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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Hintergrund
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WO 2013/169505 A1 beschreibt ein Axiallager für einen Turbolader eines Verbrennungsmotors. Dabei wird ein Lagerglied in einer zentralen Bohrung von einer Welle durchgriffen. Auf einer axial gerichteten Seite des Lagerglieds ist eine Mehrzahl von Keilflächen ausgeformt, wobei ein mit der Welle drehender Lagerbund gegen die Seite des Lagerglieds anliegt und radial über die Keilflächen hinausragt. Zur Versorgung der Lagerung sind ölzuführende Bohrungen zwischen den Keilflächen vorgesehen, die sich radial etwa auf halber Höhe der Keilflächen befinden. Die Bohrungen durchgreifen das Lagerglied vollständig und versorgen auch eine axial gegen eine Dichtbuchse abgestützte Rückseite des Lagergliedes mit Öl.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor anzugeben, bei dem eine hydrodynamische axiale Lagerung eine effektive Schmierung aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Turbolader erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die individuelle Bemaßung der Drosselglieder kann für jede der beiden Lagerungen die optimale Ölmenge und der optimale Öldruck bereitgestellt werden. Dabei wird insbesondere berücksichtigt, dass im Betrieb zwar beide Lagerungen je nach momentanen Anforderungen abwechselnd entgegengesetzt gerichtete axiale Stützkräfte aufnehmen, wobei jedoch eine der Lagerungen andauernder belastet wird und/oder größere Maximalkräfte aufnimmt. Zudem kann auf diese Weise eine Wärmeabfuhr durch das Öl optimiert werden.
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Ein erfindungsgemäßer Turbolader umfasst eine durch die Welle angetriebene Verdichterschaufel. Antriebsseitig kann der Turbolader bevorzugt über eine Abgasturbine verfügen. Alternativ hierzu sind aber auch andere Antriebe der Welle, zum Beispiel durch einen Elektromotor, möglich.
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Die Ölzuführung kann insbesondere mit einem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden sein.
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Unter einer axialen Wirkung des Drehlagers wird bevorzugt verstanden, dass das Lagerglied zumindest einen überwiegenden Teil, bevorzugt sämtliche der im Betrieb in axialer Richtung auf die drehende Welle wirkenden Kräfte abstützt und in das Gehäuse des Turboladers einleitet.
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Ein Lagerglied im Sinne der Erfindung ist gegenüber dem Gehäuse bevorzugt unbeweglich aufgenommen bzw. festgelegt. Es kann sich um ein im Wesentlichen scheibenförmiges Bauteil handeln, wobei zwei gegenüberliegende Seiten der Scheibe als Lagerflächen bzw. Stützflächen dienen. Diese Lagerflächen können eine entsprechende Ausformung bzw. Bearbeitung der Oberfläche aufweisen, um eine hydrodynamische Lagerung zu ermöglichen. Ein solches Lagerglied wird bevorzugt aus einer von dem Gehäuse verschiedenen Legierung, bevorzugt einer Kupferlegierung, gefertigt.
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Unter einer Strömungsfläche wird im Sinne der Erfindung eine gezielt strukturierte Fläche verstanden, wobei durch die Strukturierung im Betrieb eine gezielte hydrodynamische Druckverteilung des zugeführten Öls erreicht wird.
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Bei allgemein bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mündet die Ölzuführung für zumindest eine der Lagerungen, bevorzugt für beide Lagerungen, an einem minimalen Radius des Lagerglieds bezüglich der Welle. Hierdurch wird vermieden, dass ein radial innerer Bereich von Lagerbund und/oder Dichtbuchse nicht mit Öl benetzt wird. Insbesondere kann durch die Ölzuführung auch die Welle selbst mit Öl aus der Ölzuführung benetzt werden, was Schmierung und Kühlung weiter verbessert. Das Öl wird dabei in Umfangsrichtung sehr gleichmäßig auf die verschiedenen Strömungsflächen verteilt. Jede der Strömungsflächen erhält dabei Öl von dem radial inneren Bereich und somit von gleicher, niedriger Temperatur.
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Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Drosselglieder jeweils als ein Ringspalt zwischen der Welle und dem Lagerglied ausgebildet sind, wobei in axialer Richtung zwischen den Ringspalten zumindest eine Ringnut ausgebildet ist, die einen größeren maximalen Durchmesser aufweist als die Ringspalte. Dies erlaubt auf einfache Weise eine definierte Aufteilung des zugeführten Öls auf die erste und die zweite Lagerung, indem die Ringspalte als Durchflussbegrenzer wirken. Die Ringnut kann vorteilhaft als ein Reservoir vor den Ringspalten wirken und einen konstanten Ölfluss sicherstellen.
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Bei einer baulich einfachen und zweckmäßigen Detailgestaltung umfasst die Ölzuführung dabei einen in dem Lagerglied ausgeformten Ölkanal, der unmittelbar in der Ringnut mündet. Ein solcher Ölkanal kann zum Beispiel als Bohrung eingebracht werden.
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Bei einer optimierten Geometrie der Drosselglieder beträgt eine axiale Breite zumindest einer der Ringspalte, bevorzugt jeder der Ringspalte, wenigstens 15%, bevorzugt wenigstens 20%, einer Gesamtbreite des Lagerglieds im Bereich der Ringspalte.
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Alternativ oder ergänzend ist bei einer optimierten Geometrie vorgesehen, dass eine maximale radiale Höhe der Ringnut über einer Oberfläche der Welle wenigstens 15%, bevorzugt wenigstens 20%, größer ist als eine größte radiale Höhe der Ringspalte über der Welle.
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Weiterhin alternativ oder ergänzend ist bei einer optimierten Geometrie vorgesehen, dass eine axiale Breite der Ringnut wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 25%, einer Gesamtbreite des Lagerglieds im Bereich der Ringspalte beträgt.
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Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ölzuführung einen in dem Lagerglied ausgeformten Ölkanal, der in einen ersten, zu der ersten Lagerung führenden Teilkanal sowie in einen zweiten, zu der zweiten Lagerung führenden Teilkanal verzweigt, wobei die Drosselglieder durch die Teilkanäle und eine definierte Dimensionierung der Teilkanäle ausgebildet sind. Hierdurch kann auf einfache Weise eine genaue Ölverteilung Realisiert werden. Die Teilkanäle können zum Beispiel durch Bohrungen von definiertem Durchmesser hergestellt werden.
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In bevorzugter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die beiden Teilkanäle Y-förmig von dem Ölkanal abzweigen und jeweils an in axialer Richtung gegenüberliegenden Enden eines Ringspaltes zwischen der Welle und dem Lagerglied münden. Auf diese Weise kann eine Ölversorgung eines radial inneren Bereichs, bevorzugt mit einer Benetzung der Welle, einfach und effektiv erreicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Durch den radialen Überstand der Strömungsflächen kann ein verbesserter Austrag des Öls des hydrodynamischen Gleitlagers erzielt werden. Dabei kann eine die Lagerung durchströmende Ölmenge vergrößert werden. Zum anderen kann ein besserer Austrag von unerwünschten Partikeln aus dem Bereich der Lagerung erreicht werden.
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Insbesondere sind die mit dem Lagerbund überdeckenden Teile der Strömungsflächen wesentlich für die hydrodynamischen Eigenschaften der Lagerung verantwortlich. Die nicht überdeckenden Teile bzw. der radiale Überstand sind wesentlich für einen verbesserten Austrag des Öls aus der Lagerung verantwortlich. Im Sinne der Erfindung wird mit dem Überstand über den Lagerbund grundsätzlich ein Überstand über einen hydrodynamisch wirksamen Teil des Lagerbundes verstanden.
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Bei einer optimierten Dimensionierung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass ein maximaler Durchmesser der Strömungsflächen wenigstens um 2%, bevorzugt wenigstens um 5%, größer ist als ein maximaler Durchmesser des Lagerbundes über einen hydrodynamisch wirksamen Bereich. Hierdurch kann ein stetiger Abfluss des Öls über die Strömungsflächen erreicht werden.
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Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Strömungsflächen in Umfangsrichtung über einen ersten Winkelabschnitt monoton ansteigen, wobei über einen in Umfangsrichtung nachfolgenden zweiten Winkelabschnitt eine Rastfläche mit einer konstanten Höhe ausgebildet ist. Die Rastfläche konstanter Höhe vermeidet einen undefinierten Abriss der ansteigenden Strömungsfläche und verringert einen Verschleiß durch Abrieb.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann dabei die Rastfläche des zweiten Abschnitts um eine Versatzhöhe stufig über eine maximale Höhe der Strömungsfläche des ersten Abschnitts vorragen. Diese Stufe erlaubt einen noch größeren Abtrag der Rastfläche konstanter Höhe im Falle eines Einlauf- und/oder Betriebsverschleißes, ohne dass die hydrodynamischen Eigenschaften der Lagerung wesentlich verändert werden.
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Um eine konstante Versorgung mit Öl sicherzustellen ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in Umfangsrichtung zumindest neben einer der Strömungsflächen eine axiale Vertiefung nach Art einer Tasche ausgebildet ist. Bevorzugt hat die Vertiefung eine radial zu der Welle gerichtete Öffnung. Eine solche Tasche dient als Ölspeicher und gibt das Öl konstant und unterbrechungsfrei in den Bereich der Strömungsflächen ab.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Strömungsflächen einen radial inneren Keilflächenteil und einen radial nach außen daran anschließenden Ablaufteil auf, wobei der Ablaufteil eine radial nach außen abnehmende Höhe aufweist. Der Keilflächenteil ist dabei wesentlich für den Aufbau des hydrodynamischen Drucks der Lagerung verantwortlich. Durch die abweichende Form des Ablaufteils kann der radiale Austrag des Öls optimiert werden, wobei vor allem ein kontinuierlicher und ungestörter Fluss in radialer Richtung angestrebt wird.
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Bei einer diesbezüglich optimierten Geometrie ist es vorgesehen, dass der Ablaufteil in einem radial gerichteten Schnitt ein gekrümmtes Profil aufweist. Dies vermeidet ein Abschleudern des Öls an Kanten oder Stufen. Bevorzugt beträgt dabei ein Krümmungsradius des Profils zwischen dem 1-fachen und dem 4-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,5-fachen einer radialen Breite des Keilflächenteils. Durch diese Maßverhältnisse kann insbesondere ein verschleißarmes Fräswerkzeug zur Herstellung der Strömungsflächen des Lagerglieds verwendet werden. Insgesamt wird die Herstellung des Lagerglieds hierdurch kostengünstiger.
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Ein Turbolader nach einem der Ansprüche 10 bis 16 kann auch eines oder mehrere weitere Merkmale der Ansprüche 1 bis 10 umfassen. Umgekehrt kann auch ein Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auch eines oder mehrere weitere Merkmale der Ansprüche 10 bis 16 umfassen. Dabei ergänzen sich im Interesse einer verbesserten Schmierung die günstigen Eigenschaften der durch die Drosselglieder definierten Ölzuführung und die günstigen Eigenschaften der verbesserten Öldurchströmung der Strömungsflächen. Die Lagerung wird hierdurch insgesamt verschleißärmer, da eine Ansammlung von Verschleiß verursachenden Partikeln in der Lagerung verringert wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Turboladers.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Seite eines Lagerglieds mit Lagerbund und Dichtbuchse aus dem Bereich Z aus 1.
- 3 zeigt eine Schnittansicht durch Lagerglied, Lagerbund und Dichtbuchse entlang der Linie A-A aus 2.
- 4 zeigt das Lagerglied aus 2 ohne Lagerbund.
- 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1.
- 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der gebogenen Schnittlinie B-B aus 1.
- 7 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Seite des Lagerglieds aus 2.
- 8 zeigt einen Teil einer Schnittansicht des Lagerglieds aus 4 entlang der Schnittlinie C-C.
- 9 zeigt eine Ausschnittvergrößerung des Bereichs Z aus 6.
- 10 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bezüglich einer Formgebung der Strömungsflächen.
- 11 zeigt eine Schnittansicht durch Lagerglied, Lagerbund und Dichtbuchse eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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Der in 1 gezeigte Turbolader für einen Verbrennungsmotor umfasst eine zentrale Welle 1, die in einem Gehäuse 2 gelagert ist und eine luftseitige Verdichterschaufel 3 antreibt. Die Welle 1 wird ihrerseits vorliegend durch eine Abgasturbine bzw. abgasseitige Turbinenschaufel 4 angetrieben. Alternativ zu der Turbinenschaufel 4 ist auch ein anderer Antrieb der Welle, zum Beispiel durch einen Elektromotor, möglich.
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Die Welle 1 wird unter anderem durch ein axial wirkendes Drehlager 5 (siehe auch Bereich Z und 2, 3) gelagert, welches als hydrodynamisches Gleitlager ausgebildet ist. Dabei wird ein unbewegtes Lagerglied 6 von der Welle durchgriffen. Auf einer ersten Seite des Lagerglieds 6 (Ansicht 2, 4) wird eine erste axial wirkende Lagerung gegen einen mit der Welle 1 drehenden Lagerbund 7 ausbildet.
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Das Lagerglied 6 bildet zudem auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite (Ansicht 7) eine zweite axial wirkende Lagerung gegen eine mit der Welle 1 drehende Dichtbuchse 8 aus.
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In dem Lagerglied ist eine Ölzuführung 9 zur Versorgung der Lagerungen ausgebildet. Die Ölzuführung 9 beginnt in Zuführrichtung mit einer Ausfräsung 9a in der Oberfläche des im Wesentlichen scheibenförmigen Lagerglieds 6. Die Ölzuführung ist im Weiteren über Kanäle in dem Gehäuse 2 mit einem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden.
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Auf einer dem Lagerbund 7 in axialer Richtung zugewandten Fläche des Lagerglieds ist eine Mehrzahl von Strömungsflächen 10 ausgeformt. Die Strömungsflächen 10 haben zumindest über einen Teil ihrer radialen Erstreckung eine in Umfangsrichtung veränderliche Höhe h. Die Höhe h ist als axial gerichteter Abstand der Strömungsfläche gegenüber einer Oberflächenebene des Lagerglieds definiert. Die Strömungsflächen werden durch einen abtragenden Vorgang (Fräsen) aus der ebenen Oberfläche des Lagerglieds ausgeformt.
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Das Lagerglied 6 ist gegenüber dem Gehäuse bevorzugt unbeweglich festgelegt. Es handelt sich um ein im Wesentlichen scheibenförmiges Bauteil, wobei zwei gegenüberliegende Seiten der Scheibe als Lagerflächen bzw. Stützflächen dienen. Die Strömungsflächen 10 stellen eine Ausformung bzw. Bearbeitung der Oberfläche dar, um eine hydrodynamische Lagerung zu ermöglichen. Das Lagerglied wird vorliegend aus einer von dem Gehäuse verschiedenen Legierung, hier einer Kupferlegierung, gefertigt.
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Gemäß der Erfindung ist für jede der beiden Lagerungen ein individuell bemaßtes Drosselglied 11, 12 in der Ölzuführung 9 ausgebildet. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach 1 bis 9 handelt es sich um jeweils einen Ringspalt 11, 12, der zwischen der Welle 1 und dem Lagerglied 6 ausgebildet ist. In axialer Richtung ist zwischen den Ringspalten eine Ringnut 13 vorgesehen, die einen größeren maximalen Durchmesser aufweist als die Ringspalte. Dies erlaubt auf einfache Weise eine definierte Aufteilung des zugeführten Öls auf die erste und die zweite Lagerung, indem die Ringspalte als Durchflussbegrenzer wirken. Die Ringnut 13 wirkt zudem als ein Reservoir vor den Ringspalten 11, 12 und stellt somit einen konstanten Ölfluss sicher.
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Die Ölzuführung 9 umfasst einen als Bohrung ausgebildeten Ölkanal 9b, der in der Ausfräsung 9a beginnt und unmittelbar in der Ringnut 13 mündet. Die Ölzuführung 9 zur Versorgung der beiden Lagerungen umfasst im Sinn des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Ausfräsung 9a, den Ölkanal 9b, die Ringnut 13 und die Drosselglieder bzw. Ringspalte 11, 12.
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Durch die gegebene Konstruktion der Drosselglieder als Ringspalte 11, 12 mündet die Ölzuführung 9 über die Ringnut 13 für beide Lagerungen somit an einem minimalen Radius des Lagerglieds 6 bezüglich der Welle 1. Hierdurch wird vermieden, dass ein radial innerer Bereich von Lagerbund und/oder Dichtbuchse nicht mit Öl benetzt wird. Durch die Ölzuführung 9 auch die Welle selbst mit Öl aus der Ölzuführung benetzt werden, was Schmierung und Kühlung weiter verbessert. Das Öl wird dabei in Umfangsrichtung sehr gleichmäßig auf die verschiedenen Strömungsflächen verteilt. Jede der Strömungsflächen erhält dabei Öl von dem radial inneren Bereich und somit von gleicher, niedriger Temperatur.
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Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Geometrie der Drosselglieder 11, 12 so ausgelegt, dass eine axiale Breite jedes der der Ringspalte etwa 27% einer Gesamtbreite des Lagerglieds 6 im Bereich der Ringspalte 11, 12.
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Eine maximale radiale Höhe der Ringnut 13 über einer Oberfläche der Welle 1 ist vorliegend um rund 66% größer als eine größte radiale Höhe der Ringspalte 11, 12 über der Welle 1.
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Ferner beträgt eine axiale Breite der Ringnut 13 vorliegend etwa 46% einer Gesamtbreite des Lagerglieds 6 im Bereich der Ringspalte 11, 12.
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Bezüglich der Ausbildung der Ölzuführung 9 mit zwei individuell bemaßten Drosselgliedern zeigt 11 ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei sind ebenfalls eine Ausfräsung 9a und ein Ölkanal 9b in dem Lagerglied ausgeformt. Der Ölkanal 9b verzweigt allerdings in einen ersten, zu der ersten Lagerung führenden Teilkanal 14 sowie in einen zweiten, zu der zweiten Lagerung führenden Teilkanal 15. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Drosselglieder durch die Teilkanäle 14, 15 und eine definierte Dimensionierung der Teilkanäle 14, 15 ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine genaue Ölverteilung realisiert werden. Die Teilkanäle 14, 15 können zum Beispiel durch Bohrungen von definiertem Durchmesser hergestellt werden.
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Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel münden die Teilkanäle für beide Lagerungen an einem minimalen Radius des Lagerglieds 6 bezüglich der Welle 1. Hierdurch wird wie im ersten Beispiel jede der beiden Seiten des Lagerlieds 6 ausgehend von der Welle 1 mit Öl benetzt.
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Die beiden Teilkanäle 14, 15 zweigen Y-förmig von dem Ölkanal 9b ab und münden jeweils an in axialer Richtung gegenüberliegenden Enden eines Ringspaltes 18 zwischen der Welle 1 und dem Lagerglied 6. Auf diese Weise wird eine Ölversorgung eines radial inneren Bereichs, einschließlich einer Benetzung der Welle, einfach und effektiv erreicht werden.
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Als weiterer Gegenstand der Erfindung weisen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Strömungsflächen 10 in radialer Richtung einen Überstand 16 über den Lagerbund 7 auf. Durch den radialen Überstand 16 der Strömungsflächen 10 wird der Austrag bzw. Ablauf des Öls des hydrodynamischen Gleitlagers verbessert. Zudem wird eine die Lagerung insgesamt durchströmende Ölmenge vergrößert. Zudem wird hierdurch ein besserer Austrag von unerwünschten Partikeln aus dem Bereich der Lagerung erreicht.
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Mit dem Lagerbund überdeckende Teile 17 der Strömungsflächen 10 sind wesentlich für die hydrodynamischen Eigenschaften der Lagerung verantwortlich. Die nicht überdeckenden Teile bzw. der radiale Überstand 16 sind wesentlich für einen verbesserten Austrag des Öls aus der Lagerung verantwortlich.
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Im Fall des ersten Ausführungsbeispiels nach 1 bis 9 ist ein maximaler Durchmesser d1 der Strömungsflächen um etwa 17% größer ist als ein maximaler Durchmesser d2 des Lagerbundes 7 über einen hydrodynamisch wirksamen Bereich. Hierdurch kann ein stetiger Abfluss des Öls über die Strömungsflächen erreicht werden.
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Die einzelnen Strömungsflächen 10 können jeweils als in einen radial inneren Keilflächenteil 10a und einen radial nach außen daran anschließenden Ablaufteil 10b unterteilt betrachtet werden. Der Ablaufteil 10b hat eine radial nach außen abnehmende Höhe h. Der Keilflächenteil 10a ist dabei wesentlich für den Aufbau des hydrodynamischen Drucks der Lagerung verantwortlich. Durch die abweichende Form des Ablaufteils 10b kann der radiale Austrag des Öls optimiert werden, wobei vor allem ein kontinuierlicher und ungestörter Fluss in radialer Richtung angestrebt wird.
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Die Strömungsflächen 10 steigen in Umfangsrichtung über einen ersten Winkelabschnitt W1 monoton an (in 4 entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. in Drehrichtung der Welle 1). Über einen in Umfangsrichtung nachfolgenden zweiten Winkelabschnitt W2 ist eine Rastfläche 10c mit einer konstanten Höhe h ausgebildet. Die Rastfläche 10c konstanter Höhe h vermeidet einen undefinierten Abriss der ansteigenden Strömungsfläche und verringert einen Verschleiß durch Abrieb. Vorliegend hat die Rastfläche eine Höhe von Null bzw. ist Teil der ebenden Oberfläche des Lagerglieds 6.
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Im vorliegenden Beispiel (siehe 9) ragt die Rastfläche 10c des zweiten Abschnitts W2 um eine Versatzhöhe k stufig über eine maximale Höhe h der Strömungsfläche des ersten Abschnitts vor. Diese Stufe 10d erlaubt einen noch größeren Abtrag der Rastfläche 10c konstanter Höhe h, ohne dass die hydrodynamischen Eigenschaften der Lagerung wesentlich verändert werden.
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Um eine konstante Versorgung mit Öl sicherzustellen sind in Umfangsrichtung neben jeder der Strömungsflächen 10 jeweils eine axiale Vertiefung 17 nach Art einer Tasche ausgebildet. Die Vertiefung 17 ist im Querschnitt U-förmig und hat eine radial zu der Welle gerichtete Öffnung 17a. Eine solche Vertiefung oder Tasche 17 dient als Ölspeicher und gibt das Öl konstant und unterbrechungsfrei in den Bereich der Strömungsflächen 10 ab.
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Vorliegend ist die Geometrie so optimiert, dass der Ablaufteil 10b einer Strömungsfläche 10 in einem radial gerichteten Schnitt (siehe etwa 8) ein gekrümmtes Profil aufweist. Dies vermeidet ein Abschleudern des Öls an Kanten oder Stufen. Vorliegend beträgt ein Krümmungsradius r des Profils etwa das 2-fache einer radialen Breite b des Keilflächenteils 10a. Durch dieses Maßverhältnis kann ein verschleißarmes Fräswerkzeug zur Herstellung der Strömungsflächen 10 des Lagerglieds 6 verwendet werden.
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Vorliegend ist der Durchmesser d2 des Lagerbunds 7 gleich seinem hydrodynamisch wirksamen Durchmesser, da die gesamte axial gerichtete Fläche des Lagerbunds 7 mit Öldruck beaufschlagt ist. Der Umfang des Lagerbunds stimmt im Wesentlichen mit einem Kreis überein, der auf den Grenzen zwischen den Keilflächenteilen 10a und den Ablaufteilen 10b der Strömungsflächen 10 verläuft. Anders ausgedrückt entspricht der Radius des Lagerbunds 7 im Wesentlichen dem äußeren Radius der Keilflächenteile 10a.
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7 zeigt die der Dichtbuchse zugewandte Rückseite bzw. zweite Seite des Lagerglieds. Dort sind ebenfalls Strömungsflächen 10 ausgeformt, die zu den Strömungsflächen 10 der Lagerbundseite bzw. ersten Seite analog geformt sind. Der Anstieg der Keilflächenteile 10a erfolgt hier somit in Uhrzeigerrichtung. Die nur teilweise radiale Überdeckung durch den Lagerbund 7 bei der ersten Lagerung entspricht bei der zweiten Lagerung einer nur teilweisen Überdeckung durch die Dichtbuchse 8. Vorliegend sind die beiden Lagerungen also bezüglich der Strömungsflächen 10 gleich ausgebildet
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel nach 1 bis 9 ist hier keine Stufe 10d zwischen dem höchsten Ende des Keilflächenteils 10a und der in der Oberfläche des Lagerglieds 6 liegenden Rastfläche 10c vorgesehen. Entsprechend laufen in der gezeigten Draufsicht die Ablaufteile 10c der Strömungsflächen in ansteigender Richtung der Keilflächenteile 10a spitz zu.
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Es versteht sich, dass die jeweiligen Merkmale der drei Ausführungsbeispiele (1 bis 9; 10 und 11) je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können. Insbesondere kann jede der beiden Varianten der Strömungsflächen (4 oder 10) mit jeder der beiden Varianten der Ölzuführung (3 oder 11) kombiniert werden. Zudem können erfindungsgemäße Strömungsflächen mit herkömmlichen Ölzuführungen kombiniert werden. Ferner können erfindungsgemäße Ölzuführungen mit herkömmlichen Strömungsflächen kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Gehäuse
- 3
- Verdichterschaufel
- 4
- Turbinenschaufel
- 5
- axiales Drehlager
- 6
- Lagerglied
- 7
- Lagerbund
- 8
- Dichtbuchse
- 9
- Ölzuführung
- 9a
- Ausfräsung
- 9b
- Ölkanal
- 10
- Strömungsflächen
- 10a
- Keilflächenteil
- 10b
- Ablaufteil
- 10c
- Rastfläche
- 10d
- Stufe
- 11
- erstes Drosselglied (Ringspalt)
- 12
- zweites Drosselglied (Ringspalt)
- 13
- Ringnut
- 14
- erstes Drosselglied (Teilkanal)
- 15
- zweites Drosselglied (Teilkanal)
- 16
- (radialer) Überstand
- 17
- Tasche, Vertiefung
- 17a
- Öffnung der Vertiefung
- 18
- Ringspalt
- h
- Höhe der Strömungsfläche
- k
- Höhe der Stufe 10d
- d1
- maximaler Durchmesser der Strömungsflächen
- d2
- maximaler Durchmesser Lagerbund
- W1
- erster, monoton ansteigender Winkelabschnitt
- W2
- zweiter Winkelabschnitt konstanter Höhe
- b
- radiale Breite des Keilflächenteils
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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