DE112010001693T5

DE112010001693T5 - Isolierender abstandshalter für kugellagereinsatz

Info

Publication number: DE112010001693T5
Application number: DE112010001693T
Authority: DE
Inventors: Timothy House; Paul Diemer; Allan Kelly; Augustine Cavagnaro
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2013-01-03
Also published as: US20120023931A1; US8814538B2; KR101644459B1; WO2010123761A2; KR20120004516A; WO2010123761A3; CN102395769A

Abstract

Ein Turbolader, der ein Hochgeschwindigkeitswälzelementlagersystem verwendet, wird hinsichtlich gewünschter Geschwindigkeit und Lebensdauer verbessert, indem ein isolierender Abstandshalter mit einer Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt wird, die niedriger ist als die des Materials in dem inneren Laufring des REB zwischen dem Turbinenende des inneren Laufrings des Lagersystems und der Verdichterendfläche des Kolbenringvorsprungs, um den Wärmestrom von dem Turbinenrad zu dem inneren Laufring des Wälzelementlagers zu behindern.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Problem, die Lebensdauer von Wälzelementlagern (REB – Rolling Element Bearings) wie etwa Kugellagereinsätzen in einem Turbolader zu verlängern. Es besteht immer eine Notwendigkeit bei Kugellagerturboladern, die gewünschte Drehzahl und die gewünschte Lebensdauer zu den niedrigsten Kosten zu erreichen. Es ist klar, dass die Reduzierung der Lagertemperatur, die durch einen Wärmeeintrag von dem Turboladerturbinenrad zu dem Kugellagersystem verursacht wird, nicht als ein Bereich für Verbesserungspotential erkannt wurde.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Turbolader führen dem Motoreinlass Luft mit einer größeren Dichte zu, als dies bei einer normalen Ansaugkonfiguration möglich wäre, wodurch mehr Kraftstoff verbrannt werden kann und die Motorleistung verstärkt werden kann, ohne das Motorgewicht signifikant zu erhöhen. Dies kann den Einsatz eines kleineren turbogeladenen Motors ermöglichen, wodurch ein Motor mit normaler Ansaugung mit einer größeren physischen Größe ersetzt wird, wodurch die Masse und der aerodynamische Frontbereich des Fahrzeugs reduziert werden.
Turbolader sind eine Art von Aufladesystem, die den aus dem Motorabgaskrümmer in das Turbinengehäuse eintretenden Abgasstrom zum Antreiben eines Turbinenrads (51) verwenden, das sich in dem Turbinengehäuse befindet. Das Turbinenrad ist fest an einer Welle befestigt, um die Baugruppe aus Welle und Rad zu werden, deren anderes Ende ein Verdichterrad (20) enthält, das an einem Flanschwellenende der Welle und des Rades montiert ist und durch die Klemmlast von einer Verdichtermutter (29) festgehalten wird. Die primäre Funktion des Turbinenrads besteht in der Bereitstellung von Drehleistung zum Antreiben des Verdichters.
Die Verdichterstufe besteht aus einem Rad (20) und seinem Gehäuse. Gefilterte Luft wird durch die Drehung des Verdichterrads axial in den Einlass der Verdichterabdeckung angesaugt. Die von der Turbinenstufe zu der Welle und dem Rad erzeugte Leistung treibt das Verdichterrad an, um eine Kombination aus statischem Druck mit etwas kinetischer Restenergie und Wärme zu erzeugen. Das unter Druck stehende Gas tritt aus der Verdichterabdeckung durch den Verdichterauslass aus und wird üblicherweise über einen Luftladekühler an den Motoreinlass geliefert.
Bei einem Aspekt der Leistung der Verdichterstufe wird die Effizienz der Verdichterstufe durch die Spielräume zwischen der Verdichterradkontur (28) und der entsprechenden Kontur in der Verdichterabdeckung beeinflusst. Je näher sich die Verdichterradkontur an der Verdichterabdeckungskontur befindet, um so höher ist die Effizienz der Stufe. Andererseits ist die Wahrscheinlichkeit für ein Scheuern des Verdichterrades umso größer, je näher sich das Rad an der Abdeckung befindet; somit muss es einen Kompromiss zwischen dem Verbessern der Effizienz und dem Verbessern der Langlebigkeit geben.
Das Rad in der Kompressorstufe eines typischen Turboladers dreht sich nicht um die geometrische Achse des Turboladers, sondern beschreibt vielmehr Umlaufbahnen ungefähr um das geometrische Zentrum des Turboladers. Das geometrische Zentrum ist die geometrische Achse (100) des Turboladers.
Die dynamischen Ausschläge, die die Welle macht, werden einer Anzahl von Faktoren zugeschrieben, unter anderem: die Unwucht der sich drehenden Baugruppe; die Anregung des Sockels (d. h. des Motors und des Abgaskrümmers); und die geringe Drehzahlanregung von der Grenzfläche des Fahrzeugs mit dem Boden.
Der Summeneffekt dieser Ausschläge, die die Räder machen, besteht darin, dass das Design des typischen Turboladers eingebaute Spielräume aufweisen muss, die weit größer sind als jene, die für Höhen aerodynamischer Effizienz gewünscht werden.
Der typische Turbolader wird mit Öl von dem Motor gespeist. Dieses Öl führt bei einem Druck, der in der Regel gleich dem des Motors ist, mehrere Funktionen aus. Das Öl wird über Ölgallerien (82 und 83) beiden Seiten der Drehlager (30) zugeführt, um einen doppelten hydrodynamischen Squeeze-Film bereitzustellen, dessen Drücke Reaktionskräfte der Welle auf den Innendurchmesser des Lagers und des Außendurchmessers des Lagers auf die Lagergehäusebohrung ausüben. Die Ölfilme sorgen für eine Dämpfung der Reaktionskräfte, um die Amplitude der Ausschläge der Welle zu reduzieren. Das Öl fungiert auch dahingehend, Wärme aus dem Turbolader abzuführen. Die Wärme wird zu dem Kurbelgehäuse des Motors geführt, wenn sie den Turbolader durch den Ölablass (85) verlässt.
Ein typisches Turboladerdesign weist zwei benachbarte Lagersysteme auf: eines an dem Kompressorende des Lagergehäuses und eines an dem Turbinenende des Lagergehäuses. Jedes System weist zwei Grenzflächen auf: die Grenzfläche der sich drehenden Welle an dem Innendurchmesser des schwimmenden Lagers und die Grenzfläche des Außendurchmessers des schwimmenden Lagers an der festen Bohrung des Lagergehäuses.
Die Steifheit und die Dämpfkapazitäten der typischen Turboladerlager mit doppeltem hydrodynamischem Squeeze-Film sind ein Kompromiss zwischen der Dicke des durch die Drehzahl der Lagerelemente erzeugten Films, dem Spielraum zwischen den Elementen und den Ölstrombegrenzungen aufgrund der Neigung von Turboladern, Öl durch die Kolbenringdichtungen an beiden Enden der Welle zu schicken.
Die Verwendung von REBs in einem Turbolader löst mehrere Probleme, unter anderem: hohe Ölstromraten, Lagerdämpfung und Leistungsverluste durch das Lagersystem.
1 zeigt eine typische Turboladerlagerkonfiguration mit doppeltem hydrodynamischem Squeeze-Film. Bei dieser Konfiguration wird Öl bei dem Lagergehäuse (2) durch einen Öleinlass (80) von dem Motor empfangen. Das Öl wird unter Druck durch die Ölgallerie (83) zu der Lagergehäuse-Drehlagerbohrung (4) gespeist. Für die Lager (30) sowohl an dem Turbinenende als auch an dem Verdichterende wird der Ölstrom den Welle-und-Rad-Drehlagerzonen zugeführt, wobei das Öl an diesen Punkten um die Welle verteilt wird, um zwischen der Wellenoberfläche (52) und der Innenbohrung der schwimmenden Drehlager (30) einen Ölfilm zu erzeugen. Auf der Außenseite der Drehlager (30) wird ein gleicher Ölfilm durch die Drehung der Drehlager gegen die Lagergehäuse-Drehlagerbohrung (4) erzeugt.
Bei dem in 1 gezeigten typischen Turbolader ist das Schubaufnahmelager (19) auch ein Lager vom hydrodynamischen oder Fluidfilmtyp. Bei dieser Konfiguration wird dem stationären Schubaufnahmelager Öl von der Ölgallerie (81) zugeführt, um Öl einem Lager mit Rampe-und-Kissen-Design zuzuführen. Das Öl wird durch die Relativbewegung der Anlaufscheibe (40) in die Keilform und das Scheibensegment des Schleuderrings (44), das an der Welle montiert ist, gegen die statische Schubrampe und das statische Schubkissen getrieben. Dieses Lager steuert die axiale Position der Drehbaugruppe.
Für den oben erörterten typischen Turbolader mit einem 76 mm großen Turbinenrad beträgt der Ölstrom im Bereich von 2200 bis 4300 Gramm pro Minute.
4 zeigt den Wärmestrom von dem Abgas (110), das in das Turbinenrad (51) von dem Turbinengehäuse aus eintritt und auf der Austrittsschaufelradseite aus dem Turbinenrad austritt, nachdem es Wärmeenergie und Geschwindigkeit in Drehmoment zum Drehen der Welle und des Rades umgewandelt hat. Der Wärmeenergiestrom (113) in dem Material des Turbinenrads strömt zu dem Kühlerende der Welle und des Rads. Wenn der Wärmestrom (114) in den Kolbenringvorsprung (56) eintritt, läuft er in den Luftdamm (58). Dieser Luftdamm wird konstruiert, wenn eine Ausnehmung in der Rückseite des Turbinenrads und eine Ausnehmung in der Vorderseite der Welle von Welle und Rad (durch Schweißen) miteinander verbunden werden. Die dünnen Sektionen der Peripherie der Ausnehmungen werden zusammengeschweißt, wodurch ein geschlossenes Volumen entsteht. Dieses Volumen verhindert eine starke Leitung von Wärme von dem Turbinenrad zu der Welle. Der Wärmestrom (115) um den Luftdamm (58) herum ist in 4 gezeigt.
Ein dynamisches Testen von Turboaladern durch die Erfinder offenbarte die Temperatur an Stationen entlang der sich drehenden Baugruppe. In 5 sind die Stationen als gestrichelte Linien markiert, und die Temperatur an jeder Station ist als Dreiecke auf der fetten Linie gezeigt. Die „X”-Achse des überlagerten Diagramms ist die geometrische Position an der Welle und dem Rad herunter, und die „Y”-Achse ist die Temperatur in Grad Celsius. Es ist ersichtlich, dass es eine große Temperaturreduktion gibt, wenn der Wärmestrom um den Luftdamm (58) herum zu dem Kolbenringvorsprung (54) läuft, dass aber die Abfallrate der Temperatur zu dem Kolbenringvorsprung, Verdichterendfläche (55) und dann zu dem Verdichter nach dem Luftdamm viel geringer ist. Der größte Teil dieser Temperaturreduktion ist auf den Wärmetransfer zu dem Öl zurückzuführen, das durch die Drehlager und um sie herum strömt. Ohne den Luftdamm überhitzt das Öl und verkokt und beschichtet die Drehlageroberflächen.
Ein Verfahren zum Erhöhen der Effizienz des Turboladers bestand in der Verwendung von Kugellagern zum Stützen der sich drehenden Baugruppe. Während sich die vorliegende Erfindung auf jede Art von Wälzelementlager (REB) anwenden lässt, einschließlich zum Beispiel Kugellager, Wälzlager, Nadellager, Kegelrollenlager (konische Wälzkörper, die auf konischen Ringen laufen) und Tonnenlagern (Wälzkörper, die in der Mitte dicker sind und an den Enden dünner sind), werden REB in der Praxis kommerziell durch Turbolader mit Kugellagereinsätzen dargestellt, und deshalb werden hier beispielhaft Rollenlagerturbolader verwendet, wenn bestimmte Ausführungsformen erörtert werden.
Es gibt mehrere Verbesserungen, die mit dem Einsatz von Wälzelementlagerturboladern einhergehen. Es gibt eine Verbesserung bei der instationären Antwort aufgrund der Reduktion bei Leistungsverlusten, insbesondere bei niedrigen Turboladerdrehzahlen, des REB-Systems gegenüber dem typischen Turboladerlagersystem. Die Leistungsverluste bei REB-Systemen sind geringer als jene für typische Turboladerlagersysteme vom Büchsentyp. REB-Systeme können viel größere Schublasten aushalten als typische Turboladerlagersysteme, wodurch die Schubkomponente robuster wird. Da typische Schublager mit Rampe und Kissen erfordern, dass ein großer Prozentsatz des Ölstroms dem Turbolader zugeführt wird, und REB-Systeme einen geringeren Ölstrom (als ein typisches Turboladerlagersystem) erfordern, ist ein geringerer Ölstrom für ein REB-System mit der positiven Konsequenz erforderlich, dass es weniger Neigung für einen Öldurchtritt zu den Verdichter- oder Turbinenstadien gibt, wo dieses Öl den Katalysator vergiften kann.
Während Kugellagersysteme diese Gewinne hinsichtlich Effizienz und instationärer Leistung liefern, ist die Dämpfkapazität von Kugellagern nicht so gut wie die der typischen Turboladerlager mit doppeltem hydrodynamischen Squeeze-Film. Aus diesem Grund werden die Kugellagerbaugruppen in einem Stahleinsatz festgehalten, der durch einen Ölfilm zwischen dem Außendurchmesser des Einsatzes und dem Innendurchmesser der Lagergehäusebohrung innerhalb des Lagergehäuses aufgehängt ist.
Bei einer Hochgeschwindigkeitskugellagerentwicklung wurde stark daran gearbeitet, die Geschwindigkeit und die Lebensdauer des Lagersystems insbesondere im Bereich der Beziehung zwischen Lagerleistungsverlusten und Ölstrom zu verbessern. In NASA 2001-210462 lehren die Schreiber, dass: herkömmliche Strahlschmierung den inneren Laufringkontakt nicht adäquat kühlt und schmiert, weil Schmiermittel zentrifugal nach außen geworfen wird, und während das Erhöhen der Strömungsrate zum Ableiten von mehr Wärme führt, vergrößert es auch die durch das Ölpanschen erzeugte Wärme. Die Schreiber merken auch an, dass der Lagerleistungsverlust eine direkte Funktion des Ölstroms zu dem Lager ist. Die Lagerlebensdauer ist eine inverse Funktion der Temperatur; der Temperaturdifferenz zwischen den individuellen Lagerringkomponenten und der resultierenden elastohydrodynamischen Filmdicke.
Es ist bekannt, dass Kugellager für Geschwindigkeit, Last, Wärme, innere Spielräume und Ölstrom sehr empfindlich sind. Gewinne bei jedem der Bereiche bezüglich Wärme, innerer Spielräume und Ölstrom können eine breitere Arbeitshüllkurve erzeugen, die dann als eine Zunahme bei Geschwindigkeit, Lebensdauer oder einer Kombination aus beiden angesehen werden kann. Wenn die Toleranzen der Komponenten in einem Kugellager verschärft werden, steigt die Geschwindigkeitskapazität, aber auch die Kosten erhöhen dich.
So ist zu sehen, dass die Temperatur des inneren Kugelrings für die Kugellagerlebensdauer und für die Fähigkeit des Systems, Drehzahlen auf Turboladerhöhe zu erreichen, kritisch ist.
Bei den heute verfügbaren Kugellagereinsätzen ist es klar, dass eine Reduktion der Lagertemperatur, durch einen Wärmeeintrag von dem Turboladerturbinenrad zu dem Kugellagersystem verursacht, nicht als ein Bereich zur potentiellen Verbesserung erkannt wurde. Bei Kugellagerturboladern besteht immer ein Bedarf, die gewünschte Drehzahl und Lebensdauer mit den niedrigsten Kosten zu erzielen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Hinzufügen eines Abstandshalters mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder einem thermischen Block zu einer Turboladerwälzelementlagerbaugruppe, um den Wärmestrom von der Welle und dem Rad zu den Lagern zu blockieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird als Beispiel und nicht als Beschränkung in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile angeben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Turboladerbaugruppe;
2 einen Schnitt einer typischen Kugellagerturboladerlagergehäusebaugruppe;
3 eine vergrößerte Ansicht von 2;
4 eine Schnittzeichnung einer Welle und eines Rades;
5 einen Welle-und-Rad-Schnitt, mit der Temperatur überlegt;
6 die erste Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte Ansicht von 6;
8 einen Vergleich von Ölstromraten und
9A und 9B die zweite Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder erkannten, dass die Temperatur des inneren Laufrings einer Wälzelementlagerbaugruppe (REB) ein kritischer bestimmender Faktor dabei ist, sowohl dass das Lagersystem die gewünschte Drehzahl erreicht und dass das Lagersystem eine entsprechende Lebensdauer erreicht.
Die 2 und 3 zeigen das Design von typischen REB-Konfigurationen. Der innere Lagerlaufring (65) weist eine Turbinenende-Seitenfläche (54) und eine Verdichterende-Seitenfläche auf. Die Turbinenende-Seitenfläche (67) des inneren Lagerlaufrings (65) stößt an die Verdichterende-Oberfläche (55) des Kolbenringvorsprungs (56) von Welle und Rad an, um axiale Lasten zu dem inneren Laufring des Lagers zu übertragen. Diese Verbindung mit Metall wirkt als ein Leitungspfad für um die Peripherie des Luftdamms (58) zu dem inneren Kugellagerlaufring strömenden Wärme.
Durch Reduzierung der axialen Länge der Lager und Einsetzen eines Wärmebarrierenelements (90) (7) zwischen dem Verdichterende des Kolbenringvorsprungs (55) und dem Turbinenende (67) des inneren Laufrings (65) des REB wird der Wärmestrom von dem Kolbenringvorsprung zu dem inneren Laufring stark reduziert. Wie oben erläutert, wird der Wärmestrom von dem Turbinenrad zu der Welle durch die Anwesenheit eines Luftdamms (58) blockiert, wie durch die Wellentemperaturen in 5 zu sehen ist.
Da REBs sowohl hinsichtlich Lebensdauer als auch Betriebsgeschwindigkeit teilweise durch die Temperaturen des inneren und äußeren Laufrings begrenzt sind, gestattet die Aufnahme einer Wärmebarriere (90), 6 und 7, eine breitere Arbeitshüllkurve, die in eine größere Geschwindigkeit und längere Lebensdauer des REB oder in eine größere Geschwindigkeit oder längere Lebensdauer umgesetzt werden kann, je nachdem, wie die Verbesserung verwendet wird. Die Verbesserung, weil die Temperatur des inneren Laufrings durch das Wärmebarrierenelement (90), das den Wärmestrom (114) in dem Turbinenrad von dem Metall in der Peripherie des Luftdamms (58) des Kolbenringvorsprungs (56) auf den Wärmestrom (115) in der Kompressorende-Fläche (55) des Kolbenringvorsprungs zu dem inneren REB-Laufring (65) sperrt reduziert wird.
Da der mittlere Ölstrom durch eine typische Turboladerlagerkonfiguration mit doppeltem hydrodynamischem Squeeze-Film 240% größer ist als der Ölstrom durch eine REB-Konfiguration, wird die von dem REB zu dem Öl zurückgewiesene Wärmemenge begrenzt, wodurch sich die Temperaturbegrenzungen von REBs verschärfen. Bei typischen REB-Turboladern ist der Ölstrom zu den Lagern durch die Einführung einer Beschränkung (86) in dem Öleinlass (80) begrenzt. So liefert die Einführung der Wärmebarriere gemäß der Erfindung eine große Verbesserung bei der Fähigkeit des Lagersystems.
Die Konstruktion der Wärmebarriere muss in der Lage sein, die Drucklasten zu tragen, die auf den Stapel von Komponenten ausgeübt werden, die in der Drehlagersektion von Welle und Rad montiert sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmebarrierenelement ein kurzer Zylinder mit einer Flanschsektion, wobei das Element aus einer Titanlegierung konstruiert ist. Das Material könnte Titan sein, eine Superlegierung wie etwa Inconel, Incoloy oder Hastelloy; oder es könnte ein Keramikmaterial sein. Das Material der Wärmebarriere weist einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten auf, der unter dem entweder des Lagerinnenrings oder des Lagervorsprungs von Welle und Rad liegt.
Das Wärmebarrierenelement kann eine radiale Erstreckung aufweisen, die zwei Zwecken dient: einer ist als ein Ölschleuderring, um zu verhindern, dass der Ölstrom von den Lagern zu dem Kolbenringbereich und in den Verbrennungsgasstrom gerät, der andere besteht darin, als ein Wegdrückwerkzeug zu dienen, um das Herausdrücken der Welle aus der Lagerbaugruppe zu unterstützen. Zum Entfernen der Welle und des Rads (50) aus der Baugruppe aus Lagergehäuse (3) und REB-Baugruppe wird die Welle (gegen das Lagergehäuse) von dem Kompressorradende derart gedrückt, dass der Flansch der Wärmebarriere (90) gegen den Anschlag des Kolbenringvorsprungs (53) in dem Lagergehäuse drückt. Dies widersteht wiederum der Kraft (von dem Verdichterende der Welle und des Rades) zu dem inneren Laufring (65T) des REB, wodurch die Welle aus dem Lager herausgedrückt werden kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform entspricht die Bohrung des Wärmebarrierenelements (90) von ihrer Gestalt (z. B. rund) und ihrem Durchmesser her im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Innendurchmessers des Drehlagers, d. h. dem Außendurchmesser der Welle und des Rades. Die äußere Oberfläche der Wärmebarriere ist allgemein zylindrisch mit einem Durchmesser, der ungefähr größer ist als der des Lagergehäuse-Kolbenringvorsprungs (53), so dass der Kolbenringvorsprung (53) des Lagergehäuses als ein Anschlag für den thermischen Abstandshalter (90) dienen kann, um die Welle und das Rad (50) von den inneren REB-Laufringen (65T und 65C) zu entfernen. Die Wärmebarriere ist axial zwischen der Turbinenendfläche (67) des inneren REB-Laufrings (65T) und der Verdichterendfläche (55) des Kolbenringvorsprungs (56) der Welle und des Rades angeordnet.
Bei einer Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmebarrierenelement ein kurzer Zylinder, der aus Materialien wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel konstruiert ist.
Die Wärmebarriere könnte auch ein gewöhnlicheres Basematerial wie etwa Stahl sein, der mit einer Beschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit beschichtet ist, wie etwa mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid (siehe beispielsweise das durch Bezugnahme hier aufgenommene US-Patent 6,998,172 ).
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Wärmepfad von dem Kolbenringvorsprung zu dem inneren Laufring des REB dadurch blockiert, dass der verfügbare Strömungspfad von dem Kolbenringvorsprung zu dem inneren Laufring reduziert wird. In den 9A und 9B wurde die Turbinenendfläche (67) des inneren Laufrings (65) ausgezahnt, um ausreichend Flächeninhalt zum Übertragen der axialen Lasten von der sich drehenden Baugruppe zu dem inneren Laufring des REB bereitzustellen, aber auch um den kleinsten Wärmetransferpfad von der Verdichterendfläche (55) des Kolbenringvorsprungs (56) zu dem inneren Laufring (65) des REB bereitzustellen. Bei dem Ausführungsbeispiel sind diese Auszahnungen einfach acht symmetrische Zähne (76), die in die Fläche (67) des inneren Laufrings geschnitten sind, wodurch acht symmetrische lasttragende Oberflächen (67) zum Übertragen der axialen Lasten verbleiben. Die Anzahl und Größe der Zähne sind unwichtig. Was wichtig ist, ist die Reduktion des Flächeninhalts.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Wärmebarriere dadurch bereitgestellt, dass die Verdichterendfläche (55) des Kolbenringvorsprungs (56) und die Turbinenendfläche (67) des inneren Lagerlaufrings (65) mit einer Beschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit oder einer Oberflächenbehandlung wie etwa mit mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid beschichtet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6998172 [0046]

Claims

Turbolader, der Folgendes enthält: eine sich drehende Baugruppe, die eine Welle (50) und ein fest an einem Ende der Welle angebrachtes Turbinenrad (51) umfasst, ein Lagergehäuse (3), das ein Wälzelementlager stützt, das einen inneren Laufring (65) und einen äußeren Laufring (64) umfasst, die jeweils mit einer Rollbahn ausgestattet sind, und eine Reihe von Wälzelementen, die mit den Rollbahnen jedes Laufrings in Kontakt stehen, wobei die Welle zur Drehung durch das Wälzelementlager gestützt ist, weiterhin umfassend ein Wärmebarrierenelement (90), das zwischen dem Verdichterrad und dem inneren Laufring auf der Welle gestützt ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei die sich drehende Baugruppe weiterhin einen Kolbenringvorsprung (56) an dem Turbinenende der Welle umfasst, wobei der Kolbenringvorsprung (56) ein dem Verdichter zugewandtes Ende (55) aufweist, und wobei das Wärmebarrierenelement (90) zwischen dem dem Verdichter zugewandten Ende (55) des Kolbenringvorsprungs (56) und dem inneren Laufring vorgesehen ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmebarrierenelement (90) aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besteht, der gleich ist dem oder niedriger ist als der entweder des inneren Lagerlaufrings oder des Lagervorsprungs der sich drehenden Baugruppe.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmebarrierenelement (90) aus Titan, einer Titanlegierung, einer Superlegierung oder einem Keramikmaterial besteht.
Turbolader nach Anspruch 4, wobei das Wärmebarrierenelement (90) aus einer Superlegierung besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Inconel, Incoloy und Hastelloy.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmebarrierenelement (90) aus einem Metall besteht, das mit einer Beschichtung beschichtet ist, die eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das Metall aufweist.
Turbolader nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung ein mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der innere Laufring (65) durch das Wärmebarrierenelement (90) axial beschränkt wird.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmebarrierenelement (90) eine radiale Erweiterung enthält, die als ein Ölschleuderring dient.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmebarrierenelement (90) einen inneren Laufring (65) aufweist, der eine Endfläche kontaktiert, das Wärmebarrierenelement (90) einen inneren Laufring (65) aufweist, der eine Endfläche kontaktiert, und wobei mindestens eine der Endflächen keinen kontinuierlichen Ring mit konstantem Innen- und Außendurchmesser um seinen ganzen Umfang herum bildet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wälzelementlager ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kugellagern, Wälzlagern, Nadellagern, Schrägrollenlagern und Tonnenlagern.
Turbolader, der Folgendes enthält: eine sich drehende Baugruppe, die eine Welle (50) und ein fest an einem Ende der Welle angebrachtes Turbinenrad (51) umfasst und einen Kolbenringvorsprung (56) an dem Turbinenende der Welle, wobei der Kolbenringvorsprung (56) ein dem Verdichter zugewandtes Ende (55) aufweist, wobei mindestens eine der dem Verdichter zugewandten Endfläche (55) des Kolbenringvorsprungs (56) und des dem Kolbenringvorsprung (56) zugewandten Endfläche des inneren Laufrings mit einer Beschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit beschichtet ist.