DE3531313C3 - Lagervorrichtung in einem Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen Turbolader gemäß Oberbegriff des Anspruchs.

Eine derartige Lagervorrichtung ist aus der DE-OS 22 48 440 bekannt. Diese bekannte Lagervorrichtung weist zwischen der Stirnseite der schwimmenden Buchse und der Lagerschale des Lagergehäuses keine kleinen Spalte auf, so daß die Ölschmierung des turbinenseitigen Kugellagers nur durch die mindestens eine kleine Bohrung in der schwimmenden Buchse erfolgt. Außerdem ist dort die schwimmende Buchse im Lagergehäuse auf der Verdichterseite fest angebracht.

Aus FAG, Wälzlagertechnik, 1979, Seite 26, Bild 4, ist eine Wälzlagerspindel mit einer Ölspritzschmierung bekannt, wobei zwei Kugellager vorgesehen sind, von welchen jedem eine eigene schwimmende Buchse zugeordnet ist. Dort handelt es sich jedoch nicht um eine Lagervorrichtung für einen Tubolader, sondern um eine Lagervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, bei der die thermischen Belastungen sicherlich nicht so groß und insbes. so unterschiedlich sind, wie bei einer Lagervorrichtung für einen Turbolader, bei welcher die thermische Belastung des turbinenseitigen Kugellagers erheblich größer ist als die thermische Behandlung des verdichterseitigen Kugellagers.

Aus der DE-PS 30 08 949 ist eine Lagervorrichtung für einen Turbolader bekannt, die auf der relativ thermisch hochbelasteten Turbinenseite kein Kugellager sondern eine Lagerbuchse aufweist. Diese bekannte Lagervorrichtung ist nur verdichterseitig mit einem Kugellager ausgebildet, das ein Lagerteil aufweist. Dieses Lagerteil ist bspw. mit einer von der Kreisform abweichenden Form ausgebildet, um eine Rotation des Lagerteils zu verhindern. Eine solche Ausbildung ist jedoch relativ aufwendig realisierbar. Die Rotation des Lagerteils kann dort auch durch einen Dorn und ein passendes Loch verhindert werden, was bedeutet, daß das Loch an den Dorn abmessungsmäßig genau angepaßt ist. Zur Verhinderung einer Abnutzung und eines Verschleißes können gemäß den Fig. 6 und 7 dieses Standes der Technik die aneinander anliegenden Flächen des Lagers und der eine Drehung des Lagers verhindernden Backen zwischen diesen Flächen einen festen Film eines Gleitmittels aufweisen. Es handelt sich dort also um aneinander anliegende Flächen.

Die US-PS 43 14 705 offenbart eine Lagervorrichtung, die weder auf der Turbinenseite noch auf der Verdichterseite mit einem entsprechenden Kugellager versehen ist, sondern nur Lagerbuchsen aufweist.

Die DE-OS 14 25 025 beschreibt eine Lagervorrichtung mit einem turbinenseitigen und mit einem verdichterseitigen Kugellager. Die Lagerung dieser beiden Kugellager erfolgt nicht mittels einer einstückigen schwimmenden Buchse.

Aus der DE-PS 9 52 756 ist eine Lagervorrichtung bekannt, bei der die Buchse frei drehbar ausgebildet ist. Um eine gute freie Drehbarkeit der Buchse zu gewährleisten, ist dort die Buchse mit Nuten ausgebildet, die sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung der Buchse verlaufen können. Zur Verhinderung einer Drehung zwischen zwei Konstruktionsteilen dieser bekannten Lagervorrichtung ist ein an sich für eine solche Verdrehsicherung geeigneter Stift vorgesehen, der zwischen der Lagerbuchse und dem Lagergehäuse fest vorgesehen ist.

Die DE-AS 15 26 439 beschreibt einen Abgasturbolader mit beidseitig auf einer Welle fliegend angeordnetem Turbinen- und Gebläselaufrad, bei dem eine an ihren Enden je ein Lager tragende Büchse nur mit einem Außenflansch an einer zur Drehachse senkrechten ebenen Fläche im Lagergehäuse befestigt ist. Dort ist die ebene Fläche etwa in der Mitte des Lagergehäuses und der Außenflansch etwa in der Mitte der Büchse angeordnet. Die Büchse ist zwischen dem Außenflansch und dem Lager in an sich bekannter Weise durch Schlitze oder Eindrehungen elastisch ausgeführt. Bei dieser bekannten Lagervorrichtung ist die einstückige Büchse mit dem Lagergehäuse starr verbunden. Zu diesem Zweck sind dort Schrauben vorgesehen.

Aus der US-PS 38 11 741 ist eine Lagervorrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, bei der das Lagergehäuse und die schwimmende Buchse mit Löchern ausgebildet sind, die sich in radialer Richtung der Lagervorrichtung erstrecken und die miteinander fluchten. Ein Sicherungselement erstreckt sich durch die miteinander fluchtenden Löcher und dient zur Verdrehsicherung der schwimmenden Buchse in bezug auf das Lagergehäuse. Diese Lagervorrichtung weist eine Strahlschmierung für die Lagerung der Buchse an der Turbinenwelle auf. Insbesondere bei hohen und höchsten Drehzahlen kann die Ölfilmdämpfung dieser bekannten Lagervorrichtung jedoch noch Wünsche offen lassen. Entsprechendes kann für die Schmierung zwischen der Turbinenwelle und der Lagervorrichtung gelten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Lagerung der Welle eines Turboladers dahingehend weiter verbessert ist, daß eine Ölfilmdämpfung auch bei hohen und höchsten Drehzahlen sichergestellt ist, wobei die Schmierung der Kugellager gleichzeitig verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs gelöst.

Mit dieser Lagervorrichtung werden die folgenden Vorteile erzielt:

• 1. Die Kugellager werden sowohl auf der Turbinenseite als auch auf der Verdichterseite angewandt, so daß die mechanischen Verluste minimal sind. Daraus resultiert, daß der Gesamtwirkungsgrad des Turboladers erhöht ist, und zwar vor allem bei niedrigen Drehzahlen oder in einem niedrigen Leistungsbereich. Das ist ein wesentlicher Vorteil bei Turboladern für Fahrzeuge, wobei die Turboverzögerung auf ein Minimum reduziert werden kann.
• 2. Die schwimmende Buchse wird einstückig hergestellt, und ihre Drehung wird durch den Stift verhindert. Dadurch kann die Drehstabilität der Turbinenwelle in jedem Betriebsbereich sichergestellt werden. Gleichzeitig wird die Standzeit der Kugellager verbessert, woraus eine Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit resultiert.
• 3. Der die Drehung der Buchse verhindernde Stift ist lose in die ihm zugeordnete Bohrung eingesetzt, so daß der schwimmende Zustand der Buchse nicht nachteilig beeinflußt wird.
• 4. Die Einrichtung zur Verhinderung einer Drehung der Buchse ist einfach mit geringen Herstellungskosten produzierbar.
• 5. Die Buchse ist mit einer Ölaustrittsöffnung ausgebildet, die mit dem Ölablauf aus der Lagerschale fluidisch in Verbindung steht, so daß die auf einer Ansammlung von Öl in der Buchse beruhenden mechanischen Verluste minimal sind. Gleichzeitig wird die Schmierölableitung verbessert.
• 6. Das Kugellager ist einer guten Schmierung ausgesetzt, wobei nur eine vergleichsweise kleine Schmierölmenge erforderlich ist. Gleichzeitig kann der Öldruck des Schmieröls herabgesetzt werden.
• 7. Es ist nicht erforderlich, ein eigenes Längs- oder Schublager vorzusehen. Desgleichen ist es nicht erforderlich, die Lagerung der Turbinenwelle, d. h. deren Zapfen, an der Oberfläche zu härten. Dadurch ist eine kostengünstige Herstellung der Lagervorrichtung möglich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Lagervorrichtung,

Fig. 2 und 3 je einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch Lagervorrichtungen einer zweiten und einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 4 und 5 je einen Teillängsschnitt durch Lagervorrichtungen gemäß einer vierten und einer fünften Ausführungsform.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist eine Buchse 23, die das turbinenseitige Kugellager 11 und das verdichterseitige Kugellager 12 in der Lagerschale 5 abstützt, als ein Teil ausgebildet. Sie ist von halb schwimmender bzw. -tragender Bauart. Ein die Drehung der Buchse 23 verhindernder Stift 24 ist lose in Ausnehmungen eingesetzt, die in der Außenumfangsfläche der Buchse 23 und in der Innenumfangsfläche der Lagerschale 5 ausgebildet sind, und die zusammen eine Bohrung bilden. Eine im unteren Teil der Wand der Buchse 23 ausgebildete Ölaustrittsöffnung 25 steht mit dem Ölablauf 19 im unteren Teil der Lagerschale 5 fluidisch in Verbindung.

Zwischen den außenseitigen Stirnflächen der Buchse 23 und den diesen Stirnflächen gegenüberliegenden Flächen der Lagerschale 5 sind kleine Spalte 26 vorhanden. Die Wand der Buchse 23 wird von einer kleinen Bohrung 27 durchsetzt, so daß vom Ölzulauf 18 kommendes Öl dem turbinenseitigen Kugellager 11 in der Buchse 23 zugeführt wird.

Zwischen der Außenumfangsfläche der Buchse 23 und der Innenfläche der Lagerschale 5 ist ein kleiner Zwischenraum vorhanden, so daß sich ein Dämpfungseffekt des Ölfilms ergibt, womit die Drehstabilität der Turbinenwelle 6 gewährleistet wird. Durch den Stift 24 wird die Drehung der Buchse 23 verhindert, die Buchse 23 wird jedoch nicht vollkommen festgehalten, so daß der erwähnte Dämpfungseffekt nicht nachteilig reduziert wird. Zu diesem Zweck ist der Außendurchmesser des Stiftes 24 etwas kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung, in der der Stift 24 angeordnet und lose gehalten ist. Weil der Stift 24 die Drehung der Buchse 23 unterbindet, kann die Ölaustrittsöffnung 25 in dem unteren Abschnitt der Buchse ausgebildet werden, was zum Ergebnis hat, daß auf einer unerwünschten Ansammlung von Schmieröl beruhende mechanische Verluste vermieden werden.

Ein Teil des Schmieröls, der durch die Spalte 26 zwischen der Stirnfläche der Buchse 23 und der gegenüberliegenden Wandfläche der Lagerschale 5 fließt, gelangt auf die Turbinenwelle 6 sowie auf der Turbinenwelle naheliegende Bauteile und wird durch Drehung zerstäubt, wodurch die Kugellager 11 und 12 einer Nebel- oder Spritzschmierung ausgesetzt sind. Ferner ist zur Gewährleistung einer sicheren Schmierung des turbinenseitigen Kugellagers 11 die kleine Bohrung 27 vorgesehen, die sich durch die Wand der Buchse 23 erstreckt und die zur inneren Stirnfläche des Lagers 11 hin ausgerichtet ist. Insofern unterliegt das Kugellager 11 also auch einer Strahlschmierung, da ein Schmierölstrahl auf dieses Lager 11 gelenkt wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausbildung der Lagervorrichtung, bei welcher zwischen einem im Durchmesser abgesetzten Teil, d. h. einer Abstufung 28 der Buchse 23 und dem äußeren Laufring des Kugellagers 11 ein Anschlag- oder Haltering 30 eingefügt ist. Ein ähnlicher Anschlag- oder Haltering 31 ist zwischen eine Abstufung 29 der Buchse 23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt. Die die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 auseinanderdrückende Schraubenfeder 15 ist zwischen die Anschlagringe 30 und 31 eingesetzt, so daß die Ringe 30 und 31 zwischen der Feder 15 einerseits und den Kugellagern 11 bzw. 12 andererseits eingeklemmt sind. Die Vorspannung der Schraubenfeder 15 wird auf die äußeren Laufringe der Lager 11 und 12 übertragen. Die Innenumfangsfläche der Buchse 23 ist mit den im Durchmesser abgesetzten Teilen 28 und 29 versehen.

Bei der Ausführungsform der Lagervorrichtung gemäß Fig. 3 sind die Abstufungen 28 und 29 in der Buchse 23 unmittelbar mit den äußeren Laufringen der Kugellager 11 und 12 in Anlage.

Außerdem ist die Buchse 23 in bezug auf den Mittelpunkt ihrer Achse nicht symmetrisch, wobei die Strahlschmierbohrung 27 durch die Wand der Buchse 23 hindurchgeführt ist, um das turbinenseitige Kugellager 11 zu schmieren.

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung der Lagervorrichtung, die zu derjenigen der Fig. 3 gleichartig ist mit der Ausnahme, daß lediglich der Anschlagring 31 auf der Seite des Verdichters vorhanden ist, während die Ausbildung auf der Seite der Turbine derjenigen der Fig. 3 ähnlich ist.

Während bei der ersten bis vierten Ausführungsform entsprechend den Fig. 1 bis 4 die Schraubenfeder 15 so vorgespannt ist, daß die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 auseinandergedrückt werden, kommt bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform anstelle der Schraubenfeder 15 eine kegelige oder gewölbte Tellerfeder 32 zur Anwendung, die zwischen die Abstufung 29 der Buchse 23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt ist. Eine solche Tellerfeder kann auch zwischen der Abstufung 28 und dem äußeren Laufring des Lagers 11 auf der anderen Seite der Buchse 23 vorgesehen sein. Anstelle einer Schrauben- oder Tellerfeder kann auch eine Blattfeder zur Anwendung gelangen.

Claims (1)

1. Lagervorrichtung für einen Turbolader, bei dem zwischen ein Turbinen- sowie ein Verdichtergehäuse ein Lagergehäuse (3) eingefügt ist und in einer Lagerschale (5) des Lagergehäuses (3) ein turbinenseitiges sowie ein verdichterseitiges eine Ölspritzschmierung aufweisendes Kugellager (11, 12) angeordnet sind, die durch eine einstückige, in der Lagerschale (5) in Öl schwimmende Buchse (23) abgestützt sind, wobei die schwimmende Buchse (23) mit mindestens einer kleinen Bohrung (27) versehen ist zur Ölspritzschmierung des turbinenseitigen Kugellagers (11) mit einem Teil des Öls, das zwischen der schwimmenden Buchse (23) und der Lagerschale (5) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (3) eine erste Teilausnehmung und die schwimmende Buchse (23) eine zweite Teilausnehmung aufweisen, die gemeinsam eine axiale Bohrung bilden, in der ein Stift (24) lose angeordnet ist, und daß zwischen der Stirnseite der schwimmenden Buchse (23) und der der Stirnseite gegenüberliegenden Wandfläche der Lagerschale (5) zur Ölschmierung der Kugellager (11, 12) kleine Spalte (26) vorgesehen sind.