DE202004017194U1

DE202004017194U1 - Lagerung

Info

Publication number: DE202004017194U1
Application number: DE202004017194U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2014-11-04

Abstract

Lagerung einer Welle eines Turboladers mit wenigstens zwei Schrägkugellagern, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schrägkugellager hinsichtlich ihres Druckwinkels, eines Materials der Kugeln, eines Durchmessers der Kugeln und/oder einer Beschichtung der Kugeln und/oder Laufbahnen unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Welle eines Turboladers mit wenigstens zwei Schrägkugellagern.
Ein Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor umfasst auf einer gemeinsamen Welle eine Turbine sowie einen Verdichter. Dabei ist eine Wellenlagerung an einen Ölkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen. Die Turbine wird dabei vom Abgas des Verbrennungsmotors angetrieben und der Verdichter sorgt für eine Vorverdichtung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischluft.
Aus der DE 38 01 590 A1 ist eine Lagerung einer Abgasturboladerwelle mittels zweier Schrägkugellager bekannt, bei der zwischen den Schrägkugellagern eine Lagerbüchse vorhanden ist, die Ölverteilkanäle umfasst, mit denen Öl auf die Kugeln und Laufrillen der Kugellager geführt wird. Ferner umfasst die Lagerbüchse in ihrem mittleren unteren Teil eine Öffnung für ein Ablaufen des Öls.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Lägerung einer Welle eines Turboladers mit wenigstens zwei Schrägkugellagern zu schaffen, so dass insbesondere eine verlängerte Lebensdauer der Lagerung erzielbar ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 ist die Lagerung einer Welle eines Turboladers mit wenigstens zwei Schrägkugellagern dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schrägkugellager hinsichtlich ihres Druckwinkels, eines Materials der Kugeln, eines Durchmessers der Kugeln und/oder einer Beschichtung der Kugeln und/oder Laufbahnen unterschiedlich ausgebildet sind.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass auf die beiden Schrägkugellager in Abhängigkeit von deren Anordnung am turbinenseitigen oder verdichterseitigen Ende des Abgasturboladers, bei Betrieb des Turboladers ganz unterschiedliche Belastungen einwirken, so dass zum Erzielen einer langen Lebensdauer der Lagerung die beiden Schrägkugellager für ein optimales Aufnehmen dieser Belastungen unterschiedlich auszubilden sind. Dahingegen wird bei Einsatz zweier identisch ausgebildeter Schrägkugellager – was wohl primär dem Bestreben einer geringen Typenvielfalt Rechnung trägt – immer nur ein Suboptimum erreicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.
Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Welle eines Turboladers. Dabei umfasst die
Lagerung auf der Verdichterseite, was in der Figur links entspricht, ein erstes Schrägkugellager 10 und auf der Turbinenseite des Abgasturboladers, was in der Figur rechts entspricht, ein zweites Schrägkugellager 20. Die beiden Schrägkugellager 10 und 20 sind dabei durch einen Distanzring 40 zueinander beabstandet, der in etwa eine radiale Ausdehnung entsprechend den Innenringen 14 und 24 der Schrägkugellager 10 und 20 aufweist. Weiterhin umfasst die Lagerung einen Lagerträger 30, der derart ausgebildet ist, dass er den Distanzring 40 und die beiden Schrägkugellager 10 und 20 radial im Wesentlichen umschließt und sich gleichzeitig zwischen den beiden Schrägkugellagern 10 und 20 erstreckt.
Beruhend auf der Erkenntnis, dass bei Betrieb des Abgasturboladers das zweite Schrägkugellager 20 auf der Turbinenseite stärkeren Belastungen ausgesetzt ist als das erste Schrägkugellager 10 auf der Verdichterseite, sind die beiden Schrägkugellager 10 und 20 gemäß einem der nachfolgend aufgeführten Unterschiede oder gemäß beliebigen Kombinationen dieser Unterschiede wie folgt ausgebildet: Die Kugeln 12 des ersten Schrägkugellagers 10 sind als Keramikkugeln ausgebildet, wohingegen die Kugeln 22 des zweiten Schrägkugellagers 20 als Stahlkugeln ausgebildet sind. Das erste Schrägkugellager 10 ist mit Kugeln 12 eines ersten Durchmessers ausgebildet, wohingegen das zweite Schrägkugellager 20 mit Kugeln 22 eines zweiten Durchmessers ausgebildet ist, der größer als der erste Durchmesser ist, wobei die Durchmesser je nach einsatzfallspezifischer Ausbildung in etwa 2 bis 30 mm betragen. Die Laufbahnen des Innenrings 14 und/oder Außenrings und/oder die Kugeln 12 des ersten Schrägkugellagers 10 sind mit einem diamantharten Kohlstoff beschichtet, wohingegen das zweite Schrägkugellager 20 frei von einer derartigen Beschichtung ist, wobei vorgenannte Beschichtung beispielsweise unter dem Markennamen No Wear^TM bekannt ist. Das erste Schrägkugellager 10 weist einen Druckwinkel 18 auf, der gegenüber einem Druckwinkel 28 des zweiten Schrägkugellagers 20 kleiner ist, wobei sich die Druckwinkel 18 und 28 in einer Größenordnung von etwa 5° bis 50° bewegen können.
Für ein Einspritzen eines Schmiermittels in die beiden Schrägkugellager 10 und 20 umfasst der Lagerträger 30 entsprechend ausgebildete Kanäle 34. Das Schmiermittel kann dabei ein Öl eines Motorölkreislaufs eines Verbrennungsmotors sein. Die Kanäle 34 sind dabei derart ausgebildet, dass sie ein Einspritzen des Öls in einem Bereich zwischen den Kugeln 12 bzw. 22 und dem Innenring 14 bzw. 24 des jeweiligen Schrägkugellagers 10 und 20 ermöglichen, wobei die Einspritzung bevorzugt unter einem Einspritzwinkel 35 von etwa 10° bis 30° bezüglich der Wellenhauptachse erfolgt. Für ein verbessertes Hindurchleiten des eingespritzten Öls in axialer Richtung durch die Schrägkugellager 10 und 20 hindurch, sind die Außenmäntel der Innenringe 14 und 24 der Schrägkugellager 10 und 20, ausgehend von derjenigen Seite, die dem jeweils anderen Schrägkugellager 10 bzw. 20 zugewandt ist, zu einer Kugelanlagefläche hin mit zunehmendem Durchmesser kegelstumpfmantelartig ausgebildet. Dadurch wird für das Öl eine Art Pumpeffekt erzielt.
Weiterhin ist vom Außenmantel des Lagerträgers 30 her eine Vertiefung 32 in den Lagerträger 30 eingearbeitet, die derart als eine Verdrehsicherung für den Lagerträger 30 ausgebildet ist, dass ein bestimmungsgemäß feststehendes Teil des Abgasturboladers in die Vertiefung 32 zum Eingriff gebracht werden kann. Für ein staufreies Abführen des Öls aus dem Bereich der Lagerung ist der Lagerträger 30 in seinem unteren Mittenbereich mit einer ausreichend groß dimensionierten, beispielsweise kreisartigen Öffnung 37 versehen. Ferner ist der Lagerträger 30 an seinen Stirnseiten mit Plannuten 39 versehen ausgebildet, die bei Betrieb des Abgasturboladers mit einem sich aufbauenden Öldruck eine axial schwimmende Lagerung des Lagerträgers 30 unterstützen.
Die Käfige 16 und 26 der beiden Schrägkugellager 10 und 20 sind bevorzugt aus einer Leichtmetall-Legierung ausgebildet. Die vorausgehend beschriebene Lagerung ist dabei sowohl für einen Niederdruck- als auch einen Hochdruck-Turbolader einsetzbar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem die Lagerung mitversorgenden Ölkreislauf ein Filter mit eingeschaltet, der eine vorgebbare Reinheit des Öls, beispielsweise mit einem Kontanimationsfaktor von 0,3 oder größer sicherstellt.

10: erstes Schrägkugellager
12: Kugel des ersten Schrägkugellagers
14: Innenring des ersten Schrägkugellagers
16: Käfig des ersten Schrägkugellagers
18: Druckwinkel des ersten Schrägkugellagers
20: zweites Schrägkugellager
22: Kugel des zweiten Schrägkugellagers
24: Innenring des zweiten Schrägkugellagers
26: Käfig des zweiten Schrägkugellagers
28: Druckwinkel des zweiten Schrägkugellagers
30: Lagerträger
32: Vertiefung
34: Kanal
35: Einspritzwinkel
37: Öffnung
39: Plannute
40: Distanzring

Claims

Lagerung einer Welle eines Turboladers mit wenigstens zwei Schrägkugellagern, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schrägkugellager hinsichtlich ihres Druckwinkels, eines Materials der Kugeln, eines Durchmessers der Kugeln und/oder einer Beschichtung der Kugeln und/oder Laufbahnen unterschiedlich ausgebildet sind.
Lagerung nach Anspruch 1, wobei das turbinenseitige Schrägkugellager einen größeren Druckwinkel als das verdichterseitige aufweist.
Lagerung nach Anspruch 2, wobei der Unterschied einige Winkelgrade bis wenige zehn Winkelgrade beträgt.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Druckwinkel eine Größe von etwa 5° bis 50° aufweisen.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Durchmesser der Kugeln des turbinenseitigen Schrägkugellagers größer als der des verdichterseitigen ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Durchmesser der Kugeln in etwa 2 bis 30 mm beträgt.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kugeln des verdichterseitigen Schrägkugellagers als Keramikkugeln ausgebildet sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kugeln des turbinenseitigen Schrägkugellagers als Stahlkugeln ausgebildet sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei beim verdichterseitigen Schrägkugellager dessen Laufbahnen und/oder Kugeln mit einem diamantharten Kohlenstoff beschichtet sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwischen den beiden Schrägkugellagern ein Distanzring angeordnet ist.
Lagerung nach Anspruch 10, wobei der Distanzring eine radiale Dicke vergleichbar der der Innenringe der Schrägkugellager aufweist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zwischen den beiden Schrägkugellagern ein hülsenartiger Lagerträger angeordnet ist.
Lagerung nach Anspruch 12, wobei der Lagerträger den Distanzring und die Schrägkugellager im Wesentlichen radial umschließend ausgebildet ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Lagerträger Mittel zum Verhindern eines Drehens des Lagerträgers umfasst.
Lagerung nach Anspruch 14, wobei die Mittel eine am Außenmantel des Lagerträgers angeordnete Vertiefung für ein Eingreifen von Sicherungsmitteln in die Vertiefung umfassen.
Lagerung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Lagerträger an wenigstens einer seiner Stirnseiten Plannuten umfasst.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Lagerträger wenigstens einen Kanal zum Einspritzen eines Schmiermittels in wenigstens eines der Schrägkugellager umfasst.
Lagerung nach Anspruch 17, wobei der Kanal derart ausgebildet ist, dass das Schmiermittel unter einem Winkel von etwa 10° bis 30° zur Wellenhauptachse in einem Bereich zwischen den Kugeln und einem Innenring des Schrägkugellagers eingespritzt wird.
Lagerung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei der Lagerträger für ein Abfließen eines Schmiermittels mit einer, einen Mantel des Lagerträgers radial durchdringenden Öffnung ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 19, wobei die Öffnung in einem Mittenbereich des Lagerträgers auf einer dem Kanal gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Schmiermittel ein Motoröl eines Ölkreislaufes eines Verbrennungsmotors ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei ein Außenmantel eines Innenrings wenigstens eines der Schrägkugellager von der Seite, die dem anderen Schrägkugellager zugewandt ist, ausgehend zu einer Kugelanlagefläche hin mit zunehmendem Durchmesser kegelstumpfmantelartig ausgebildet ist.