DE3531313A1 - Lagervorrichtung in einem turbolader - Google Patents

Lagervorrichtung in einem turbolader

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Description

Nürnberg, 2.9.1985 25 307
Istiikawaj ima-Harima Jukogyo K. K.
No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
Chiyoda-ku
Tokyo-to/Japan
Lagervorrichtung in einem Turbolader
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung in einem Turbolader und insbesondere auf eine solche Lagervorrichtung bei einem Turbolader, die eine beständige, stabile Drehung einer Turbinenwelle gewährleistet, ohne den schwimmenden Zustand eines Ölfilmdämpfers zu beeinträchtigen.
Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Diese
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine herkömmliche Lagervorrichtung in einem Turbolader.
Gemäß Fig. 1 umfaßt der Turbolader ein Turbinengehäuse 1, ein Kompressor- oder Verdichtergehäuse 2, ein zwischen den Gehäusen 1 und 2 befindliches Lagergehäuse 3, eine Wärmeschutzplatte 4, eine im Lagergehäuse 3 angeordnete Lagerschale 5, eine Turbinenwelle 6, ein Turbinenrad 7, einen Ölschleuder-
Distanzring 8, eine ölschleuder 9, ein Verdichterrad 10, ein turbinenseitiges Kugellager 11, ein verdichterseitiges Kugellager 12, einen turbinenseitigen Ölfilmdämpfer 13, der in der Lagerschale 5 durch einen Ölfilm im schwimmenden Zustand gehalten ist und das turbinenseitige Kugellager 11 abstützt, einen verdichterseitigen Ölfilmfämpfer 14, der ebenfalls in der Lagerschale 5 durch einen Ölfilm im schwimmenden Zustand gehalten ist und das verdichterseitige Kugellager 12 abstützt, eine zwischen die Ölfilmdämpfer 13 und 14 eingefügte Schraubenfeder 15, die die äußeren Laufringe der Kugellager 11, 12 nach außen hin und voneinander weg drückt, ein Dampferwiderlager 16, eine Distanzhülse 17, einen ölzulauf 18, einen Ölablauf 19, einen Wassermantel 20 und Sprengringe 21 sowie 22, auf die noch näher eingegangen werden wird.
Wie gesagt wurde und der Fig.1 klar zu entnehmen ist, sind die Ölfilmdämpfer 12 und 14 voneinander getrennt, d.h., beide Ölfilmdämpfer sind unabhängig voneinander angeordnet. Obwohl sie von der Schraubenfeder 15 auswärts belastet sind, können sich die Ölfilmdämpfer 13, 14 unabhängig voneinander bewegen, was das Problem aufwirft, daß die Stabilität und Beständigkeit der Drehung der Turbinenwelle 6 herabgesetzt wird. Wenn Die Spalten oder Spielräume zwischen den Dämpfern 13 und 14 einerseits sowie der Lagerschale 5 andererseits groß sind, dann tritt insbesondere der Fall ein, daß die Ölfilmdämpfer 13, 14 leicht zu einem Drehen neigen, womit die Drehstabilität der Turbinenwelle 6 weiter vermindert wird. Ferner muß die Schraubenfeder 15 vorgespannt werden, um eine Kraft zu haben, die größer als die Schubkraft der Turbinenlagerung oder -zapfen ist, so daß, wenn eine Druckkraft auf die Turbine oder den Verdichter ausgeübt wird, das Kugellager 11 oder 12 daran gehindert wird, in den Ölfilmdämpfer 13 oder 14 hineingedrückt zu werden. Wird die von der Schraubenfeder 15 auf die Dämpfer 13, 14 ausgeübte Druckkraft größer, so wird die Lebensdauer oder Standzeit der Kugellager 11, 12 ganz be-
BAD ORIGINAL
trächt lieh verkürz"! . Des weiteren liegt das Problem vor, daß, weil die -Schraubenfeder 15 sehr stark ist, der Zusammenbau sehr erschwert und der mechanische Wirkungsgrad erheblich vermindert wird. Es ist aber auch nicht erwünscht, um die Kraft der Schraubenfeder 15 zu vermindern, die Sprengringe 21 und 22 so anzuordnen, daß sie mit den inneren Stirnflächen der Dämpfer 13, 14 in allzu fester Anlage sind, weil die Dämpfer 13 und 14 im Gleichklang mit der Turbinenwelle 6 drehen.
Im Hinblick auf den Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Lagervorrichtung für einen Turbolader zu schaffen, mit der es möglich ist, die Vorspannung der Schraubenfeder zu erniedrigen, so daß die Standzeit der Kugellager verlängert werden kann, die auf den Kugellagern beruhenden mechanischen Verluste zu minimieren, die Turboverzögerung zu vermindern, die Drehung der Ölfilmdämpfer zu hindern, so daß die Drehstabilität der Turbinenwelle verbessert und die Ableitung von Arbeitsöl erleichtert werden kann, so daß die mechanischen Verluste minimiert werden, und die einen unkomplizierten Aufbau aufweist, so daß die Herstellung der Lagervorrichtung erheblich vereinfacht wird.
Die Aufgabe der Erfindung sowie weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigen:
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Lagervorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 3 und 3 je einen zu Fig. 2 gleichartigen Längsschnitt durch Lagervorrichtungen in einer zweiten und dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 5 und 6 je einen Teil-Längsschnitt durch eine Lagervorrichtung in einer vierten und fünften Ausführungsform gemäß der.Erfindung.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche Teile in allen Figuren. Räumliche Angaben sind als auf die jeweilige Figur bezogen zu verstehen. Die bereits mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Bauteile werden nicht nochmals beschrieben.
1. Ausführungsform (Fig. 2)
Bei dieser Ausführungsform ist ein Ölfilmdämpfer 23, der das turbinenseitige Kugel lager .11 und das verdichterseitige Kugellager 12 in der Lagerschale 5 abstützt, als ein Teil ausgebildet und ist von einer halbschwimmenden oder -tragenden Bauart. Der Dämpfer 23 ist also nicht, wie es gemäß dem Stand der Technik üblich ist, in einen turbinen- und einen verdichterseitigen öldämpfer unterteilt. Ein die Drehung des ölfilmdämpfers 23 verhindernder Stift 24 ist lose in Ausnehmungen, die in der Außenumfangsflache des öldämpfers 23 und der Innenumfangsfläche der Lagerschale 5 ausgebildet sind und zusammen eine Bohrung bilden, eingesetzt. Eine im unteren Teil der Wand des Ölfilmdämpfers 23 ausgestaltete Olaustrittsöffnung 25 steht mit dem ölablauf 19 im unteren Teil der Lagerschale 5 in Verbindung. Zwischen den außenseitigen Stirnflächen des öldämpfers 23 und den diesen gegenüberliegenden Flächen der Lagerschale 3 sind kleine Spalte 26 vorhanden. Die Wand des Ölfilmdämpfers 23 wird von einer kleinen Bohrung 27 durchsetzt, so daß vom ölzulauf 18 kommendes öl dem turbinenseitigen Kugellager 11 im Dämpfer 23 zugeführt wird.
Wie gesagt wurde, ist der Ölfilmdämpfer 23 von einteiliger Konstruktion und ist ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen dessen Außenumfangsflache sowie der Innenfläche der Lagerschale 5 vorhanden, so daß der Dämpfungseffekt des Ölfilms erhalten werden kann,womit die Drehstabilität der Turbinenwelle 6 gewährleistet ist. Durch den Stift 24 wird die Drehung des Ölfilmdämpfers 23 unterbunden, jedoch wird der Dämpfer 23 nicht gänzlich festgehalten, so daß der erwähnte Dämpfungseffekt nicht nachteilig herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck
ist der Außendurchmesser des Stiftes 24 etwas geringer als der Innendurchmesser der Bohrung, in der der Stift 24 sitzt und lose gehalten ist. Weil der Stift 24 die Drehung des Ölfilmdämpfers 23 unterbindet, kann die Olaustrittsöffnung 25 in dessen unterem Teil ausgebildet werden, und das hat zum Ergebnis, daß die auf der Ansammlung von Schmieröl beruhenden mechanischen Verluste vermieden werden. Da ferner das Schmieröl rasch und wirksam abgeführt werden kann, ist eine Verbesserung in der oldichtungswirkung zu erzielen.
Ein Teil des Schmieröls, der durch die Spalten 26 zwischen der Stirnseite des Dämpfers 23 und der gegenüberliegenden Wandfläche der Lagerschale 5 tritt, gelangt auf die Turbinenwelle 6 sowie dieser nahegelegene Bauteile und wird durch Drehung zerstäubt, wodurch die Kugellager 11 und 12 einer Nebel- oder Spritzschmierung ausgesetzt sind. Ferner ist, um eine eindeutig positive Schmierung des turbinenseitigen Kugellagers 11 zu gewährleisten, die kleine Bohrung 27 durch die Wand des Dämpfers 23 geführt und zur inneren Stirnfläche des Lagers 11 hin gerichtet. Insofern unterliegt das Kugellager 11 auch einer Strahlschmierung, da ein Schmierölstrahl auf dieses Lager 11 gelenkt wird. Es sollte jedoch klar sein, daß nur die kleine Bohrung 27 für die Strahlschmierung oder nur die schmalen Spalten 26 für die Nebelschmierung vorgesehen sein können und daß weder die eine noch die anderen unbedingt notwendig sind.
2. Ausführungsform (Fig. 3)
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist zwischen einen im Durchmesser abgesetzten Teil (Abstufung) 28 des Ölfilmdämpfers 23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 11 ein Anschlagoder Haltering 30 eingefügt, wie auch ein solcher Anschlagoder Haltering 31 zwischen eine Abstufung 29 des Ölfilmdämpfers und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt ist. Die die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 ausein-
anderdrückende Schraubenfeder 15 ist zwischen die Anschlagringe 30 und 31 eingesetzt, so daß also die Ringe 30, 31 zwischen der Feder 15 einerseits und den Kugellagern 11 bzw. 12 andererseits eingeklemmt sind. Die Vorspannung der Schraubenfeder 15 wird eindeutig auf die äußeren Laufringe der Lager 11 und 12 übertragen. Die Innenumfangsflache des Ölfilmdämpfers 23 ist mit den im Durchmesser abgesetzten Teilen 28 und 29 versehen. Das hat zur Folge, daß selbst dann, wenn eine Schubkraft wirkt, die größer als die Vorspannung der Schraubenfeder ist, die Kugellager 11, 12 daran gehindert sind, in den Ölfilmdämpfer 23 gedruckt zu werden. Deshalb kann der Schraubenfeder 15 eine relativ kleine Vorspannung gegeben werden, die damit auch eine geringere Federkraft entwickelt, so daß die Standzeit der Kugellager 11 und 12 verlängert wird sowie des weiteren der Zusammenbau und der mechanische Wirkungsgrad erheblich begünstigt werden.
3. Ausführungsform (Fig. 4)
Bei dieser Ausführungsform kommen im Gegensatz zur vorherigen die Anschlagringe 30, 31 nicht zur Anwendung, vielmehr sind die Abstufungen 28, 29 im Ölfilmdämpfer 23 unmittelbar mit den äußeren Laufringen der Kugellager 11 bzw. 12 in Anlage. Ferner ist im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform der Ölfilmdämpfer 23 mit Bezug zum Mittelpunkt der Achse des Dämpfers 23 nicht symmetrisch, wobei die Strahlschmierbohrung 27 durch die Wand des Dämpfers 23 geführt ist, um das turbinenseitige Kugellager 11 zu schmieren. Die dritte Ausführungsform läßt jedoch die gleichen Wirkungen und Vorteile wie die zweite Ausführungsform erreichen.
4. Ausführungsform (Fig. 5)
Diese Ausführungsforrn ist im wesentlichen zu derjenigen von Fig. 4 gleichartig mit der Ausnahme, daß lediglich der Anschlagring 31 auf der Seite des Verdichters vorhanden ist, während die Konstruktion auf der Seite der Turbine derjenigen von Fig. 4 ähnlich ist.
5. Ausführungsform (Fig. 6)
Während bei der ersten bis vierten Ausführungsform (Fig. 2-5) die Schraubenfeder 15 so vorgespannt ist, daß die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 auseinandergedrückt werden, kommt anstelle der Schraubenfeder 15 bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform eine kegelige oder gewölbte Tellerfeder 32 zur Anwendung, die zwischen die Abstufung 29 des Ölfilmdämpfers 23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt ist. Obwohl das nicht gezeigt ist, kann eine solche Tellerfeder auch zwischen der Abstufung 28 und dem äußeren Laufring des Lagers 11 auf der anderen Seite des Dämpfers 23 eingesetzt sein. Für die Schrauben- oder die Tellerfeder kann erfindungsgemäß auch eine Blattfeder zur Anwendung kommen.
Die Wirkungen, Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes können, wie folgt, zusammengefaßt werden:
1. Die Kugellager werden sowohl auf der Turbinen- wie auch auf der Verdichterseite angewendet, so daß die mechanischen Verluste minimiert werden können. Das hat zum Ergebnis, daß der Gesamtwirkungsgrad des Turboladers bemerkenswert gesteigert wird, und zwar vor allem bei niedrigen Drehzahlen oder in einem niedrigen Leistungsbereich. Das ist ein sehr bedeutender Vorteil bei Turboladern für Fahrzeuge, und die Turboverzögerung kann auf ein Minimum herabgedrückt werden.
2. Der schwimmende Ölfilmdämpfer wird als ein Stück gefertigt und seine Drehung durch den Stift verhindert. Das hat zum Ergebnis, daß die Drehstabilität der Turbinenwelle in jedem Betriebsbereich sichergestellt werden kann und die Haltbarkeit der Kugellager verbessert wird, wodurch deren Standzeit verlängert wird, so daß eine hohe Betriebszuverlässigkeit zu erreichen ist.
3. Der die Drehung des öldämpfers verhindernde Stift wird lose in die ihm zugeordnete Bohrung eingesetzt, so daß der schwimmende Zustand des Ölfilmdämpfers nicht nachteilig beeinflußt wird.
4. Die Einrichtung zur Verhinderung einer Drehung des Dämpfers ist sehr einfach und mit niedrigen Kosten herzustellen.
5. Der Ölfilmdämpfer ist mit der olaustritts.öff nung ausgestattet, die mit dem Ölablauf aus der Lagerschale in Verbindung steht, so daß die auf einer Ansammlung von öl im Dämpfer beruhenden mechanischen Verluste minimiert werden können. Ferner kann die Schmierölableitung erleichtert werden, so daß die Ölabdichtfähigkeit verbessert wird.
6. Das Kugellager ist zumindest entweder einer Schmierung, wobei ein Teil des dem Ölfilmdämpfer zugeführten Schmieröls als ein Strahl zum Kugellager abgeführt wird, oder einer Nebel- bzw. im wesentlichen Sprüh- oder Tröpfchenschmierung ausgesetzt. Das hat eine eindeutig positive Schmierung zur Folge, wobei im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern eine große Menge an Schmieröl nicht notwendig ist. Deshalb können das Schmieröl beträchtlich vermindert und ferner auch der Öldruck herabgesetzt werden.
7. Es ist nicht notwendig, extra ein Längs- oder Schublager vorzusehen, und es ist auch nicht nötig, die Lagerung der Turbinenwelle, d.h. deren Zapfen, an der Oberfläche zu härten. Deshalb ist die Lagervorrichtung gemäß der Erfindung einfach in ihrem Aufbau, kompakt in ihren Abmessungen und äußerst kostengünstig zu fertigen.
8. Die Innenwandfläche des Ölfilmdämpfers ist mit den im Durchmesser abgesetzten Abstufungen versehen, die mit den Lageranschlägen zur Anlage kommen, so daß, wenn eine gegen-
über der Vorspannung der Feder größere Schubkraft einwirkt, verhindert wird, daß die Kugellager in den Dämpfer gedrückt werden. Insofern ist es nicht notwendig, die Feder zur Anpassung an eine übermäßige Schubkraft stark vorzuspannen, was bedeutet, daß die Feder im minimalen Ausmaß vorgespannt werden kann. Deshalb kann die Standzeit der Kugellager weiter verlängert und können gleichzeitig der mechanische Wirkungsgrad sowie die Montageleistung verbessert werden.
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Claims (5)

  1. Nürnberg, 2.9.1985 25 307
    ■Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K.
    No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
    Chiyoda-ku
    Tokyo-to/Japan
    Lagervorrichtung in einem Turbolader
    Patentansprüche
    ί \J Lagervorrichtung für einen Turbolader, bei dem zwischen ein Turbinen- sowie ein Verdichtergehäuse ein Lagergehäuse t eingefügt ist und in einer Lagerschale des Lagergehäuses " ein turbinenseitiges sowie ein verdichterseitiges Kugellager angeordnet sind, die durch in der Lagerschale schwimmende Ölfilmdämpfer abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfilmdämpfer als ein einstückiger Ölfilmdämpfer (23) gefertigt sind und ein Stift (24) in loser Lage vorgesehen ist, der eine Drehung des einstückigen Ölfilmdämpfers unterbindet.
  2. 2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstückige Ölfilmdämpfer (23) mit einer Ölaustrittsöffnung (25) versehen ist, die mit einem ölablauf (19) der Lagerschale (5) in Verbindung steht.
  3. 3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einstückige Ölfilmdämpfer (23) mit wenigstens entweder einer kleinen Bohrung (27) zur Strahlschmierung des Kugellagers (11) mit einem Teil des zwischen dem Ölfilmdämpfer und der Lagerschale (5) gebildeten Ölfilms oder mit kleinen Spalten (26) zur Nebelschmierung der Kugellager (11, 12) versehen ist.
  4. 4. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das turbinenseitige Kugellager (11) und das verdichterseitige Kugellager (12) eine Feder (15, 32) eingefügt ist, die so vorgespannt ist, daß ein äußerer Laufring von wenigstens einem der Kugellager in einer zur Achse der Turbinenwelle (6) parallelen Richtung vom äußeren Laufring des anderen Kugellagers hinweg belastet ist, und daß an der Innenwandfläche des Ölfilmdämpfers (23) im Durchmesser abgesetzte Abstufungen (28, 29) ausgebildet sind, mit denen Lageranschläge in
    j Anlage sind, die bei Einwirkung einer gegenüber der Vorspannung der Feder (15, 32) größeren axialen Schubkraft der Turbinenwelle eine Bewegung der Kugellager (11, 12) zueinander hin verhindern.
  5. 5. Lagervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Abstufungen (28, 29) des Ölfilmdämpfers (23) und die äußeren Laufringe der Kugellager (11, 12) Anschlagringe (3o, 31) eingefügt sind.
DE3531313A 1984-09-03 1985-09-02 Lagervorrichtung in einem Turbolader Expired - Lifetime DE3531313C3 (de)

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