a freely rotatable bearing disk is arranged between the two axial sliding surfaces. Furthermore, the bearing washer is rotatably arranged with a radial inner surface on the radial running surface of the raceway and the radial inner surface comprises at least one axial groove for guiding a lubricant. In addition, the radial running surface in the area of the bearing disk has at least one further axial groove for guiding the lubricant.
Vorteilhaft daran ist, dass durch die Reduzierung der Profiltiefe in der rotierenden Lagerscheibe die durch eine radiale Geschwindigkeitskomponente des Schmierfilms verursachte Instabilität reduziert wird. Die axialen Nuten des Laufrings übernehmen einen Tragfilmaufbau des Schmiermittels der rotierenden Lagerscheibe und einen Teil der axialen Ölversorgung für die axiale Gleitfläche des Laufrings. Auf diese Weise ist die Schmierung der Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe verbessert.The advantage of this is that by reducing the profile depth in the rotating bearing disk, the instability caused by a radial speed component of the lubricating film is reduced. The axial grooves of the raceway take on a support film build-up of the lubricant of the rotating bearing disk and part of the axial oil supply for the axial sliding surface of the raceway. In this way, the lubrication of the sliding surface between the race and the bearing washer is improved.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine axiale Nut in der radialen Innenoberfläche und die wenigstens eine weitere axiale Nut in der radialen Lauffläche einen kreiszylindrischen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Aufgrund des kreiszylindrischen oder elliptischen Querschnitts ist eine Strömung des Schmiermittels in Richtung Laufring und Lagerscheibe bzw. eine Versorgung der entsprechenden Gleitfläche optimiert.In an advantageous embodiment variant of the invention it is provided that the at least one axial groove in the radial inner surface and the at least one further axial groove in the radial running surface have a circular cylindrical or elliptical cross section. Due to the circular cylindrical or elliptical cross section, a flow of the lubricant in the direction of the raceway and bearing washer or a supply of the corresponding sliding surface is optimized.
Vorzugsweise ist das Axiallager derart ausgebildet, dass ein Flächenverhältnis einer Querschnittsfläche der wenigstens einen weiteren axialen Nut in der radialen Lauffläche zu der wenigstens einen axialen Nut in der radialen Innenoberfläche 0,1 bis 0,7 beträgt. Da ein Schmiermittelverbrauch der axialen Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe zu einer Wellendrehzahl bzw. einer Lagerscheibendrehzahl des jeweiligen Anwendungsfalls, insbesondere des jeweiligen Axialturboladers, korrespondiert, kann durch eine Anpassung des Flächenverhältnisses einer Querschnittsfläche der wenigstens einen weiteren axialen Nut in der radialen Lauffläche zu der wenigstens einen axialen Nut in der radialen Innenoberfläche die Schmierung verbessert werden.The axial bearing is preferably designed such that an area ratio of a cross-sectional area of the at least one further axial groove in the radial running surface to the at least one axial groove in the radial inner surface is 0.1 to 0.7. Since a lubricant consumption of the axial sliding surface between the race and the bearing disk corresponds to a shaft speed or a bearing disk speed of the respective application, in particular of the respective axial turbocharger, an adaptation of the area ratio of a cross-sectional area of the at least one further axial groove in the radial running surface to the at least one axial groove in the radial inner surface lubrication can be improved.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine axiale Nut in der radialen Innenoberfläche der Lagerscheibe und die wenigstens eine weitere axiale Nut in der radialen Lauffläche in einem Winkel von 0° bis 45° hinsichtlich einer Rotationsachse des Axiallagers geneigt sind bzw. schräg dazu verlaufen. Durch eine Neigung bzw. einen schrägen Verlauf wird die axiale Schmiermittelversorgung beeinflusst und kann an eine Wellendrehzahl bzw. eine Lagerscheibendrehzahl des jeweiligen Anwendungsfalls, insbesondere des jeweiligen Axialturboladers, angepasst und somit optimiert werden.In one embodiment of the invention it is provided that the at least one axial groove in the radial inner surface of the bearing washer and the at least one further axial groove in the radial running surface are inclined at an angle of 0 ° to 45 ° with respect to an axis of rotation of the axial bearing to run away. The axial lubricant supply is influenced by an inclination or an inclined course and can be adapted and thus optimized to a shaft speed or a bearing disk speed of the respective application, in particular of the respective axial turbocharger.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der eine Längserstreckung der wenigstens einen weiteren axialen Nut des Laufrings in einer Axialrichtung des Axiallagers einer Erstreckung der Lagerscheibe in der Axialrichtung entspricht. Auf diese Weise ist die wenigstens eine weitere Nut des Laufrings genau in dem Beriech angeordnet, der für die Schmierung besonders wichtig ist, da dort die Lagerscheibe positioniert ist.Furthermore, an embodiment is favorable in which a longitudinal extension of the at least one further axial groove of the raceway in an axial direction of the axial bearing corresponds to an extension of the bearing disk in the axial direction. In this way, the at least one further groove of the raceway is arranged precisely in the area that is used for lubrication is particularly important because this is where the bearing washer is positioned.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schublager, der Laufring und die Lagerscheibe aus einem Eisenwerkstoff gefertigt sind.In a further advantageous embodiment variant, it is provided according to the invention that the thrust bearing, the raceway and the bearing washer are made of an iron material.
Darüber hinaus ist eine Ausführungsvariante der Erfindung günstig, bei der die Lagerscheibe und der Laufring gehärtet, beschichtet oder unbehandelt sind. Daran ist günstig, dass die Lagerscheibe und der Laufring an den jeweiligen Anwendungsfall des Axiallagers, insbesondere an den jeweiligen Axialturbolader, und einen damit verbundenen Reinheitsgrad des Schmiermittels anpassbar sind.In addition, a variant of the invention is favorable in which the bearing disk and the race are hardened, coated or untreated. It is advantageous that the bearing disk and the raceway can be adapted to the respective application of the axial bearing, in particular to the respective axial turbocharger, and an associated degree of purity of the lubricant.
Das erfindungsgemäße Axiallager ist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante derart ausgebildet, dass das Schublager eine Schmiermittelzufuhr für das Schmiermittel zur Schmierung der radialen Lauffläche des Laufrings und der beiden axialen Gleitoberflächen integral aufweist, vorzugsweise über einen Schmiermittelkanal. Vorteilhaft an einer in dem Schublager integralen Schmiermittelzufuhr ist, dass das Schublager in einem montierten Zustand des Axiallagers eine ortsfeste bzw. fixierte Komponente ist. Dadurch kann die Schmiermittelzufuhr des Axiallagers besonders einfach in einen bereits vorhandenen Schmiermittelkreislauf integriert werden.The axial bearing according to the invention is designed in an advantageous variant that the thrust bearing integrally has a lubricant supply for the lubricant to lubricate the radial running surface of the race and the two axial sliding surfaces, preferably via a lubricant channel. The advantage of a lubricant supply integrated in the thrust bearing is that the thrust bearing is a stationary or fixed component when the thrust bearing is in the assembled state. As a result, the lubricant supply of the axial bearing can be integrated particularly easily into an already existing lubricant circuit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Austrittsöffnung der Schmiermittelzufuhr stirnseitig zur Lauffläche des Laufrings hin angeordnet. Dadurch tritt das Schmiermittel an eine Stelle in das Axiallager ein, an der es besonders günstig an die Gleitfläche zwischen Schublager und Lagerscheibe bzw. die Gleitfläche zwischen Laufring und Lagerscheibe geleitet bzw. zwischen den beiden Gleitflächen verteilt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, an outlet opening of the lubricant supply is arranged on the face side towards the running surface of the raceway. As a result, the lubricant enters the axial bearing at a point at which it can be guided particularly favorably to the sliding surface between the thrust bearing and the bearing washer or the sliding surface between the race and the bearing washer or distributed between the two sliding surfaces.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der radialen Innenoberfläche und der radialen Lauffläche ein Spalt ausgebildet ist. Ferner ist dabei eine Nuttiefe zumindest der wenigstens einen axialen Nut in der radialen Innenoberfläche und/oder der wenigstens einen weiteren axialen Nut in der radialen Lauffläche in Radialrichtung größer ausgebildet ist als eine Spaltbreite des Spalts.In a further advantageous embodiment, it is provided according to the invention that a gap is formed between the radial inner surface and the radial running surface. Furthermore, a groove depth of at least the at least one axial groove in the radial inner surface and / or the at least one further axial groove in the radial running surface is larger in the radial direction than a gap width of the gap.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Axialturbolader mit wenigstens einem Axiallager mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen vorgeschlagen, der eine Welle umfasst, die in dem wenigstens einen Axiallager rotierbar aufgenommen ist. Vorteilhaft daran ist, dass mittels der im Laufring und in der rotierenden Lagerscheibe angeordneten Nuten eine Schmiermittelversorgung des Axiallagers des Axialturboladers verbessert ist.According to the invention, an axial turbocharger with at least one axial bearing with the features described above is also proposed, which comprises a shaft that is rotatably received in the at least one axial bearing. The advantage of this is that, by means of the grooves arranged in the raceway and in the rotating bearing disk, a lubricant supply to the axial bearing of the axial turbocharger is improved.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Axialturbolader ein Gehäuse aufweist und das jeweilige Schublager zur ortsfesten Fixierung des jeweiligen Axiallagers an dem Gehäuse befestigt ist. Dadurch ist das Axiallager in dem Axialturbolader integriert und fixiert.In an advantageous embodiment variant of the invention it is provided that the axial turbocharger has a housing and the respective thrust bearing is fastened to the housing for the fixed fixing of the respective axial bearing. As a result, the axial bearing is integrated and fixed in the axial turbocharger.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht eines Axiallagers für eine Welle eines Axialturboladers, -
2 einen Querschnitt des Axiallagers für eine Welle eines Axialturboladers und -
3 eine Schnittansicht eines Laufrings des Axiallagers für eine Welle eines Axialturboladers.
-
1 a sectional view of an axial bearing for a shaft of an axial turbocharger, -
2 a cross section of the axial bearing for a shaft of an axial turbocharger and -
3 a sectional view of a race of the axial bearing for a shaft of an axial turbocharger.
In
Das Schublager
Im Betrieb des Axialturboladers rotiert das Axiallager
Ferner ist zwischen den beiden axialen Gleitoberflächen
Das Schublager
Des Weiteren ist zwischen der radialen Innenoberfläche
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AxiallagerThrust bearings
- 33
- SchublagerDrawer storage
- 3131
- axiale Gleitoberflächeaxial sliding surface
- 44th
- LaufringRaceway
- 4141
- axiale Gleitoberflächeaxial sliding surface
- 55
- radiale Laufflächeradial tread
- 66th
- LagerscheibeBearing washer
- 77th
- radiale Innenoberflächeradial inner surface
- 99
- axiale Nutaxial groove
- 1010
- weitere axiale Nutfurther axial groove
- 1111
- Schmiermittellubricant
- 1212th
- SchmiermittelzufuhrLubricant supply
- 1313th
- Spaltgap
Claims (12)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |