WO2012107120A1 - Lagervorrichtung, insbesondere für eine welle eines turboladers, sowie ein turbolader mit einer solchen lagervorrichtung - Google Patents
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Definitions
- Bearing device in particular for a shaft of a turbocharger, and a
- the invention relates to a bearing device, in particular for a shaft of a turbocharger, which comprises two radial bearings and a bushing-shaped separating element for the spatial separation of the two bearings.
- the invention further relates to a turbocharger with such a bearing device.
- Such an assembly is used, inter alia, in engine construction.
- Such a storage device is disclosed in European Patent EP 03 95 825 B1.
- a separating element referred to as a spacer is described with a hollow cylindrical base body, on the outer circumferential surface projecting guide means are positioned for guiding the spacer within a bearing bore.
- a central outlet opening is additionally provided, through which an oil exits radially from the interior of the spacer.
- the bearing device is constructed from at least two radial bearings and a sleeve-shaped separating element, which separates the two bearings spatially from each other.
- a bearing device is provided, in particular, for a shaft of a turbocharger, wherein radial bearings are typically used as the bearing.
- the separating element of this assembly comprises a separating bush, which is designed in the manner of a cage with a plurality of circumferentially arranged and separated by struts breakthroughs. Due to the cage-like structure of the separating bush a significant reduction in material and as a result, a weight reduction of the separating element is achieved.
- the elongated openings and thus, in reverse consideration, the struts are also aligned substantially parallel to the central longitudinal axis of the shaft. In this way, for example, an increased load capacity against occurring axial forces is realized.
- a roller bearing and in particular a needle bearing cage is used as a separating bush.
- Such storage cages are produced in very large quantities and are available as standard mass-produced goods with suitable dimensions. Relevant embodiments are well known to the person skilled in the art and are described in detail in the Auslegeschriften DE 00 00 01 009 445 A, DE 00 00 01 022 431 A and DE 00 00 01 079 901 A, for example. According to a variant, it is provided to design the separating element in several parts, wherein a corresponding bearing cage is used as a separating bushing.
- the separating bush can then be supplemented for example by simple annular body to form a separating element, provided that only the axial extent of the separating bush is unsuitable for the intended purpose.
- this gives the advantages of lower manufacturing costs, easier installation and more favorable performance characteristics.
- the lower costs are achieved in particular by a common-part concept, ie by the use of the stock cage already in stock for other purposes, the production of which is also cost-optimized due to the mass production example as a stamped part.
- 1 is a sectional view of a turbocharger with a bearing device according to the prior art
- 2 is a side view of a rolling bearing cage according to the prior art
- Fig. 5 in a sectional view of the bearing device according to the invention without the turbocharger shaft.
- a bearing device 1 is exemplary used to guide a shaft 2 of an exhaust gas turbocharger 3.
- Such exhaust gas turbocharger 3 is shown in Fig. 1 with a bearing device 1 according to the prior art. Not shown here is the shaft 2, on each of which a turbine wheel 4 is fixed at the end.
- two radial sliding bearings 5 which are positioned in a receptacle 6 in the housing 7 of the exhaust gas turbocharger 3. Fixed in position, the two plain bearings 5 by means of an axially acting interference fit, which is formed by a respective end-side stop 8 on the one hand and a hollow cylindrical separating element 9 on the other.
- the separating element 9 is typically designed as a rotating part and thus relatively expensive in its production. Both for the sliding bearing 5 and for the separating element 9 centrally positioned and radially extending openings are provided which are effective as part of a lubricating oil flow path.
- the corresponding lubricating oil is introduced in a manner not shown by means of a feed pump via a hydraulic network under operating pressure in an antechamber 1 1 and passes from there via feed channels 12 to the openings 10.
- As leakage forms the lubricating oil thus supplied between the contact surface pairs of the two Slide bearing 5 and the shaft 2 from a lubricating film, which propagates to the separating element 9 and finally flows through the openings 10 in the same in a discharge chamber 13. From there, the lubricating oil returns to the hydraulic network.
- a separator 9 component is substituted.
- a needle bearing cage 14 which counteracts its intended function as Wälz stresses in the storage device acts as a separating element 9 for the spatial separation of two plain bearings 5. Due to the cage-like structure, the needle bearing cage 14 on the one hand on a low weight and on the other hand is resistant to mechanical stresses occurring. In addition, the breakthroughs that are part of the lubricating oil flow path provide improved lubricating oil flow.
- An example of such a needle bearing cage 14 is shown in FIGS. 2 and 3. This bush-shaped needle bearing cage 14 has six aligned parallel to its central longitudinal axis 15 openings 16 which are separated by approximately rod-shaped struts 17 from each other. Due to suitable dimensions, the needle bearing cage 14 completely replaces the separating element 9, so that the separating element 9 according to the invention does not comprise any further components in this exemplary embodiment.
- the hereby realized storage device 1 together with the immediate environment is outlined in Fig. 4 with the shaft 2 and in Fig. 5 without the shaft 2.
- an oil lubrication is provided, wherein both slide bearings 5 and the needle bearing cage 14 in the fully flooded with oil in the operating state recording 6 centrally and with radial play eino.
- As a feeder The function of the openings 10 in the separating element 9, however, take over the apertures 16 in the needle bearing cage 14. About this occurs between the contact surface pairs of shaft 2 and plain bearings 5 pressed and the needle bearing cage 14 vorgedrungee lubricating oil again ,
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (1), insbesondere für eine Welle (2) eines Turboladers (3), umfassend zwei radiale Lager (5) und ein buchsenförmiges Trennelement (9) zur räumlichen Trennung der beiden Lager (5), wobei das Trennelement (9) eine Trennbuchse umfasst, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von umfangseitig angeordneten und durch Streben (17) voneinander getrennten Durchbrüchen (16) ausgebildet ist.
Description
Bezeichnung der Erfindung
Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, sowie ein
Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, welche zwei radiale Lager und ein buchsenförmiges Trennelement zur räumlichen Trennung der beiden Lager umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung.
Verwendung findet eine derartige Baugruppe unter anderem im Motorenbau. Hier liegt beispielsweise die Turbinenwelle eines Abgasturboladers in einer entsprechenden Lagervorrichtung ein.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Lagervorrichtung ist in der europäischen Patentschrift EP 03 95 825 B1 offenbart. Darin wird ein als Abstandhalter bezeichnetes Trennelement beschrieben mit einem hohlzylinderförmigen Grundkörper, an dessen Außenmantelfläche vorspringende Führungseinrichtungen positioniert sind zum Führen des Abstandhalters innerhalb einer Lagerbohrung. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zudem eine zentrale Auslassöffnung vorgesehen, durch die ein Öl aus dem Inneren des Abstandhalters radial austritt. Das Ölaufnahme- vermögen ist hierbei jedoch recht gering und die Herstellung eines solchen Abstandhalters ist aufgrund der üblichen Ausgestaltung als Drehteil verhältnismäßig kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und kostengünstiger herzustellende Lagervorrichtung anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Lagervorrichtung ist aufgebaut aus zumindest zwei radialen Lagern und einem buchsenförmigen Trennelement, welches die beiden Lager räumlich voneinander trennt. Vorgesehen ist eine derartige Lagervorrichtung insbesondere für eine Welle eines Turboladers, wobei als Lager typischerweise radiale Gleitlager zum Einsatz kommen. Das Trennelement dieser Baugruppe umfasst eine Trennbuchse, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von um- fangsseitig angeordneten und durch Streben voneinander getrennten Durchbrüchen ausgebildet ist. Aufgrund der käfigartigen Struktur der Trennbuchse wird eine deutliche Materialreduzierung und infolge dessen auch eine Gewichtsreduzierung des Trennelements erreicht. Während die Materialreduzierung mit einer Verringerung der Herstellungskosten einhergeht, bewirkt die Ge- wichtsreduzierung beim Einsatz der Lagervorrichtung zum Beispiel in einem Fahrzeug nicht zuletzt einen geringeren Treibstoffverbrauch. Ist zudem eine Ölschmierung und insbesondere eine schwimmende Lagerung für die Vorrichtung vorgesehen, so wird durch die entsprechenden Durchbrüche die Effektivität der Schmierung verbessert, da die Durchbrüche je nach Betriebszustand entweder als Taschen zur Zwischenspeicherung von Öl dienen oder als vergrößerte Öffnungen in einem Schmierölströmungspfad wirken.
Vorzugsweise weist das Trennelement dabei einen größeren Innendurchmesser als die beiden Lager auf. Da für das Trennelement in Bezug auf die Welle keine lagernde Funktion vorgesehen ist, werden hierdurch sowohl Gewicht als auch Material weiter reduziert. Der damit geschaffene Raum zwischen dem Trennelement und der Welle wird zudem beispielsweise als weiterer Schmierölzwischenspeicher genutzt.
Weiter ist es von Vorteil, die Gestaltung der Durchbrüche an den jeweiligen Verwendungszweck für die Lagervorrichtung anzupassen. Daher sind die Durchbrüche zum Beispiel in Anlehnung an die üblicherweise gestreckte Form des Trennelements bevorzugt stabförmig ausgestaltet. In diesem Zusammenhang ist dabei für die Durchbrüche in Richtung der Mittellängsachse der Welle eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, größerer Ausdehnung vorgesehen, als senkrecht dazu.
In vorteilhafter Weiterbildung sind die gestreckten Durchbrüche und damit, bei umgekehrter Betrachtung, die Streben zudem im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse der Welle ausgerichtet. Auf diese Weise ist zum Beispiel eine erhöhte Belastbarkeit gegenüber auftretenden axialen Kräften realisiert.
Darüber hinaus übersteigt die Anzahl der ausgebildeten Durchbrüche beispielsweise den Wert 3 und vorzugsweise den Wert 5. Angestrebt wird dabei stets ein, für den jeweiligen Einzelfall, möglichst guter Kompromiss zwischen Gewichtsersparnis und Belastbarkeit, welcher eine lange Haltbarkeit der Lager- Vorrichtung gewährleistet.
Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entsprechend kommt als Trennbuchse ein Wälzlager- und insbesondere ein Nadellagerkäfig zum Einsatz. Derartige Lagerkäfige werden in sehr großen Stückzahlen produziert und liegen als handelsübliche Massenware auch mit geeigneten Abmessungen vor. Diesbezügliche Ausführungen sind dem zuständigen Fachmann wohl bekannt und beispielsweise in den Auslegeschriften DE 00 00 01 009 445 A, DE 00 00 01 022 431 A und DE 00 00 01 079 901 A detailliert beschrieben.
Gemäß einer Variante ist es vorgesehen, das Trennelement mehrteilig auszugestalten, wobei als Trennbuchse ein entsprechender Lagerkäfig verwendet wird. Die Trennbuchse kann dann beispielsweise durch einfache Ringkörper zu einem Trennelement ergänzt werden, sofern lediglich die axiale Ausdehnung der Trennbuchse für den Anwendungszweck ungeeignet ist. Bevorzugt wird jedoch eine einteilige Gestaltung des Trennelements, bei der allein die Trennbuchse und insbesondere ein Lagerkäfig als Trennelement fungiert. Insgesamt sind hierdurch die Vorteile geringere Herstellungskosten, einfachere Montage und günstigere Gebrauchseigenschaften gegeben. Dabei werden die geringeren Kosten insbesondere durch ein Gleichteilekonzept erreicht, d.h. durch die Verwendung des bereits für andere Zwecke vorrätigen Lagerkäfigs, dessen Herstellung aufgrund der Massenfertigung beispielsweise als Stanzteil zudem kostenoptimiert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die beiden Lager und das Trennelement mit Hilfe eines axialen Presssitzes in ihrer Position fixiert. Infolge dessen ist es beispielsweise möglich, für diese Bauteile umfangsseitig einen Freiraum vorzusehen, der durch ein Schmieröl ausgefüllt ist. Aufgrund der Durchbrüche im Trennelement kann dieses Öl dann als Leckage die beiden Wellen-Lager- Kontaktflächenpaare benetzen. Hierdurch wird dann eine so genannte schwimmende Lagerung realisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Schnittdarstellung einen Turbolader mit einer Lagervorrichtung gemäß Stand der Technik,
Fig. 2 in einer Seitenansicht einen Wälzlagerkäfig gemäß Stand der Technik,
Fig. 3 den Querschnitt III-III in Fig. 2 des Wälzlagerkäfigs gemäß Stand der
Technik und
Fig. 4 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung mitsamt einer gelagerten Turboladerwelle und
Fig. 5 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung ohne die Turboladerwelle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel dient eine Lagervorrichtung 1 exemplarisch zur Führung einer Welle 2 eines Abgasturboladers 3. Ein solcher Abgasturbolader 3 ist in Fig. 1 mit einer Lagervorrichtung 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Darin nicht mit abgebildet ist die Welle 2, an welcher jeweils endseitig ein Turbinenrad 4 fixiert ist.
Als Führung für die Welle 2 wirken zwei radiale Gleitlager 5, welche in einer Aufnahme 6 im Gehäuse 7 des Abgasturboladers 3 positioniert sind. In ihrer Position fixiert sind die beiden Gleitlager 5 mit Hilfe eines axial wirkenden Presssitzes, der durch jeweils einen endseitigen Anschlag 8 einerseits und ein hohlzylinderförmiges Trennelement 9 andererseits gebildet ist. Das Trennelement 9 ist dabei typischerweise als Drehteil ausgestaltet und somit relativ kostenintensiv in seiner Herstellung. Sowohl für die Gleitlager 5 als auch für das Trennelement 9 sind zentral positionierte und radial verlaufende Öffnungen vorgesehen, die als Bestandteil eines Schmieröl-Strömungspfades wirksam sind.
Das entsprechende Schmieröl wird in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer Förderpumpe über ein Hydrauliknetzwerk unter Betriebsdruck in eine Vorkammer 1 1 eingeleitet und gelangt von dort über Zuführkanäle 12 zu den Öffnungen 10. Als Leckage bildet das so zugeführte Schmieröl zwischen den Kon- taktflächenpaaren der beiden Gleitlager 5 und der Welle 2 einen Schmierfilm aus, der sich zum Trennelement 9 hin ausbreitet und schließlich über die Öffnungen 10 in selbigem in eine Abflusskammer 13 abfließt. Von dort gelangt das Schmieröl zurück ins Hydrauliknetzwerk. Zur Verbesserung der bekannten Lagervorrichtung wird das als Trennelement 9 genutzte Bauteil substituiert. Ersetzt wird dieses im Ausführungsbeispiel durch einen Nadellagerkäfig 14, welcher entgegen seiner angedachten Funktion als Wälzkörperträger in der Lagervorrichtung als Trennelement 9 zur räumlichen Trennung zweier Gleitlager 5 wirkt. Aufgrund der käfigartigen Struktur weist der Nadellagerkäfig 14 einerseits ein geringes Gewicht auf und ist andererseits widerstandsfähig gegen auftretende mechanische Belastungen. Zudem bewirken die Durchbrüche, die Teil des Schmieröl-Strömungspfades sind, einen verbesserten Schmieröldurchsatz. In Fig. 2 und Fig. 3 ist exemplarisch ein solcher Nadellagerkäfig 14 dargestellt. Dieser buchsenförmige Nadellagerkäfig 14 weist sechs parallel zu seiner Mittellängsachse 15 ausgerichtete Durchbrüche 16 auf, die durch näherungsweise stabförmige Streben 17 voneinander getrennt sind. Aufgrund geeigneter Abmessungen ersetzt der Nadellagerkäfig 14 das Trennelement 9 vollständig, so dass das erfindungsgemäße Trennelement 9 in diesem Ausführungsbeispiel keine weiteren Bauteile umfasst.
Die hiermit realisierte Lagervorrichtung 1 samt unmittelbarem Umfeld ist in Fig. 4 mit der Welle 2 und in Fig. 5 ohne die Welle 2 skizziert. Für diese erfindungs- gemäße Lagervorrichtung ist, wie im Falle der Ausführung nach dem Stand der Technik aus Fig. 1 , eine Ölschmierung vorgesehen, wobei beide Gleitlager 5 und der Nadellagerkäfig 14 in der im Betriebszustand vollständig mit Schmieröl gefluteten Aufnahme 6 mittig und mit radialem Spiel einliegen. Als Zuführung
für das Schmieröl fungieren dabei auch hier die Zuführkanäle 12. Die Funktion der Öffnungen 10 im Trennelement 9 übernehmen allerdings beim Nadellagerkäfig 14 die Durchbrüche 16. Über diese tritt das zwischen die Kontaktflächenpaare von Welle 2 und Gleitlagern 5 eingepresste und zum Nadellagerkäfig 14 vorgedrungene Schmieröl wieder aus.
Liste der Bezugszahd Lagervorrichtung
Welle
Abgasturbolader
Turbinenrad
Gleitlager
Aufnahme
Gehäuse
Anschlag
Trennelement
Öffnung
Vorkammer
Zuführkanal
Abflusskammer
Nadellagerkäfig
Mittellängsachse
Durchbruch
Strebe
Claims
Lagervorrichtung (1), insbesondere für eine Welle (2) eines Turboladers (3), umfassend zwei radiale Lager (5) und ein buchsenförmiges Trennelement (9) zur räumlichen Trennung der beiden Lager (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) eine Trennbuchse umfasst, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von umfangseitig angeordneten und durch Streben (17) voneinander getrennten Durchbrüchen (16) ausgebildet ist.
Lagervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) einen größeren Innendurchmesser als die beiden Lager (5) aufweist.
Lagervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (16) im Wesentlichen stabförmig gestaltet sind.
Lagervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Durchbrüche (16) in Richtung der Mitte I- längsachse (15) der Welle (2) eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, größere Ausdehnung vorgesehen ist, als senkrecht dazu.
Lagervorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (16) im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse (15) ausgerichtet sind.
Lagervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 3 Durchbrüche (16) vorgesehen sind.
Lagervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennbuchse ein Wälzlager- und insbesondere ein Nadellagerkäfig (14) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9) einteilig ausgestaltet ist.
Lagervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lager (5) und das Trennelement (9) mit Hilfe eines axialen Presssitzes in ihrer Position fixiert sind.
10. Turbolader (3) umfassend eine Lagervorrichtung (1 ) nach einem vorherigen Ansprüche.
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