DE112019005832T5

DE112019005832T5 - Lagervorrichtung und turbolader mit dieser vorrichtung

Info

Publication number: DE112019005832T5
Application number: DE112019005832.0T
Authority: DE
Inventors: Yuya Kojima
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN113260796A; WO2020144733A1; JP7258050B2; US11585238B2; JPWO2020144733A1; CN113260796B; US20220106891A1

Abstract

Eine Lagervorrichtung umfasst ein Rotationsteil, das so konfiguriert ist, dass es um eine Rotationsachse rotierbar ist und eine Rotationsoberfläche aufweist, die die Rotationsachse schneidet, und ein stationäres Teil, das eine stationäre Oberfläche aufweist, die der Rotationsoberfläche gegenüberliegend ist. Entweder die Rotationsoberfläche oder die stationäre Oberfläche umfasst ein Lageroberflächenteil zur Bildung eines Lagerölfilms. Die Rotationsoberfläche enthält einen ersten inneren Umfangsbereich und einen ersten äußeren Umfangsbereich, der der stationären Oberfläche an einer radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegend ist und eine höhere Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung und einen Turbolader, der dieselbe enthält.
HINTERGRUND
Da in einer Lagervorrichtung, in der eine Rotationswelle durch einen Lagerölfilm rotierbar gelagert ist, eine Ölströmung, die den Lagerölfilm bildet, zu einer Verringerung der Lagerbelastung führen kann, wurde versucht, eine solche Ölströmung zu unterdrücken.
Das Patentdokument 1 beschreibt zum Beispiel, dass in einem fluiddynamischen Lager, in dem ein Schmierflüssigkeitsfilm zwischen einer Rotationswelle und einem stationären Element gebildet wird, um das Austreten der Schmierflüssigkeit zu reduzieren, ein ölabweisender Film in einem Abschnitt der jeweiligen Oberflächen der Rotationswelle und des stationären Elements gebildet wird, der an den Schmierflüssigkeitsfilm angrenzt.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP4556621B
ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Wenn Öl, das einen Lagerölfilm zwischen einer Rotationsoberfläche (z. B. einer Oberfläche eines Druckringes), die mit einer Rotationswelle rotiert, und einer stationären Oberfläche (z. B. einer Oberfläche einer Lagerplatte), die der Rotationsoberfläche gegenüberliegt, bildet, durch eine Zentrifugalkraft radial nach außen fließt (d. h., eine Seitenströmung auftritt), kann die Lastkapazität einer Lagervorrichtung verringert werden. Um die Seitenströmung zu reduzieren, die zu einer Verringerung der Lastkapazität führt, kann daher ein Raum (Wehr) zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an einer äußeren Umfangsseite einer Lageroberfläche angeordnet werden. Durch die Anordnung des Raums wird erwartet, dass die oben beschriebene Seitenströmung reduziert werden kann. Andererseits vergrößert sich jedoch in einem Fall, in dem ein solcher Raum gebildet wird, eine Fläche eines schmalen Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche, so dass, wenn Öl in dem Raum vorhanden ist, ein Lagerverlust, der durch eine Reibung zwischen dem Öl und der Rotationsoberfläche verursacht wird, erhöht werden kann.
Daher wird es im Allgemeinen als schwierig angesehen, sowohl die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen als auch den Lagerverlust zu verringern. In dieser Hinsicht beschreibt das Patentdokument 1 nicht die Verbesserung der Lastkapazität der Lagervorrichtung bei gleichzeitiger Reduzierung des Lagerverlustes.
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es ein Ziel mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, sowohl eine Verringerung des Lagerverlustes als auch eine Erhöhung der Lastkapazität zu erreichen, sowie einen Turbolader, der diese Vorrichtung enthält.
Lösung der Aufgabe
(1) Eine Lagervorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Rotationsteil, das so konfiguriert ist, dass es um eine Rotationsachse rotierbar ist und eine Rotationsoberfläche aufweist, die die Rotationsachse schneidet, und ein stationäres Teil, das eine stationäre Oberfläche aufweist, die der Rotationsoberfläche gegenüberliegt. Entweder die Rotationsoberfläche oder die stationäre Oberfläche umfasst einen Lageroberflächenteil zur Bildung eines Lagerölfilms. Die Rotationsoberfläche umfasst einen ersten inneren Umfangsbereich und einen ersten äußeren Umfangsbereich, der der stationären Oberfläche auf einer radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegt und eine höhere Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich aufweist.
In dem Lageroberflächenteil der Lagervorrichtung verbessert sich die Lastkapazität des Lagers, wenn die Menge des Öls, das mit der Rotation der Rotationsoberfläche in Rotationsrichtung fließt, zunimmt. Andererseits ist der Lagerverlust, der durch die Reibung der Rotationsoberfläche und des Öls entsteht, proportional zu einem Geschwindigkeitsgradienten des Öls.
In dieser Hinsicht ist in der obigen Konfiguration (1) die Oleophobizität im ersten äußeren Umfangsbereich der Rotationsoberfläche, der der stationären Oberfläche auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegt, höher als die im ersten inneren Umfangsbereich. Dadurch wird in dem ersten äußeren Umfangsbereich die Geschwindigkeit des Öls in der Nähe der Rotationsoberfläche reduziert, wodurch es möglich ist, die Seitenströmung (Ölleckage) durch eine Zentrifugalkraft zu reduzieren, und somit die Menge des Öls, die in der Rotationsrichtung in dem Lageroberflächenteil fließt, leicht aufrechterhalten wird, wodurch es möglich ist, die Lastkapazität des Lagers zu erhöhen, sowie die Energie von der Rotationsoberfläche kaum auf das Öl in der Nähe der Rotationsoberfläche in dem ersten äußeren Umfangsbereich übertragen wird, wodurch es möglich ist, den Geschwindigkeitsgradienten des Öls zu reduzieren. Somit ist es möglich, den Lagerverlust durch die Reibung zu reduzieren. Dementsprechend ist es mit der obigen Konfiguration (1) möglich, die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu reduzieren.
(2) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) erfüllt die Lagervorrichtung GI≦G2, wobei G1 eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an einer ersten Position in einem radialen Umfangsbereich des ersten äußeren Umfangsbereichs ist und G2 eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an einer zweiten Position in einem radialen Bereich des Lageroberflächenteils ist.
Mit der obigen Konfiguration (2), da die Größe G1 des Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an der ersten Position im radialen Bereich des ersten äußeren Umfangsbereichs nicht größer eingestellt ist als die Größe G2 des Spalts an der zweiten Position im radialen Bereich des Lageroberflächenteils, ist es möglich, den Ausfluss (oben beschriebener Seitenströmung) des Öls vom ersten äußeren Umfangsbereich zur radial äußeren Seite zuverlässiger zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen.
(3) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (1) oder (2) der erste innere Umfangsbereich der Rotationsoberfläche so angeordnet, dass er in einer axialen Richtung an den Lagerölfilm angrenzt.
Mit der obigen Konfiguration (3), da der erste innere Umfangsbereich so angeordnet ist, dass er in einer axialen Richtung an den Lagerölfilm angrenzt, wobei der hoch oleophobe erste äußere Umfangsbereich auf der radial äußeren Seite des ersten inneren Umfangsbereichs angeordnet ist, wie oben in der obigen Konfiguration (1) beschrieben, ist es möglich, die Seitenströmung des Öls zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls im ersten äußeren Umfangsbereich zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu reduzieren.
(4) In einigen Ausführungsformen in irgendeiner der obigen Konfigurationen (1) bis (3) beträgt in dem Lageroberflächenteil der Rotationsoberfläche oder in einem Abschnitt der Rotationsoberfläche, der dem Lageroberflächenteil gegenüberliegt, ein Prozentsatz einer Fläche, die von einem Abschnitt mit geringerer Oleophobizität als der erste äußere Umfangsbereich eingenommen wird, mindestens 75 %.
Da bei der obigen Konfiguration (4) ein großer Teil der Rotationsoberfläche bzw. des dem Lageroberflächenteil gegenüberliegenden Abschnitts eine relativ geringe Oleophobizität aufweist, wird der Fluss des Öls in Rotationsrichtung in diesem Bereich kaum beeinträchtigt. Somit ist die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls im Lageroberflächenteil gewährleistet, wodurch eine Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
(5) In einigen Ausführungsformen, in irgendeiner der obigen Konfigurationen (1) bis (4), umfasst der erste äußere Umfangsbereich einen oleophoben Film, der auf einer Oberfläche der Rotationsoberfläche angeordnet ist.
Mit der obigen Konfiguration (5), bei der der oleophobe Film auf der Oberfläche der Rotationsoberfläche angeordnet ist, ist es möglich, dem ersten äußeren Umfangsbereich Oleophobizität zu verleihen, und somit ist es, wie oben in der obigen Konfiguration (1) beschrieben, möglich, die Seitenströmung des Öls zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls in dem ersten äußeren Umfangsbereich zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu reduzieren.
(6) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (5) umfasst der oleophobe Film eine Vielzahl von ersten vorstehenden Abschnitten, die in der axialen Richtung vorstehen, und ein Verhältnis Pi/hi eines Abstands P1 der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte zu einer Höhe h1 der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte ist mindestens 1,0 und höchstens 2,0.
Mit der obigen Konfiguration (6), da die Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte auf der Oberfläche des oleophoben Films ausgebildet ist und das Verhältnis Pi/hi des Abstands P1 zu der Höhe h1 der ersten vorstehenden Abschnitte mindestens 1,0 und höchstens 2,0 beträgt, ist es möglich, die Seitenströmung wirksam zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls in dem ersten äußeren Umfangsbereich wirksam zu reduzieren.
(7) In einigen Ausführungsformen ist bei der obigen Konfiguration (6) des oleophoben Films ein Prozentsatz einer Fläche, die von der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte eingenommen wird, auf mindestens 1 % und höchstens 20 % festgelegt.
Mit der obigen Konfiguration (7), da der Prozentsatz der Fläche des oleophoben Films, die von der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte eingenommen wird, auf mindestens 1 % und höchstens 20 % festgelegt ist, ist es möglich, die Seitenströmung effektiver zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls im ersten äußeren Umfangsbereich effektiver zu reduzieren.
(8) In einigen Ausführungsformen in irgendeiner der obigen Konfigurationen (1) bis (7) umfasst die stationäre Oberfläche einen zweiten inneren Umfangsbereich und einen zweiten äußeren Umfangsbereich, der der Rotationsoberfläche auf einer radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegt und eine höhere Lipophilizität als der zweite innere Umfangsbereich aufweist.
Mit der obigen Konfiguration (8) wird das Öl leicht in dem zweiten äußeren Umfangsbereich gesammelt, da der zweite äußere Umfangsbereich der stationären Oberfläche, der der Rotationsoberfläche auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegt, Lipophilizität aufweist. Das so im zweiten äußeren Umfangsbereich gesammelte Öl wirkt wie eine Wand, die den Strom des Öls blockiert, das versucht, aus dem Lageroberflächenteil radial nach außen zu fließen. Auf diese Weise wird die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls im Lageroberflächenteil sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
(9) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (8) enthält der zweite äußere Umfangsbereich eine Vielzahl von zweiten vorstehenden Abschnitten, die in der axialen Richtung vorstehen, wobei ein Verhältnis P2/h2 eines Abstands P2 der Vielzahl von zweiten vorstehenden Abschnitten zu einer Höhe h2 der Vielzahl von zweiten vorstehenden Abschnitten mindestens 1,0 und höchstens 2,0 ist.
Mit der obigen Konfiguration (9) ist es möglich, dem zweiten äußeren Umfangsbereich Lipophilizität zu verleihen, da die Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte auf der Oberfläche des zweiten äußeren Umfangsbereichs ausgebildet ist und das Verhältnis Pi/h2 des Abstands P2 zu der Höhe h2 der zweiten vorstehenden Abschnitte mindestens 1,0 und höchstens 2,0 beträgt. Auf diese Weise wird, wie in der obigen Konfiguration (8) beschrieben, die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls im Lageroberflächenteil sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
(10) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (8) oder (9) umfasst der zweite äußere Umfangsbereich einen lipophilen Film, der auf einer Oberfläche der stationären Oberfläche angeordnet ist.
Mit der obigen Konfiguration (10), die den lipophilen Film auf der Oberfläche der stationären Oberfläche anordnet, ist es möglich, dem zweiten äußeren Umfangsbereich Lipophilizität zu verleihen. Auf diese Weise wird, wie in der obigen Konfiguration (8) beschrieben, die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls im Lageroberflächenteil sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
(11) Ein Turbolader gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Lagervorrichtung gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (10), eine von der Lagervorrichtung rotierbar gelagerte Rotationswelle und ein Verdichterlaufrad und ein Turbinenlaufrad, die auf der Rotationswelle angeordnet sind.
In der obigen Konfiguration (11) ist die Oleophobizität im ersten äußeren Umfangsbereich der Rotationsoberfläche, der der stationären Oberfläche auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegt, höher gestaltet als die im ersten inneren Umfangsbereich. Dadurch wird in dem ersten äußeren Umfangsbereich die Geschwindigkeit des Öls in der Nähe der Rotationsoberfläche reduziert, wodurch es möglich ist, die Seitenströmung (Ölleckage) durch eine Zentrifugalkraft zu reduzieren, und somit die Menge des Öls, die in der Rotationsrichtung in dem Lageroberflächenteil fließt, leicht aufrechterhalten wird, wodurch es möglich ist, die Lastkapazität des Lagers zu erhöhen, sowie die Energie von der Rotationsoberfläche kaum auf das Öl in der Nähe der Rotationsoberfläche in dem ersten äußeren Umfangsbereich übertragen wird, wodurch es möglich ist, den Geschwindigkeitsgradienten des Öls zu reduzieren. Somit ist es möglich, den Lagerverlust durch die Reibung zu reduzieren. Dementsprechend ist es mit der obigen Konfiguration (11) möglich, die Lastkapazität der Lagervorrichtung zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu reduzieren.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Lagervorrichtung, die in der Lage ist, sowohl eine Verringerung der Lagerverluste als auch eine Erhöhung der Lastkapazität zu erreichen, und ein Turbolader, der dieselbe enthält, bereitgestellt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der axialen Richtung einer in 1 dargestellten Axiallagervorrichtung (Lagervorrichtung).
3 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Konfiguration der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Konfiguration der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
5A ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Aktion der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
5B ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Aktion der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
6 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 2 gezeigten Axiallagervorrichtung.
7 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Oberfläche einer Rotationsoberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8A ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Oberfläche der Rotationsoberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8B ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Oberfläche der Rotationsoberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
9A ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Oberfläche einer stationären Oberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
9B ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Oberfläche der stationären Oberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Oberfläche der stationären Oberfläche der Axiallagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als die Ausführungsformen beschrieben oder gezeigt werden, nur als illustrativ interpretiert werden und nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
Zunächst wird ein Turbolader mit einer Lagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Turboladers gemäß einer Ausführungsform. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst ein Turbolader 1 gemäß einer Ausführungsform eine Rotationswelle 2, ein Verdichterlaufrad 4, das in einem Endabschnitt der Rotationswelle 2 angeordnet ist, ein Turbinenlaufrad 6, das in einem anderen Endabschnitt der Rotationswelle 2 angeordnet ist, und eine Radiallagervorrichtung 24 und eine Axiallagervorrichtung 30 zur rotierbaren Lagerung der Rotationswelle 2. Die Radiallagervorrichtung 24 und die Axiallagervorrichtung 30 (Lagervorrichtung) sind jeweils zwischen dem Verdichterlaufrad 4 und dem Turbinenlaufrad 6 in axialer Richtung der Rotationswelle 2 angeordnet.
Darüber hinaus umfasst der Turbolader 1 ein Verdichtergehäuse 10, das das Verdichterlaufrad 4 umgibt, ein Turbinengehäuse 12, das das Turbinenlaufrad 6 umgibt, und ein Lagergehäuse 14, das zwischen dem Verdichtergehäuse 10 und dem Turbinengehäuse 12 in axialer Richtung der Rotationswelle 2 angeordnet ist. Das Verdichtergehäuse 10 und das Lagergehäuse 14 bzw. das Turbinengehäuse 12 und das Lagergehäuse 14 können durch Schrauben (bolts) (nicht dargestellt) befestigt werden.
Das Verdichtergehäuse 10 enthält einen Lufteinlass 16, der in einem Endabschnitt des Turboladers 1 in axialer Richtung nach außen öffnet und einen ringförmigen Strömungskanal 18 bildet, der sich auf der radial äußeren Seite des Verdichterlaufrads 4 befindet.
Außerdem enthält das Turbinengehäuse 12 einen Abgasauslass 20, der in einem anderen Abschnitt des Turboladers 1 in axialer Richtung nach außen mündet und einen ringförmigen Strömungskanal 22 bildet, der sich an der radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads 6 befindet.
Die Radiallagervorrichtung 24 und die Axiallagervorrichtung 30 werden über einen im Lagergehäuse 14 ausgebildeten Schmierölzufuhrkanal 26 mit Schmieröl versorgt. Das aus der Radiallagervorrichtung 24 und der Axiallagervorrichtung 30 austretende Schmieröl wird über eine Ölablassöffnung 28 durch einen Ölablassraum 27 abgeführt.
Der Turbolader 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration arbeitet z.B. wie folgt.
Über den Lufteinlass 16 strömt Luft in das Verdichterlaufrad 4 ein, die durch das mit der Rotationswelle 2 rotierende Verdichterlaufrad 4 verdichtet wird. Die so erzeugte komprimierte Luft wird über den an der radial äußeren Seite des Verdichterlaufrads 4 ausgebildeten ringförmigen Strömungskanal 18 vorübergehend aus dem Turbolader 1 abgeführt und einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) zugeführt.
In dem Verbrennungsmotor wird ein Brennstoff mit der oben beschriebenen komprimierten Luft verbrannt, und durch diese Verbrennungsreaktion wird ein Verbrennungsgas erzeugt. Das Verbrennungsgas strömt über den an der radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads 6 ausgebildeten ringförmigen Strömungskanal 22 in das Turbinenlaufrad 6 als aus dem Verbrennungsmotor austretendes Abgas. Die Strömung des oben beschriebenen einströmenden Abgases übt eine Rotationskraft auf das Turbinenlaufrad 6 aus und treibt dadurch die Rotationswelle 2 an. Das Abgas, das seine Arbeit in der Turbine beendet hat, wird über den Abgasauslass 20 aus dem Turbolader 1 abgeleitet.
Die Lagervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die oben beschriebene Axiallagervorrichtung 30 sein.
Als Nächstes wird die Lagervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen mit Bezug auf die 1 bis 8B beschrieben. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der axialen Richtung der in 1 gezeigten Axiallagervorrichtung 30 (Lagervorrichtung). Jede der 3 und 4 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Konfiguration der Axiallagervorrichtung 30. Außerdem ist 3 eine Pfeilansicht entlang der Linie III-III in 2, und 4 ist eine Pfeilansicht entlang der Linie IV-IV in 2. Jede der 3 und 4 zeigen nur die Rotationswelle 2, eine Lagerplatte 32 und einen Druckring 36. Außerdem stellen die diagonalen Linien in den Abschnitten, die mit den Bezugszeichen 101, 102, 201 und 202 in 3 und 4 bezeichnet sind, keine Querschnitte, sondern jeweils Bereiche dar.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die Axiallagervorrichtung 30 den Druckring 36 (rotierender Teil), der um eine Rotationsachse O der Rotationswelle 2 rotierbar ist, und die Lagerplatte 32 (stationärer Teil), die von dem Lagergehäuse 14 als stationäres Element gestützt wird. Der Druckring 36 hat eine Rotationsoberfläche 8, die die Rotationsachse O schneidet. Die Lagerplatte 32 hat eine stationäre Oberfläche 9, die der Rotationsoberfläche 8 des Druckrings 36 gegenüberliegt. Die Rotationsoberfläche 8 und die stationäre Oberfläche 9 erstrecken sich typischerweise entlang einer Ebene orthogonal zur Rotationsachse O.
Die stationäre Oberfläche 9 der Lagerplatte 32 enthält ein Lageroberflächenteil 31 zur Bildung eines Lagerölfilms 50. Der Lagerölfilm 50 wird zumindest zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 in axialer Richtung gebildet. Wie in den 2 und 4 gezeigt, fungiert das Lageroberflächenteil 31 als ein kegelförmiges Steglager (tapered land bearing), das einen flachen Stegabschnitt (flat land portion) 33 und einen kegelförmigen Abschnitt 34 umfasst, der axial vom Stegabschnitt 33 zurückgesetzt ist und eine Neigung entlang der Umfangsrichtung aufweist. Der Lageroberflächenteil 31 wird über einen im Inneren der Lagerplatte 32 ausgebildeten Ölzuführungskanal 39 (siehe 1; in den 2-6 nicht dargestellt) mit dem Schmieröl aus dem Schmierölzuführungskanal 26 versorgt, und zwischen dem Lageroberflächenteil 31 und der Rotationsoberfläche 8 des Druckrings 36 wird der Lagerölfilm 50 (siehe 2) gebildet.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Lageroberflächenteil 31 an der stationären Oberfläche 9 des stationären Teils (in der dargestellten Ausführungsform die Lagerplatte 32) ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann das Lageroberflächenteil jedoch auch an der Rotationsoberfläche 8 des Rotationsteils ausgebildet sein.
Außerdem ist das Lageroberflächenteil nicht auf das oben beschriebene kegelförmige Steglager beschränkt. Beispielsweise kann das Lageroberflächenteil durch Ausbilden einer Nut oder einer Tasche, in der ein Lagerölfilm gebildet wird, in der stationären Oberfläche 9 oder der Rotationsoberfläche 8 erhalten werden.
Außerdem kann, wie in 2 und dergleichen gezeigt, der Druckring 38 in axialer Richtung auf einer dem Druckring 36 entgegengesetzten Seite über der Lagerplatte 32 angeordnet sein, und der Lagerölfilm kann auch zwischen der Lagerplatte 32 und dem Druckring 38 ausgebildet sein.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, enthält die Rotationsoberfläche 8 (eine Oberfläche des Druckringes 36 in der dargestellten Ausführungsform) den ersten inneren Umfangsbereich 101 und den ersten äußeren Umfangsbereich 102, der der stationären Oberfläche 9 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegt und eine höhere Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich 101 aufweist.
Die Benetzung in Bezug auf Öl, wie z. B. „Oleophobizität“ oder „Lipophilizität“, kann in der vorliegenden Spezifikation z. B. anhand des Größenverhältnisses eines Kontaktwinkels beurteilt werden, wenn die Messung unter Verwendung von Referenzprobenöl durchgeführt wird. Es wird angezeigt, dass die Oleophobizität hoch ist (d.h. die Lipophilizität ist niedrig oder die Benetzung in Bezug auf Öl ist niedrig), wenn der Kontaktwinkel groß ist, und es wird angezeigt, dass die Oleophobizität niedrig ist (d.h. die Lipophilizität ist hoch oder die Benetzung in Bezug auf Öl ist hoch), wenn der Kontaktwinkel klein ist. Das oben beschriebene Referenzprobenöl kann z. B. ein Standard-Schmieröl, Motoröl oder ähnliches sein.
5A und 5B sind Ansichten zur Beschreibung von Aktionen der Axiallagervorrichtung 30 gemäß einigen Ausführungsformen. In 5A, 5B stellen D₁-D₃ jeweils eine Geschwindigkeitsverteilung des Öls in axialer Richtung dar. In 5A, 5B ist der Lagerölfilm nicht dargestellt.
Wenn der oben beschriebene erste äußere Umfangsbereich 102 (der Bereich mit höherer Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich 101) nicht in der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist, hat die Geschwindigkeitsverteilung des Öls in axialer Richtung eine lineare Verteilung (Geschwindigkeitsgradient) mit einer Geschwindigkeit u1 in der Rotationsoberfläche 8 und einer Nullgeschwindigkeit in der stationären Oberfläche 9, beispielsweise wie in Di von 5A, 5B. Die Geschwindigkeit u1 des Öls in der Rotationsoberfläche 8 ist ein Wert, der einer Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsoberfläche 8 entspricht.
Im Gegensatz dazu ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der der oben beschriebene erste äußere Umfangsbereich 102 in der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist, die Oleophobizität im ersten äußeren Umfangsbereich 102 der Rotationsoberfläche 8, der der stationären Oberfläche 9 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegt, höher als die im ersten inneren Umfangsbereich 101. Dadurch wird die Geschwindigkeitsverteilung des Öls in der axialen Richtung zu einer gekrümmten Verteilung, bei der eine Geschwindigkeit in der Rotationsoberfläche 8 relativ zu u1 deutlich reduziert ist und die Geschwindigkeit zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 in der axialen Richtung maximal wird, wie beispielsweise in D2 von 5A. Somit wird in dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 die Geschwindigkeit des Öls in der Nähe der Rotationsoberfläche 8 reduziert, wodurch es möglich ist, die Seitenströmung (Ölleckage) durch eine Zentrifugalkraft zu reduzieren, und somit wird die Ölmenge, die in einer Rotationsrichtung in dem Lageroberflächenteil 31 fließt, leicht aufrechterhalten, wodurch es möglich ist, eine Lastkapazität des Lagers zu erhöhen.
Darüber hinaus ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der der oben beschriebene erste äußere Umfangsbereich 102 in der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist, die Oleophobizität im ersten äußeren Umfangsbereich 102 der Rotationsoberfläche 8, der der stationären Oberfläche 9 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegend ist, höher als die im ersten inneren Umfangsbereich 101. Somit hat die Geschwindigkeitsverteilung des Öls in axialer Richtung eine lineare Verteilung (Geschwindigkeitsgradient) mit einer Geschwindigkeit u2 (man beachte, dass u2 kleiner als u1 ist) in der Rotationsoberfläche 8 und der Geschwindigkeit Null in der stationären Oberfläche 9, wie z.B. in D3 von 5B, und die Ölgeschwindigkeit ist geringer als im Fall von Di im gesamten Bereich in axialer Richtung. Dadurch, dass der erste äußere Umfangsbereich 102 eine relativ hohe Oleophobizität aufweist, wird kaum Energie von der Rotationsoberfläche 8 auf das Öl in der Nähe der Rotationsoberfläche 8 im ersten äußeren Umfangsbereich 102 übertragen, wodurch der Geschwindigkeitsgradient des Öls reduziert werden kann. Da eine Reibung in der Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 proportional zum Geschwindigkeitsgradienten des Öls ist, wird die Reibung durch die oben beschriebene Verringerung des Geschwindigkeitsgradienten reduziert, wodurch es möglich ist, einen Lagerverlust durch die Reibung zu verringern.
Daher ist es gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, die Lastkapazität der Axiallagervorrichtung 30 zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu verringern, da der erste äußere Umfangsbereich 102, der der stationären Oberfläche 9 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegt und eine höhere Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich 101 aufweist, in der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt, ist der erste innere Umfangsbereich 101 der Rotationsoberfläche 8 so angeordnet, dass er in axialer Richtung an den Lagerölfilm 50 angrenzt. In diesem Fall ist es, wie oben beschrieben, mit dem stark oleophoben ersten äußeren Umfangsbereich 102, der sich auf der radial äußeren Seite des ersten inneren Umfangsbereichs 101 befindet, möglich, die Seitenströmung des Öls zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls im ersten äußeren Umfangsbereich 102 zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Lastkapazität der Axiallagervorrichtung 30 zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu reduzieren.
In den in 2-4 und dergleichen dargestellten Ausführungsformen ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der erste innere Umfangsbereich 101 der Rotationsoberfläche 8 den Lageroberflächenteil 31 in axialer Richtung vollständig überlappt und die Gesamtheit des ersten äußeren Umfangsbereichs 102 der Rotationsoberfläche 8 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann ein Teil des ersten äußeren Umfangsbereichs 102 auf der radial inneren Seite angeordnet sein, um den Lageroberflächenteil 31 in radialer Richtung zu überlappen, und der erste innere Umfangsbereich 101 kann auf der radial inneren Seite des ersten äußeren Umfangsbereichs 102 angeordnet sein. Darüber hinaus kann ein anderer Bereich (z. B. ein Bereich mit höherer Oleophobizität als der erste äußere Umfangsbereich 102) an der radial inneren Seite des ersten inneren Umfangsbereichs 101 angeordnet sein.
6 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 2 dargestellten Axiallagervorrichtung 30.
In einigen Ausführungsformen erfüllt die Axiallagervorrichtung 30 G1≦G2, wobei G1 eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 an einer ersten Position r1 in einem radialen Bereich R1 des ersten äußeren Umfangsbereichs 102 ist, und G2 (G2a, G2b in 6) eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 an einer zweiten Position r2 (r2a, r2b in 6) in einem radialen Bereich R2 des Lageroberflächenteils 31. r2a in 6 ist die zweite Position des Lageroberflächenteils 31 an der Position des Stegabschnitts 33, und r2b in 6 ist die zweite Position des Lageroberflächenteils 31 an der Position des kegelförmigen Abschnitts 34.
Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die oben beschriebene Größe G1 des Spalts an der gesamten ersten Position r1 in dem oben beschriebenen Radialbereich R1 und die oben beschriebene Größe G2 des Spalts an der gesamten zweiten Position r2 in dem oben beschriebenen Radialbereich R2 G1≦G2 erfüllen.
Die Größe G1 des Spaltes zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 an der ersten Position r1 im radialen Bereich R1 des ersten äußeren Umfangsbereiches 102 wird somit nicht größer eingestellt als die Größe G2 des Spaltes an der zweiten Position r2 im radialen Bereich R2 des Lageroberflächenteils 31, ein Ausfließen (oben beschriebene Seitenströmung) des Öls aus dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 zur radial äußeren Seite kann zuverlässiger reduziert werden, und somit kann die Lastkapazität der Axiallagervorrichtung 30 erhöht werden.
In einigen Ausführungsformen (siehe 2 und dergleichen), in denen der Lageroberflächenteil 31 auf der Seite der stationären Oberfläche 9 angeordnet ist, kann in einem Abschnitt der Rotationsoberfläche 8, der dem Lageroberflächenteil 31 gegenüberliegt, der Prozentsatz einer Fläche, die von einem Abschnitt mit geringerer Oleophobizität als der erste äußere Umfangsbereich 102 eingenommen wird, mindestens 75% und höchstens 90% betragen. In der dargestellten Ausführungsform überlappt der Abschnitt der Rotationsoberfläche 8, der dem Lageroberflächenteil 31 gegenüberliegt, den ersten inneren Umfangsbereich 101.
In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt), in denen der Lageroberflächenteil 31 auf der Seite der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist, kann der Prozentsatz einer Fläche, die von einem Abschnitt mit geringerer Oleophobizität als der erste äußere Umfangsbereich 102 eingenommen wird, mindestens 75 % und höchstens 90 % betragen.
Dadurch wird bewirkt, dass von der Rotationsoberfläche 8 ein großer Teil des Lageroberflächenteils 31 oder der dem Lageroberflächenteil 31 gegenüberliegende Abschnitt eine relativ geringe Oleophobizität aufweist, so dass der Ölfluss in Rotationsrichtung in diesem Bereich kaum beeinträchtigt wird. Somit ist die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls in dem Lageroberflächenteil 31 gewährleistet, wodurch eine Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
7, 8A und 8B sind vergrößerte schematische Ansichten, die jeweils die Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 der Axiallagervorrichtung 30 gemäß einigen Ausführungsformen zeigen. 7 und 8B sind jeweils eine Querschnittsansicht der Rotationsoberfläche 8, und 8A ist eine Ansicht der Rotationsoberfläche 8 in radialer Richtung gesehen.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in 7 und 8A, 8B gezeigt, enthält der erste äußere Umfangsbereich 102 einen oleophoben Film 40, der auf der Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 angeordnet ist.
Durch die Anordnung des oleophoben Films auf der Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 ist es möglich, dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 Oleophobizität zu verleihen, wodurch es möglich ist, die Seitenströmung des Öls zwischen der Rotationsoberfläche 8 und der stationären Oberfläche 9 zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls in dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Lastkapazität der Axiallagervorrichtung 30 zu erhöhen und gleichzeitig den Lagerverlust zu verringern.
Als Material für den oleophoben Film 40 kann z. B. ein Fluor-Beschichtungsmittel, wie ein Fluorharz, verwendet werden. Wenn die Rotationsoberfläche 8 aus einem Metall besteht, kann der oleophobe Film 40 direkt auf der Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 gebildet werden, oder die Oberfläche der Rotationsoberfläche 8 kann mit einem Oxidationsmittel behandelt werden, um einen Oxidfilm zu bilden, und dann kann der oleophobe Film 40 auf der Oberfläche des Oxidfilms gebildet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, hat der oleophobe Film 40 eine ebene Oberfläche.
In der beispielhaften Ausführungsform, die in 8A, 8B gezeigt ist, weist der oleophobe Film 40 einen flachen Abschnitt 41 und eine Vielzahl von ersten vorstehenden Abschnitten 42 auf, die axial von dem flachen Abschnitt 41 vorstehen. Dann ist ein Verhältnis Pi/hi eines Abstands P1 (siehe 8A, 8B) der Vielzahl erster vorstehender Abschnitte 42 zu einer Höhe h1 (siehe 8B) der Vielzahl erster vorstehender Abschnitte 42 mindestens 1,0 und höchstens 2,0.
Im Allgemeinen gilt, dass in einem Fall, in dem ein Kontaktwinkel des Öls in Bezug auf eine Oberfläche relativ groß ist (zum Beispiel nicht weniger als 90 Grad), wenn die Oberfläche uneben gemacht wird, das Öl in eine Vertiefung eintritt, wodurch ein sichtbarer Kontaktwinkel vergrößert wird und somit die Oleophobizität der Oberfläche erhöht wird. In dieser Hinsicht tritt das Öl in der oben beschriebenen Ausführungsform leicht in den flachen Abschnitt 41 ein, der von der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 umgeben ist, wodurch ein sichtbarer Kontaktwinkel des Öls in dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 vergrößert wird, da die Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 auf der Oberfläche der oleophoben Folie 40 ausgebildet ist und das Verhältnis Pi/hi des Abstandes P1 zur Höhe h1 der ersten vorstehenden Abschnitte 42 auf mindestens 1,0 und höchstens 2,0 eingestellt ist. Durch weitere Erhöhung der Oleophobizität des ersten äußeren Umfangsbereichs 102, der mit dem oleophoben Film 40 versehen ist, ist es also möglich, die oben beschriebene Seitenströmung effektiv zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls im ersten äußeren Umfangsbereich 102 effektiv zu verringern.
Die Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 kann in einem Gittermuster angeordnet sein, wie z. B. in 8A gezeigt, oder kann in einem versetzten Muster angeordnet sein, oder kann unregelmäßig angeordnet sein.
Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen ein Verhältnis P1_ave/h1_ave einer durchschnittlichen P1_ave der Abstände P1 der Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 zu einer durchschnittlichen h1_ave der Höhen der Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 mindestens 1,0 und höchstens 2,0 betragen.
In einigen Ausführungsformen beträgt der prozentuale Anteil einer Fläche der oleophoben Folie 40, die von der Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 eingenommen wird (d.h. der prozentuale Anteil einer Fläche, einer Gesamtfläche, wenn die oleophobe Folie 40 in axialer Richtung betrachtet wird (siehe 8A), der von der Mehrzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 eingenommen wird), mindestens 1 % und höchstens 20 %.
Wenn der Prozentsatz der Fläche des oleophoben Films 40, der von der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte 42 eingenommen wird, auf mindestens 1 % und höchstens 20 % festgelegt wird, ist es möglich, die oben beschriebene Seitenströmung des Öls effektiver zu reduzieren und den Geschwindigkeitsgradienten des Öls in dem ersten äußeren Umfangsbereich 102 effektiver zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 2 und 4 gezeigt, umfasst die stationäre Oberfläche 9 (die Oberfläche der Druckplatte 32 in den dargestellten Ausführungsformen) den zweiten inneren Umfangsbereich 201 und den zweiten äußeren Umfangsbereich 202, der der Rotationsoberfläche 8 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegend ist und eine höhere Lipophilizität als der zweite innere Umfangsbereich 201 aufweist.
Dadurch wird bewirkt, dass von der stationären Oberfläche 9 der zweite äußere Umfangsbereich 202, der der Rotationsoberfläche 8 auf der radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils 31 gegenüberliegend ist, Lipophilizität aufweist, so dass sich das Öl leicht auf der stationären Oberfläche 9 in dem zweiten äußeren Umfangsbereich 202 sammeln kann. Das so im zweiten äußeren Umfangsbereich 202 gesammelte Öl wirkt wie eine Wand, die den Strom des Öls, das aus dem Lageroberflächenteil 31 radial nach außen zu fließen versucht, blockiert. Auf diese Weise wird die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls in dem Lageroberflächenteil 31 sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
9A, 9B und 10 sind vergrößerte schematische Ansichten, die jeweils die Oberfläche der stationären Oberfläche 9 gemäß einigen Ausführungsformen zeigen. 9A ist eine Ansicht der stationären Oberfläche 9 in radialer Richtung, und 9B und 10 sind jeweils eine Querschnittsansicht der stationären Oberfläche 9.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in 9A, 9B gezeigt, hat der zweite äußere Umfangsbereich 202 einen flachen Abschnitt 45 und eine Vielzahl von zweiten vorstehenden Abschnitten 46, die axial von dem flachen Abschnitt 45 vorstehen. Dann ist ein Verhältnis P2/h2 eines Abstandes P (siehe 9A, 9B) 2 der Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 zu einer Höhe h2 (siehe 9B) der Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 mindestens 1,0 und höchstens 2,0.
Im Allgemeinen gilt, dass in einem Fall, in dem ein Kontaktwinkel des Öls in Bezug auf eine Oberfläche relativ klein ist (z. B. weniger als 90 Grad), wenn die Oberfläche uneben gemacht wird, das Öl in eine Vertiefung eintritt, wodurch ein sichtbarer Kontaktwinkel verringert wird und somit die Lipophilizität der Oberfläche erhöht wird. In dieser Hinsicht ist in der oben beschriebenen Ausführungsform, da die Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 auf der Oberfläche des zweiten äußeren Umfangsbereichs 202 ausgebildet sind und das Verhältnis P2/h2 des Abstands P2 zur Höhe h2 der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 mindestens 1,0 und höchstens 2,0 ist, dringt das Öl leicht in den flachen Abschnitt 45 ein, der von der Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 umgeben ist, wodurch ein sichtbarer Kontaktwinkel des Öls in dem zweiten äußeren Umfangsbereich 202 verringert wird, wodurch es möglich ist, dem zweiten äußeren Umfangsbereich 202 Lipophilizität zu verleihen. Auf diese Weise wird die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls in dem Lageroberflächenteil 31 sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
Die Mehrzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 kann in einem Gittermuster angeordnet sein, wie beispielsweise in 9A gezeigt, oder kann in einem versetzten Muster angeordnet sein, oder kann unregelmäßig angeordnet sein.
Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen ein Verhältnis P2_ave/h2_ave einer durchschnittlichen P2_ave der Abstände P2 der Mehrzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 zu einer durchschnittlichen h2_ave der Höhen der Mehrzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte 46 mindestens 1,0 und höchstens 2,0 betragen.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in 10 gezeigt, kann der zweite äußere Umfangsbereich 202 einen lipophilen Film 52 umfassen, der auf der Oberfläche der stationären Oberfläche 9 angeordnet ist. Der lipophile Film 52 kann eine ebene Oberfläche aufweisen, wie beispielsweise in 10 gezeigt. Alternativ können in der auf der Oberfläche der stationären Oberfläche 9 angeordneten lipophilen Folie 52 z. B. der flache Abschnitt 45 und die zweiten vorstehenden Abschnitte 4, wie in 9A, 9B gezeigt, ausgebildet sein.
Durch die Anordnung des lipophilen Films 52 auf der Oberfläche der stationären Oberfläche 9 ist es möglich, dem zweiten äußeren Umfangsbereich 202 Lipophilizität zu verleihen. Auf diese Weise wird die Menge des in Rotationsrichtung fließenden Öls in dem Lageroberflächenteil 31 sichergestellt, wodurch die Abnahme der Lastkapazität des Lagers wirksam unterdrückt werden kann.
Als Material für den lipophilen Film kann z. B. ein Beschichtungsmittel verwendet werden, das Silikonöl enthält.
Wenn die stationäre Oberfläche 9 aus einem Metall besteht, kann der lipophile Film direkt auf der Oberfläche der stationären Oberfläche 9 gebildet werden, oder die Oberfläche der stationären Oberfläche 9 kann mit einem Oxidationsmittel behandelt werden, um einen Oxidfilm zu bilden, und dann kann der lipophile Film auf der Oberfläche des Oxidfilms gebildet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und umfasst auch eine Ausführungsform, die durch Modifizieren der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird, und eine Ausführungsform, die durch Kombinieren dieser Ausführungsformen erhalten wird, wie es angemessen ist.
Ferner ist in der vorliegenden Spezifikation ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so zu verstehen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern auch einen Zustand einschließt, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Zum Beispiel ist ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „derselbe, dieselbe, dasselbe“ „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand einschließt, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem noch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist der Ausdruck „Form“, wie z. B. eine rechteckige oder zylindrische Form, nicht so zu verstehen, dass damit nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Wie hierin verwendet, sind die Ausdrücke „umfassend“, „enthaltend“ oder „aufweisend“ einem Konstitutionselement kein ausschließlicher Ausdruck, der das Vorhandensein anderer Konstitutionselemente ausschließt.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
2: Rotationswelle
4: Verdichterlaufrad
6: Turbinenlaufrad
8: Rotationsoberfläche
9: Stationäre Oberfläche
10: Verdichtergehäuse
12: Turbinengehäuse
14: Lagergehäuse
16: Lufteinlass
18: Ringförmiger Strömungskanal
20: Abgasauslass
22: Ringförmiger Strömungskanal
24: Radiallagervorrichtung
26: Schmierstoff-Ölzufuhrkanal
27: Ölablassraum
28: Ölaustrittsöffnung
30: Axiallagervorrichtung
31: Lageroberflächenteil
32: Lagerplatte
33: Stegabschnitt
34: Kegelförmiger Abschnitt
36: Druckring
38: Druckring
39: Ölzufuhrkanal
40: Oleophober Film
41: Flacher Abschnitt
42: Erster vorstehender Abschnitt
45: Flacher Abschnitt
46: Zweiter vorstehender Abschnitt
50: Lagerölfilm
52: Lipophiler Film
101: Erster innerer Umfangsbereich
102: Erster äußerer Umfangsbereich
201: Zweiter innerer Umfangsbereich
202: Zweiter äußerer Umfangsbereich
O: Rotationsachse
P: Abstand
R1: Radialer Bereich
R2: Radialer Bereich
h: Höhe
r1: Erste Position
r2: Zweite Position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4556621 B [0004]

Claims

Lagervorrichtung, umfassend: ein Rotationsteil, das so konfiguriert ist, dass es um eine Rotationsachse rotierbar ist und eine Rotationsoberfläche aufweist, die die Rotationsachse schneidet; und ein stationäres Teil, das eine stationäre Oberfläche aufweist, die der Rotationsoberfläche gegenüberliegend ist, wobei entweder die Rotationsoberfläche oder die stationäre Oberfläche einen Lageroberflächenteil zur Bildung eines Lagerölfilms aufweist, und wobei die Rotationsoberfläche enthält: einen ersten inneren Umfangsbereich; und einen ersten äußeren Umfangsbereich, der der stationären Oberfläche auf einer radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegend ist und eine höhere Oleophobizität als der erste innere Umfangsbereich aufweist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lagervorrichtung G1≦G2 erfüllt, wobei G1 eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an einer ersten Position in einem radialen Bereich des ersten äußeren Umfangsbereichs ist, und G2 eine Größe eines Spalts zwischen der Rotationsoberfläche und der stationären Oberfläche an einer zweiten Position in einem radialen Bereich des Lageroberflächenteils ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste innere Umfangsbereich der Rotationsoberfläche so angeordnet ist, dass er in axialer Richtung an den Lagerölfilm angrenzt.
Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Lageroberflächenteil der Rotationsoberfläche oder in einem Abschnitt der Rotationsoberfläche, der dem Lageroberflächenteil gegenüberliegend ist, ein Prozentsatz einer Fläche, die von einem Abschnitt mit geringerer Oleophobizität als der erste äußere Umfangsbereich eingenommen wird, mindestens 75 % beträgt.
Lagervorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste äußere Umfangsbereich einen oleophoben Film aufweist, der auf einer Oberfläche der Rotationsoberfläche angeordnet ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der oleophobe Film eine Vielzahl von ersten vorstehenden Abschnitten aufweist, die in axialer Richtung vorstehen, und wobei ein Verhältnis Pi/hi eines Abstands P1 der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte zu einer Höhe h1 der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte mindestens 1,0 und höchstens 2,0 beträgt.
Lagervorrichtung nach Anspruch 6, wobei von dem oleophoben Film ein Prozentsatz einer Fläche, die von der Vielzahl der ersten vorstehenden Abschnitte eingenommen wird, mindestens 1 % und höchstens 20 % beträgt.
Lagervorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die stationäre Oberfläche umfasst: einen zweiten inneren Umfangsbereich; und einen zweiten äußeren Umfangsbereich, der der Rotationsoberfläche an einer radial äußeren Seite des Lageroberflächenteils gegenüberliegend ist und eine höhere Lipophilizität als der zweite innere Umfangsbereich aufweist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der zweite äußere Umfangsbereich eine Vielzahl von zweiten vorspringenden Abschnitten aufweist, die in axialer Richtung vorstehen, und wobei ein Verhältnis P2/h2 eines Abstands P2 der Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte zu einer Höhe h2 der Vielzahl der zweiten vorstehenden Abschnitte mindestens 1,0 und höchstens 2,0 beträgt.
Lagervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite äußere Umfangsbereich einen lipophilen Film enthält, der auf einer Oberfläche der stationären Oberfläche angeordnet ist.
Turbolader, umfassend: die Lagervorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10; eine Rotationswelle, die durch die Lagervorrichtung rotierbar gelagert ist; und ein Verdichterlaufrad und ein Turbinenlaufrad, die auf der Rotationswelle angeordnet sind.