DE112011102807B4 - Abgasturbolader - Google Patents

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Abstract

Abgasturbolader (1)- mit einer Welle (2), auf der ein Verdichterrad (3) und ein Turbinenrad (4) angeordnet sind, und- mit einem Lagergehäuse (5),• das eine turbinenseitige Radiallagerbuchse (6) aufweist, und• das einen Ölsammelraum (7) aufweist, der zwischen der turbinenseitigen Radiallagerbuchse (6) und einem turbinenseitigen Lagergehäuseendbereich (8) angeordnet ist• wobei der Ölsammelraum (7) mit einem Ölraum (18) des Lagergehäuses (5) in Verbindung steht und einen trichterförmigen Auslauf (19) in den Ölraum (18) aufweist,- wobei die Welle (2) eine sich in Radialrichtung (R) nach außen in den Ölsammelraum (7) erstreckende Schulter (9) aufweist, die mit einer radiallagerseitigen ersten Begrenzungswand (10) des Ölsammelraumes (7) einen Spalt (11) begrenzt, dadurch gekennzeichnet,- dass im trichterförmigen Auslauf (19) ein zwickelartiges Strömungsleitelement (20) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein derartiger Abgasturbolader ist aus der DE 10 2007 027 869 A1 bekannt. Obwohl bei diesem Turbolader Maßnahmen getroffen sind, um einen Ölverlust in die Turbine zu minimieren, haben im Rahmen der Erfindung durchgeführte Untersuchungen gezeigt, dass diese Maßnahmen nicht ausreichend sind. Weitere Maßnahmen zur Ölversorgung und Öldichtmaßnahmen sind in der US 4 268 229 A , der US 4 314 705 A , der US 2007 / 0 092 387 A1 und der WO 2001 / 069 047 A1 beschrieben.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der es möglich macht, Ölverluste in die Turbine zumindest weitgehend zu unterbinden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Mit der Erfindung wird ein turbinenseitiges, dynamisches Abdichtungskonzept mit einer strömungsgeführten Ölableitung geschaffen, wobei das Öl turbinenseitig der turbinenseitigen Radiallagerbuchse über einen engen Spalt gerichtet und radial in einen Ölsammelraum eingeleitet wird, der innenseitig, vorzugsweise durch Ausdrehen, bearbeitet bzw. geglättet ist. Nach dem Einleiten des Öls in diesen Ölsammelraum wird mit Hilfe der hohen Drehzahl der Welle und dem engen Spalt zwischen einer Wellenschulter und der radiallagerseitigen Begrenzungswand des Ölsammelraums das Öl durch die Zentrifugalkraft zum zur Turbinenseite kleiner werdenden Außendurchmesser des Ölsammelraumes weitergeleitet und in einen, mit einem Strömungsleitelement versehenen, Ölraum bzw. Ölkern eingeleitet.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Ist das Strömungsleitelement (auch als „Zwickel“ bezeichnet) vorgesehen, bewirkt dies sowie die definierte Ölführung im Ölsammelraum, dass die Bildung von Turbulenzen und die Bildung von Ölschaum bzw. Ölnebel reduziert werden kann.
  • Weiterhin wird durch diese Maßnahme das Öl gezielt abgeführt und von einem Kolbenringdichtspalt ferngehalten, der sich zwischen dem Ölsammelraum und einer Kolbenringdichtung befindet.
  • Durch die umlaufend gespante Ausdrehung des Ölsammelraumes und eine Anbindung des Gusskerns an der Unterseite der Ausdrehung bzw. des Ölsammelraumkerns kann der Kolbenringdichtspalt verlängert werden. Dies bewirkt einen Entfall der Mindestwandstärke des Sandkerns und eine Verbesserung der Gusstoleranzen.
  • Mit Hilfe des engen Spaltes zwischen dem Lagergehäuse und der Wellenschulter bzw. dem Läuferzapfen verringert sich der Öldurchsatz vom Radiallager auf die Turbinenseite. Zur verbesserten Ölabführung zwischen den Lagerstellen kann ferner der turbinenseitige Lagerbock durch eine Ölkernmodifizierung gegenüber bekannten Konstruktionen verkürzt werden.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
    • 1 eine schematisch leicht vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
    • 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Lagergehäuses des Abgasturboladers im Bereich einer turbinenseitigen Radiallagerbuchse,
    • 3 eine gegenüber der 2 nochmals vergrößerte Darstellung des in 2 dargestellten Bereiches,
    • 4 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des Lagergehäuses im Bereich eines Auslaufes eines Ölsammelraumes in einen Ölraum,
    • 5, 6 Darstellungen eines Sandkerns zur Erzeugung des Ölraums des Lagergehäuses des Abgasturboladers, und
    • 7, 8 Teildarstellungen des Sandkerns gemäß den 5 und 6 im Zusammenhang mit einem weiteren Kern zur Erzeugung des Sammelraums.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 dargestellt, der eine Welle 2, ein Verdichterrad 3 und ein am anderen Ende der Welle angebrachtes Turbinenrad 4 umfasst. Zwischen dem Verdichterrad 3 und dem Turbinenrad 4 ist ein Lagergehäuse 5 dargestellt, das eine turbinenseitige Lagerung bzw. Radiallagerbuchse 6 und eine verdichterseitige Lagerung bzw. Radiallagerbuchse 30 aufweist.
  • Der Abgasturbolader 1 bzw. das Lagergehäuse 5 weist ferner einen Ölsammelraum 7 und eine Kolbenringdichtung 14 im Lagergehäuseendbereich 8 auf.
  • Natürlich weist der Abgasturbolader 1 ferner ein Verdichtergehäuse und ein Turbinengehäuse sowie sonstige, je nach Ladertyp vorgesehene Komponenten auf, die in 1 jedoch nicht dargestellt sind, da sie für die Erläuterung der Prinzipien vorliegender Erfindung nicht erforderlich sind.
  • Aus der Zusammenschau der 2 und 3 ergibt sich, dass die Welle 2 des Abgasturboladers 1 eine sich in Radialrichtung R nach außen in den Ölsammelraum 7 erstreckende Schulter 9 aufweist. Die Radialrichtung R ist sowohl in 1 als auch in 3 als Richtungspfeil dargestellt, der auf der Laderachse L senkrecht steht. Die Schulter 9, die auch als Läuferzapfen bezeichnet werden kann, begrenzt aufgrund ihrer radial nach außen gerichteten Erstreckung mit einer radiallagerseitigen ersten Begrenzungswand 10 des Ölsammelraums 7 einen Spalt 11, der vorzugsweise sehr eng ausgebildet ist.
  • Der Ölsammelraum 7 ist als ein ausgedrehter Raum ausgebildet, so dass die erste Begrenzungswand 10, eine Deckenwand 12 und eine zweite Begrenzungswand 13 des Ölsammelraumes 7 glattflächig bearbeitet sind. Dies ist bevorzugt, um die genannte enge Ausbildung des Spaltes 11 erreichen zu können.
  • Wie insbesondere 3 verdeutlicht, fällt die Deckenwand 12 von der ersten Begrenzungswand 10 zur zweite Begrenzungswand 13 hin ab, verläuft also von einem großen Durchmesserbereich zu einem kleinen Durchmesserbereich von der ersten Begrenzungswand 10 zur zweiten kolbenringdichtungsseitigen Begrenzungswand 13 hin ab.
  • 3 verdeutlicht ferner das Vorsehen eines vorzugsweise lang ausgebildeten Kolbenringdichtspaltes 15, der zwischen einer Außenumfangsfläche 16 der Welle 2 und einer Lagergehäuseinnenumfangsfläche 17 gebildet wird. Dieser Kolbenringdichtspalt 15 ist zwischen dem Ölsammelraum 7 und der im Lagergehäuseendbereich 8 angeordneten Kolbenringdichtung 14 angeordnet.
  • 4 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Stirnansicht des Lagergehäuses 5, der Welle 2 und des Ölsammelraumes 7, wodurch verdeutlicht werden soll, dass ein Luftstrom LU über einen glatten Übergang Ü das Öl Ö im Ölsammelraum 7 nach oben schleppt und über einen trichterförmigen Auslauf 19, in dem ein Strömungsleitelement 20 angeordnet ist, in den Ölraum 18 des Lagergehäuses 5 ausströmen lässt. Das Strömungsleitelement 20 ist zwickelartig oder kegelstumpfähnlich ausgebildet, wie sich dies aus der Prinzipdarstellung der 4 ergibt. Somit ergibt sich im Zusammenhang mit der hohen Drehzahl der Welle 2 eine gerichtete Ölströmung ÖS.
  • Um den Ölraum 18 im Lagergehäuse 5 ausbilden zu können, kann ein Sandkern 22 vorgesehen werden, der in den 5 und 6 dargestellt ist. Um einen gegenüber bekannten Konstruktionen verkürzten turbinenseitigen Lagerbock 21 (siehe 2) herstellen zu können, weist der Sandkern 22 eine Fläche 23 und eine zu dieser axial beabstandete Fläche 24 auf, die im fertig vergossenen Zustand den Flächen S1 und S2 entsprechen, die in 2 gekennzeichnet sind.
  • Ferner weist der Sandkern 22 Nasen 25 und 26 auf, die eine Aussparung 27 begrenzen, die im fertig vergossenen Zustand das Strömungsleitelement 20 ergeben, das in 4 dargestellt ist.
  • Die 7 und 8 zeigen den Sandkern 22 im Bereich seiner Nasen 25 und 26 sowie eine Modellierung der mechanischen Bearbeitung, 28 die insbesondere die Ausbildung 29 des Ölsammelraums 7 ermöglicht. Die Nasen 25 und 26 stellen hierbei die Anbindung des Kerns an die Unterseite der Ausdrehung bzw. des Ölsammelraums 7 dar.
  • Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den 1 bis 8 Bezug genommen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasturbolader
    2
    Welle
    3
    Verdichterrad
    4
    Turbinenrad
    5
    Lagergehäuse
    6
    turbinenseitige Radiallagerbuchse
    7
    Ölsammelraum
    8
    Lagergehäuseendbereich
    9
    Schulter/Wellenschulter/Läuferzapfen
    10
    erste Begrenzungswand
    11
    Spalt
    12
    Deckenwand
    13
    zweite Begrenzungswand
    14
    Kolbenringdichtung
    15
    Kolbenringdichtspalt
    16
    Außenumfangsfläche der Welle 2
    17
    Lagergehäuseinnenumfangsfläche
    18
    Ölraum des Lagergehäuses 5
    19
    trichterförmiger Auslauf
    20
    Strömungsleitelement/Zwickel
    21
    turbinenseitiger Lagerbock
    22
    Sandkern
    23, 24
    Flächen
    25, 26
    Nasen
    27
    Ausnehmung
    28
    Modellierung der mechanischen Bearbeitung
    29
    Ausdrehung für Ölsammelraum
    30
    verdichterseitige Radiallagerbuchse
    L
    Laderachse
    R
    Radialrichtung
    LU
    Luftstrom
    Ü
    glatter tangentialer Übergang
    Ö
    Öl
    ÖS
    Ölströmung
    S1, S2
    Flächen

Claims (4)

  1. Abgasturbolader (1) - mit einer Welle (2), auf der ein Verdichterrad (3) und ein Turbinenrad (4) angeordnet sind, und - mit einem Lagergehäuse (5), • das eine turbinenseitige Radiallagerbuchse (6) aufweist, und • das einen Ölsammelraum (7) aufweist, der zwischen der turbinenseitigen Radiallagerbuchse (6) und einem turbinenseitigen Lagergehäuseendbereich (8) angeordnet ist • wobei der Ölsammelraum (7) mit einem Ölraum (18) des Lagergehäuses (5) in Verbindung steht und einen trichterförmigen Auslauf (19) in den Ölraum (18) aufweist, - wobei die Welle (2) eine sich in Radialrichtung (R) nach außen in den Ölsammelraum (7) erstreckende Schulter (9) aufweist, die mit einer radiallagerseitigen ersten Begrenzungswand (10) des Ölsammelraumes (7) einen Spalt (11) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, - dass im trichterförmigen Auslauf (19) ein zwickelartiges Strömungsleitelement (20) angeordnet ist.
  2. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Begrenzungswand (10), eine Deckenwand (12) und eine zweite Begrenzungswand (13) des Ölsammelraumes (7) ausgedreht sind.
  3. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenwand (12) zur zweiten Begrenzungswand (13) abfällt.
  4. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ölsammelraum (7) und einer im Lagergehäuseendbereich (8) angeordneten Kolbenringdichtung (14) ein Kolbenringdichtspalt (15) zwischen einer Außenumfangsfläche (16) der Welle (2) und einer Lagergehäuseinnenumfangsfläche (17) angeordnet ist.
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