DE3617402A1

DE3617402A1 - TURBOCHARGER WITH A TENSIONED BEARING

Info

Publication number: DE3617402A1
Application number: DE19863617402
Authority: DE
Inventors: James William Daphne Ala. Brogdon; Joe Albert Mobile Ala. McEachern jun.
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1986-12-04
Also published as: BR8602584A; NZ216321A; FR2582728A1; GB8612714D0; JPS6213732A; SE8602322D0; GB2175958A; GB2175958B; SE8602322L; IT8683622A0; IT1204246B; AU5786586A

Description

Turbocharger with a preloaded bearing

Die Erfindung bezieht sich generell auf Turbolader und insbesondere auf einen Turbolader mit einem vorgespannten, zusammengesetzten Lager.The invention relates generally to turbochargers and, more particularly, to a turbocharger having a prestressed composite bearings.

Es gibt eine große Anzahl von bekannten Turboladern mit einem Gehäuse, in welchem eine Welle drehbar gelagert ist. Eine Turbine ist am einen Ende der Welle befestigt, und ein Kompressor ist am anderen Ende der Welle angeordnet. Mehrteilige Lager, wie ein oder mehrere Kugellager, halten die Welle drehbar im Gehäuse.There are a large number of known turbochargers with a housing in which a shaft is rotatably supported is. A turbine is attached to one end of the shaft and a compressor is to the other end of the shaft arranged. Multi-part bearings, such as one or more ball bearings, keep the shaft rotatable in the housing.

Im Betrieb ist der Auslaß des Kompressors mit dem Einlaß einer Verbrennungskraftmaschine verbunden, deren Abgas mit dem Einlaß der Turbine in Verbindung steht. Im Betrieb des Motors treiben Abgasprodukte des Motors die Turbine an, die wiederum den Kompressor antreibt, der Frischluft ansaugt, diese komprimiert und die Druckluft dem Motor zuführt.In operation, the outlet of the compressor is connected to the inlet of an internal combustion engine, whose Exhaust gas communicates with the inlet of the turbine. When the engine is running, exhaust products from the engine drift the turbine, which in turn drives the compressor, which draws in fresh air, compresses it and the Compressed air supplies the motor.

Für effektiven Betrieb des Turboladers rotieren die Welle des Turboladers und damit auch die Turbine und der Kompressor notwendigerweise mit hoher Drehgeschwindigkeit. Jede Vibration oder jedes Spiel in den Lagern führt nicht nur zu außerordentlich hohem Lärm, sondern es führt auch zu einer raschen Verschlechterung der Lager und der zugeordneten Bauteile.For effective operation of the turbocharger, the shaft of the turbocharger and thus also the turbine and rotate the compressor necessarily rotates at high speed. Any vibration or play in the bearings not only leads to extremely high levels of noise, but it also leads to rapid deterioration of the bearings and the associated components.

Es ist jedoch eine Anzahl von Einrichtungen bekannt, durch welche die Lager vorgespannt werden, um das mechanische Spiel innerhalb der Lager klein zu halten. Die bekannten Einrichtungen sind aber kompliziert und komplex in der Konstruktion und befriedigen nicht ganz im Betrieb. Zudem belasten vorbekannte Einrichtungen die Lager mit ungleichen Vorspannungen, was zu ungleichmäßiger Abnutzung führt.However, a number of devices are known by which the bearings are preloaded in order to achieve the to keep mechanical play within the bearing small. The known facilities are complicated and complex in construction and not entirely satisfactory in operation. In addition, previously known facilities burden the Bearings with uneven preloads resulting in uneven wear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turboladerkonstruktion anzugeben, bei welcher die erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwundenThe invention is based on the object of specifying a turbocharger construction in which the overcome mentioned disadvantages of the prior art

werden.will.

Bei der Erfindung hat der Turbolader ein Hauptgehäuse mit einer Durchgangsbohrung und einem rohrförmigen Lagerträger, der koaxial in der Durchgangsbohrung angeordnet ist. Eine Welle erstreckt sich durch den Lagerträger, und die Turbine sitzt am einen Ende und der Kompressor am anderen Ende der. Welle.In the invention, the turbocharger has a main housing with a through hole and a tubular one Bearing carrier which is arranged coaxially in the through hole. A wave extends through the Bearing bracket, and the turbine sits on one end and the compressor on the other. Wave.

Zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Lager halten die Welle drehbar zum Lagerträger. Jedes Lager weist einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und drehbare Lagerelemente zwischen den Laufringen auf. Die inneren Laufringe des Lagers sind gegen axiale Bewegung relativ zur Welle durch ein inneres Abstandsrohr und zwei ringförmige Ölschleuderringe festgehalten. Die Ölschleuderringe sind mit der Welle so verbunden, daß sie an den äußeren axialen Enden der Innenlaufringe jedes Lagers anliegen.Two axially spaced bearings hold the shaft rotatably relative to the bearing bracket. Each Bearing has an inner race, an outer race, and rotatable bearing elements between the races on. The inner races of the bearing are against axial Movement relative to the shaft is held in place by an inner spacer tube and two ring-shaped oil slingers. the Oil slinger rings are connected to the shaft so that they are at the outer axial ends of the inner races of each bearing.

Ein erster und ein zweiter ringförmiger Abstandshalter sind koaxial um die Welle zwischen dem Lager angeordnet. Jeder Abstandshalter weist ein äußeres axiales Ende auf, welches am inneren axialen Ende des äußeren Laufringes jedes Lagers anliegt. Das innere axiale Ende des zweiten Abstandshalters liegt an einem sich radial nach innen erstreckenden Flansch des Lagerträgers an, so daß der zweite Abstandshalter zwischen dem Lagerträgerflansch und dem äußeren Laufring des benachbarten Lagers eingeschlossen ist. Eine Schraubendruckfeder im Zustand der Kompression wird dann um die Welle zwischen dem inneren axialen Ende des ersten Abstandshalters und dem sich radial nach innen erstreckenden Teil des Lagerträgers angeordnet.First and second annular spacers are coaxial about the shaft between the bearing arranged. Each spacer has an outer axial end which is at the inner axial end of the outer race of each bearing rests. The inner axial end of the second spacer rests on one radially inwardly extending flange of the bearing bracket, so that the second spacer between the bearing carrier flange and the outer race of the neighboring camp is included. A helical compression spring in the state of compression is then around the shaft between the inner axial end of the first spacer and the one extending radially inward arranged extending part of the bearing bracket.

Im Betrieb übt die Schraubendruckfeder eine nach auswärts gerichtete Kraft an einem Ende des ersten Abstandshalters und daher auf den äußeren Laufring des ersten Lagers aus. Diese Kraft wird dann auf das entgegengesetzte Ende der Schraubendruckfeder über die Welle, das zweite Lager, den zweiten AbstandshalterIn operation, the helical compression spring exerts an outward force on one end of the first Spacer and therefore on the outer race of the first bearing. This power is then applied to the opposite end of the helical compression spring over the shaft, the second bearing, the second spacer

zurück auf den Lagerträgerflansch übertragen. Daher ist die nach auswärts gerichtete Kraft durch die Druckfeder auf die äußeren Laufringe für beide Lager präzise einander gleich.transferred back to the bearing bracket flange. thats why the outward force exerted by the compression spring on the outer races for both bearings equal to each other.

Ein hauptsächlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Feder nicht nur das mechanische Spiel zwischen den Lagern beseitigt und so Vibrationen während des Betriebs des Turboladers vermeidet, sondern sich als einfache und wirksame Konstruktion erwiesen hat. Ferner ist die gesamte Einrichtung zum Spannen der Lager gänzlich zwischen den Lagern angeordnet, was zu einer kompakten und leichtgewichtigen Konstruktion führt.A main advantage of the invention is that the spring is not only the mechanical play eliminates between the bearings and thus avoids vibrations during the operation of the turbocharger, rather than simple and effective construction. Furthermore, the entire device is for tensioning the bearings placed entirely between the bearings, resulting in a compact and lightweight construction.

Bei den beiden in axialem Abstand voneinander angeordneten Lagern handelt es sich um Schulterkugellager oder allgemein um Lager, die einen axialen Schub zwischen dem radial inneren und äußeren Lagerelement (Laufring im Falle eines Schulterkugellagers) zu übertragen ermöglicht. Die Möglichkeit der Schubübertragung muß nur in einer Richtung bei jeweils einem Lager gegeben sein, wobei die beiden Lager symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Die Welle darf nur in den Schulterkugellagern gelagert sein, d.h. keine weitere axiale Abstützung erfahren. Wenn in einem solchen Fall künstlich ein axialer Schub erzeugt wird, dann wird dieser gleichmäßig von beiden Schulterkugellagern abgefangen, die dadurch gleichmäßig belastet werden und das Lagerspiel gleichmäßig klein halten.The two axially spaced bearings are shoulder ball bearings or in general about bearings that have an axial thrust between the radially inner and outer bearing element (race in Case of a shoulder ball bearing) allows to transfer. The possibility of thrust transmission must only be in one Direction be given in each case with a bearing, the two bearings are symmetrical to each other. The shaft may only be supported in the shoulder ball bearings, i.e. no further axial support. if in such a case an axial thrust is artificially generated, then this will be equal from both Shoulder ball bearings intercepted, which are thereby evenly loaded and the bearing play is evenly small keep.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:An embodiment of the invention is described with reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt in schematischer Darstellung und
Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit daraus.Fig. 1 is an axial longitudinal section in a schematic representation and
Fig. 2 shows an enlarged detail thereof.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Turboladers 10 gemäß Erfindung gezeigt, der ein Hauptgehäuse 12 und eine Welle 14 aufweist, die im Gehäuse in noch zu beschreibender Weise gelagert ist. Ein Kompressor 16 ist an einem Ende der Welle befestigt, während eine Turbine 18 am anderen Ende der Welle 14 sitzt. Der Kompressor 16 ist innerhalb eines Kompressorgehäuses 1 7 angeordnet, und in ähnlicher Weise ist die Turbine 18 in einem Turbinengehäuse 19 untergebracht.In Fig. 1, a preferred embodiment of the turbocharger 10 according to the invention is shown, which has a main housing 12 and a shaft 14 which is mounted in the housing in a manner to be described. A Compressor 16 is attached to one end of the shaft while a turbine 18 is attached to the other end of shaft 14 sits. The compressor 16 is arranged within a compressor housing 1 7, and in a similar manner is the Turbine 18 housed in a turbine housing 19.

Bei Drehung des Kompressors 16 saugt dieser Luft über den schematisch gezeigten Einlaß 20 an und gibt komprimierte Luft am Auslaß 22 an den Einlaß einer Verbrennungskraftmaschine 26 ab. Die Abgasleitung 28 der Verbrennungskraftmaschine 26 ist mit dem Einlaß 30 der Turbine 18 verbunden, und die Abgasleitung 32 der Turbine 18 öffnet sich in die freie Atmosphäre. In konventioneller Weise treibt das Abgas des Motors 26 die Turbine an, die wiederum den Kompressor 16 über die Welle 14 antreibt, so daß dieser komprimierte Luft an den Motor 26 abgibt.When the compressor 16 rotates, it sucks in air via the inlet 20 shown schematically and releases it compressed air at outlet 22 to the inlet of an internal combustion engine 26. The exhaust pipe 28 of the Internal combustion engine 26 is connected to the inlet 30 of the turbine 18, and the exhaust line 32 of the turbine 18 opens into the free atmosphere. In a conventional manner, the exhaust gas from the engine 26 drives the turbine, the in turn drives the compressor 16 via the shaft 14 so that it delivers compressed air to the motor 26.

Das Gehäuse weist eine Durchgangsbohrung 34 (Fig. 2) auf, die zur Welle 14 koaxial verläuft. Ein rohrförmiges Lagergehäuse 36 mit einem Flansch 38 am Ende ist in die Durchgangsbohrung 34 mit Preßsitz eingefügt, bis das Flanschende 38 gegen das Hauptgehäuse 12 zur Anlage kommt. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus Aluminium aus Gewichtgründen, während das Lagergehäuse 36 aus Gründen der Stabilität aus Stahl besteht.The housing has a through hole 34 (FIG. 2) which runs coaxially with the shaft 14. A tubular bearing housing 36 with a flange 38 at the end is inserted into the through hole 34 with a press fit, until the flange end 38 against the main housing 12 to Plant is coming. The housing 12 is preferably made of aluminum for weight reasons, while the bearing housing 36 is made of steel for reasons of stability.

Ein rohrförmig zylindrischer Lagerträger 40 mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 42 an einem Ende wird dann innerhalb des Lagergehäuses 36 so positioniert, daß die Flansche 38 und 42 flach aneinander liegen. Eine Sicherungsringanordnung 44 befestigt dasA tubular cylindrical bearing bracket 40 with an outwardly extending flange 42 on one End is then positioned within bearing housing 36 so that flanges 38 and 42 are flat against one another lie. A circlip assembly 44 secures the

Lagergehäuse 36 und den Lagerträger 40 aneinander und daher auch an das Gehäuse 12 gegenüber axialer Bewegung.Bearing housing 36 and the bearing carrier 40 against each other and therefore also against the housing 12 with respect to axial movement.

Ein erstes und ein zweites, in axialem Abstand voneinander angeordnetes Lager 48 , 50 hält die Turboladerwelle 14 drehbar an dem Lagerträger 40. Jedes Lager 48, 50 besteht vorzugsweise aus einem Kugellager mit einem Innenlaufring 58 bzw. 62 , der mit der Welle 14 verbunden ist, und einem Außenlaufring 74 bzw. 80, die gegen radiale Bewegung gegenüber dem Innenumfang 52 des Lagerträgers 40 gesichert sind. Wegen noch zu beschreibender Gründe ist jedoch eine geringe axiale Bewegung der Außenlaufringe der Lager 48 und 50 zugelassen, Die Lager 48 und 50 sind zusätzlich zwischen der Welle 14 und dem Lagerträger 40 nahe dessen Ende montiert.A first and a second, axially spaced apart bearings 48, 50 hold the turbocharger shaft 14 rotatable on the bearing bracket 40. Each bearing 48, 50 preferably consists of a ball bearing with an inner race 58 and 62, which is connected to the shaft 14, and an outer race 74 and 80, the are secured against radial movement with respect to the inner circumference 52 of the bearing bracket 40. Because of still to For descriptive reasons, however, a slight axial movement of the outer races of bearings 48 and 50 is permitted, The bearings 48 and 50 are additionally mounted between the shaft 14 and the bearing bracket 40 near the end thereof.

Ein rohrförmig zylindrischer Abstandhalter 54 (Fig. 2) ist koaxial zur Welle 14 zwischen den Lagern 48 und 50 angeordnet. Der Abstandshalter 54 ist so dimensioniert, daß das eine Ende 56 an einem inneren axialen Ende des inneren Laufringes 58 des ersten Lagers 48 anliegt. In ähnlicher Weise liegt das andere Ende des Abstandshalters 54 am inneren axialen Ende des Innenlauf rings 62 des zweiten Lagers 50 an. Ein erster Ölschleuderring 64 ist dann so an der Welle 14 befestigt, daß er am anderen axialen Ende der Innenlauffläche 58 des ersten Lagers anliegt, und in ähnlicher Weise ist ein zweiter Ölschleuderring 66 mit der Welle 14 so verbunden, daß er gegen das äußere axiale Ende des Innenlaufrings 62 des zweiten Lagers anliegt. Die Ölschleuderringe 64 und 66 sichern somit zusammen mit dem Abstandhalter 54 die Innenlaufringe 58 und 62 der Lager 48 bzw. 50 gegen axiale Verschiebung mit Bezug auf die Welle 14.A tubular cylindrical spacer 54 (Fig. 2) is coaxial with the shaft 14 between the bearings 48 and 50 arranged. The spacer 54 is dimensioned so that one end 56 at an inner axial end of the inner race 58 of the first bearing 48 rests. Similarly, the other end lies of the spacer 54 on the inner axial end of the inner race 62 of the second bearing 50. A first Oil slinger 64 is then attached to shaft 14 so that it is at the other axial end of inner running surface 58 of the first bearing rests, and in a similar manner a second oil slinger 66 with the shaft 14 is so connected that it rests against the outer axial end of the inner race 62 of the second bearing. the Oil slingers 64 and 66 thus secure the inner races 58 and 62 of the together with the spacer 54 Bearings 48 or 50 against axial displacement with respect to the shaft 14.

Eine erste ringförmige Abstandsbuchse 70 ist im Inneren des Lagerträgers 40 enthalten und besitzt ein axiales Ende 72, das am inneren axialen Ende des Laufrings 74 des ersten Lagers anliegt. In ähnlicher Weise ist eine zweite ringförmige Abstandsbuchse 76 im Inneren des Lagerträgers 40 enthalten und steht mitA first annular spacer sleeve 70 is contained inside the bearing bracket 40 and has a axial end 72 which bears against the inner axial end of the race 74 of the first bearing. In a similar way Way, a second annular spacer sleeve 76 is contained in the interior of the bearing bracket 40 and stands with

ihrem äußeren axialen Ende 78 in Anlage zum inneren axialen Ende der äußeren Lauffläche 80 des zweiten Lagers. Ein inneres axiales Ende 82 der Abstandsbuchse 76 liegt gegen ein sich radial nach innen erstreckendes Teil oder Flansch 84 des Lagerträgers 40 an.its outer axial end 78 in contact with the inner axial end of the outer running surface 80 of the second bearing. An inner axial end 82 of the spacer sleeve 76 lies against a radially inwardly extending part or Flange 84 of bearing bracket 40.

Eine Schraubendruckfeder 86 ist zwischen dem inneren axialen Ende 88 der Abstandsbuchse 70 und dem inneren axialen Ende des Flansches 84 des Lagerträgers gefügt. Die Druckfeder 86 ist vorgespannt, beispielsweise mit 227 Newton (50 englische Pfund).A helical compression spring 86 is between the inner axial end 88 of the spacer sleeve 70 and the inner axial end of the flange 84 of the bearing carrier joined. The compression spring 86 is biased, for example with 227 Newtons (50 pounds sterling).

Im Betrieb übt die Druckfeder 86 eine nach außen gerichtete axiale Kraft auf die Abstandsbuchse 70 aus, die wiederum eine nach außen gerichtete axiale Kraft auf den äußeren Laufring 74 des ersten Lagers ausübt. Diese nach auswärts gerichtete axiale Kraft wird über die Welle 14 auf das andere Lager 50 übertragen, so daß eine nach auswärts gerichtete axiale Kraft auf den äußeren Laufring 80 des zweiten Lagers ausgeübt wird. Diese nach auswärts gerichtete Kraft wird wiederum über die Abstandsbuchse 76 und den Lagerträgerflansch 84 auf das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 86 übertragen. Die nach auswärts gerichtete axiale Kraft auf die äußeren Laufringe 74 und 80 der Kugellager 48 bzw. 50 sind somit gleich, aber entgegengesetzt gerichtet.In operation, the compression spring 86 exerts an outwardly directed axial force on the spacer sleeve 70, which in turn exerts an outward axial force on the outer race 74 of the first bearing. These outwardly directed axial force is transmitted via the shaft 14 to the other bearing 50, so that one after outward axial force is applied to the outer race 80 of the second bearing. This outwards Directed force is in turn via the spacer sleeve 76 and the bearing support flange 84 on the opposite Transfer the end of the compression spring 86. The outward axial force on the outer races 74 and 80 of the ball bearings 48 and 50 are thus the same, but directed in opposite directions.

Aus Vorgehendem ist ersichtlich, daß ein hauptsächlicher Vorteil der Erfindung darin besteht, daß die Lager 48 und 50 durch die Feder 86 mit gleichen Beträgen, aber in unterschiedlichen Richtungen vorgespannt sind, so daß jedes mechanisches Spiel ausgeschlossen wird, das zwischen den Lagern 48 und 50 existieren könnte. Da ferner die nach auswärts gerichteten Kräfte auf die äußeren Laufringe der Lager gleich, aber entgegengesetzt sind, wird jede Abnutzung der Lager zwischen den Lagern 48 und 50 gleichmäßig verteilt.From the foregoing it can be seen that a main The advantage of the invention is that the bearings 48 and 50 by the spring 86 with the same amounts, but are biased in different directions, so that any mechanical play is excluded between camps 48 and 50 could exist. There are also the outward forces on the outer races If the bearings are equal but opposite, any wear on the bearings between bearings 48 and 50 will occur equally distributed.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Abstandsbuchsen zusammen mit den Schraubfedern gänzlich innerhalb der Lager 48 und 50 enthalten sind.Another advantage of the invention is that the spacer sleeves together with the coil springs wholly contained within bearings 48 and 50.

Daraus folgt nicht nur eine wirtschaftliche Konstruktion fur den Turbolader, diese ist auch kompakt.This not only results in an economical construction for the turbocharger, this is also compact.

- Leerseite - Blank page

Claims

Teledyne Industries, Inc.
1901 Avenue of the Stars
Los Angeles CA 90067, USA

Claims

Turbocharger with the following features:

a main housing (12) has a through hole (34); a tubular bearing bracket (36, 40) is coaxial within the through hole (34) arranged; a shaft (14) extends through the bearing bracket (36, 40) and has a turbine (18) at one end and a compressor (16) at the other end; two bearings (48, 50) hold the shaft (14) rotatable to Bearing carrier (36, 40), each bearing (48, 50) having an inner race (58, 62), an outer race (74, 80) and bearing elements enclosed between the races, and the bearings (48, 50) in an axial direction Distance from each other between the turbine (18) and the Compressor (16) are arranged;

a fastening device (54) secures the inner Races (58, 62) against axial movement relative to the shaft (14);

characterized by: means (70, 76, 86) is between the bearings (48, 50) contain and force the outer races of the bearings axially away from each other.

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon 06121-562943/561998 Telex 4186237 Telefax (GII) 06121-567209 Telegramme PatentconsultSonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone 06121-562943 / 561998 Telex 4186237 Fax (GII) 06121-567209 Telegrams Patentconsult

2. Turbocharger according to claim 1, characterized in that the bearing carrier (36, 40) an inwardly extending flange (84) and that the pretensioning device has the following parts having:

a first annular spacer (70) disposed around the shaft (14) and having an outer end in Has abutment on the inner axial end of the outer race (74) of the one bearing (48), a second annular spacer (76) disposed around the shaft (14) and having an outer end in Has abutment at the inner axial end of the outer race (80) of the other bearing (50), the second Spacer (76) an inner axial end (8 2) in abutment with an axial end of the flange (84), and means (86) for resiliently urging the first annular spacer (70) and the other axially End of the flange away from each other.

3. Turbocharger according to claim 2,

characterized in that the device for resilient Urging a compression spring (86) in the state of compression.

4. Turbocharger according to claim 1,

characterized in that a spacer tube is arranged around the shaft (14) so that opposite Ends of the tube (54) abut the inner axial ends of the inner races (58, 62), and that one Means (64, 66) is attached to the shaft (14) which is against the outer axial ends of the inner races (48, 62) is applied.

5. Turbocharger according to claim 4,

characterized in that the latter device has two annular oil slinger rings (64, 66), that the oil slingers are attached to the shaft (14) so that the oil slingers against the outer axial Make contact with the ends of each inner race.