WO2012139830A1 - Lagereinheit für einen turbolader - Google Patents

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WO2012139830A1
WO2012139830A1 PCT/EP2012/054201 EP2012054201W WO2012139830A1 WO 2012139830 A1 WO2012139830 A1 WO 2012139830A1 EP 2012054201 W EP2012054201 W EP 2012054201W WO 2012139830 A1 WO2012139830 A1 WO 2012139830A1
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bearing
ring
cartridge
oil
housing
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PCT/EP2012/054201
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Heiko Schmidt
Kurt Kirsten
Peter Solfrank
Christopher Mitchell
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a bearing unit for a turbocharger, comprising a bearing housing extending in an axial direction, and a bearing cartridge disposed within the bearing housing, wherein a space with a vibration-damping oil film is formed between the outer circumference of the bearing cartridge and the bearing housing the bearing housing has a supply bore formed for supplying oil to the oil film.
  • the invention relates to a bearing unit for a turbocharger, comprising a bearing housing extending in an axial direction, and a bearing cartridge disposed within the bearing housing with a bearing outer ring and a support ring, wherein between the outer circumference of the bearing outer ring and the support ring, a space with a vibration-damping oil film is formed, and wherein the bearing housing has a trained for oil supply to the oil film supply bore.
  • a turbocharger usually serves to increase the power of internal combustion engines through the use of exhaust gas energy.
  • the turbocharger exists for this purpose from a compressor and a turbine, which are connected to each other via a shaft mounted within a bearing housing shaft.
  • the turbine is rotated by an exhaust gas flow and drives the compressor via the shaft, which sucks and compresses air.
  • the compressed air is conducted into the engine, whereby a large amount of air enters the cylinders due to the increased pressure during the intake stroke.
  • the oxygen content required for the combustion of fuel increases accordingly, so that more oxygen enters the combustion chamber of the engine at each intake stroke.
  • the shaft rotates at high engine speed as the engine speed increases. Due to the high rotational speed, oscillations caused by the rotation of the shaft can be transmitted to the bearing and its individual components, for example.
  • storage units are used, which can dampen the oscillations occurring by a so-called quenching oil film.
  • the bearing device comprises a bearing cartridge with a bearing designed as a ball bearing.
  • the bearing is received in a bush, which in turn is positioned in a bearing housing.
  • recesses are introduced, which together form a bore.
  • To the position n ist of the socket within the bearing housing is designed as a pin securing element is provided which is loosely inserted into the recesses or the bore.
  • bearing unit for a turbocharger comprising a bearing housing extending in an axial direction, and disposed within the bearing housing bearing cartridge, wherein between the Au LOPN the bearing cartridge and the bearing housing, a gap is formed with an oil film, and wherein the bearing housing has a supply bore formed for supplying oil to the oil film.
  • the bearing cartridge comprises a rolling bearing whose outer cartridge ring is freely rotatably mounted in the oil film.
  • the frictional torque caused by the friction during the rotation of a shaft during operation of a turbocharger is transmitted to the outer cartridge ring, which is supported on the bearing housing via the securing elements or the anti-rotation device.
  • the anti-rotation thus transmits the so-called structure-borne noise, which has a negative effect on the components of the bearing assembly.
  • the invention recognizes that the waiver of an anti-rotation or locking elements can basically offer a way to prevent the transmission of torque or structure-borne noise to the bearing housing.
  • an unsecured bearing cartridge or an unsecured outer cartridge ring acts like a sliding bearing in which a high friction torque occurs between the individual components.
  • the friction torque is correspondingly transmitted from the shaft to the outer cartridge ring and from there to the bearing housing, so that in this case the required self-centering of the bearing cartridge within the bearing housing can not be guaranteed.
  • the invention finally recognizes that this problem can be solved surprisingly easily then when the bearing cartridge comprises a roller bearing whose outer cartridge ring is freely rotatably mounted in the oil film.
  • the outer cartridge ring is supported by the oil film on the housing, so that it is possible to dispense with the use of an anti-twist device.
  • a roller bearing With an outer cartridge ring mounted in the oil film, a lock-free bearing of the bearing cartridge or of the outer cartridge ring becomes possible.
  • the oil film serves to support the outer cartridge ring and absorbs the torque transmitted by the shaft to the outer cartridge ring. The vibrations of the outer cartridge ring are thus damped by the oil film, so that no contact with the bearing housing is to be feared. A corresponding contact-related wear of the individual bearing components can be excluded at this point.
  • the lock-free or anti-rotation bearing of the outer cartridge ring in the oil film is thus made possible by the combination of a rolling bearing with the vibration-damping oil film.
  • the torque transferred to a rolling bearing is absorbed by the oil film and transmission of the torque to the bearing housing can be suppressed.
  • the self-centering can be maintained and a contact between the individual bearing components can be prevented.
  • the outer cartridge ring is positioned by the freely rotatable mounting in the oil film, so by the support on the bearing housing on the vibration damping oil film, even with the absence of a separate anti-rotation so that a safe function of the turbocharger is guaranteed.
  • the oil film in which the outer bearing ring is rotatably mounted depending on the configuration of the bearing assembly, a corresponding thickness, or the gap with the oil film the required width.
  • the size of the respective components as well as the dimensions of the intermediate space for the oil film have to be considered.
  • the density and the viscosity of the oil must be taken into account.
  • the rolling bearing is used in particular the safe storage of the shaft, wherein it receives the radial and axial forces and at the same time the rotation the wave allows.
  • a rolling bearing generally consists of two bearing rings with integrated raceways. Between the bearing rings rolling elements are arranged, which roll on the raceways.
  • rolling elements of common bearing types for example, balls, cylindrical rollers, needle rollers or tapered rollers can be used depending on the requirement.
  • a rolling cage leading cage or, for example, a vollkugelige variant without cage possible.
  • Both the inner and the outer bearing ring can be made in one or more parts.
  • the rolling bearing is present part of the bearing cartridge.
  • the bearing cartridge may, for example, additionally or alternatively to the rolling bearing comprise a support ring, in which the rolling bearing is arranged with the outer cartridge ring. This makes it possible to flexibly design the bearing cartridge according to the respective requirement and pre-assemble it, for example, according to customer requirements.
  • the outer cartridge ring may in this case be designed, for example, as a bearing outer ring or as a carrier ring.
  • the bearing cartridge may comprise both a bearing outer ring and an outer cartridge ring designed as a carrier ring.
  • an oil film is additionally formed between the outer circumference of the bearing outer ring and the inner circumference of the carrier ring.
  • both the bearing outer ring and the support ring can be freely rotatably mounted in the oil film.
  • the bearing housing, in which the bearing cartridge is arranged can be made of different materials. Due to the high loads during operation of a turbocharger, temperature-resistant and corrosion-resistant metallic materials are particularly suitable here.
  • the bearing housing is formed in particular with a receiving bore for the bearing, wherein the inner diameter of the receiving bore is slightly larger than the outer diameter of the bearing cartridge.
  • the gap and formed in this oil film between the bearing cartridge and the bearing housing are determined by the dimensions of the receiving bore and the outer cartridge ring accordingly.
  • the supply bore in the bearing housing serves to supply oil to the intermediate space. Oil is forced out of the engine oil circuit into the space between the inner circumference of the bearing housing and the outer circumference of the bearing cartridge via the supply bore so that the oil film required for locking-free mounting of the outer cartridge ring in the bearing housing is made possible.
  • the number of supply bores is basically not limited. Preferably, a plurality of supply bores are accordingly formed in the bearing housing, which are available for supplying the oil film.
  • the supply holes are expediently introduced with a sufficient axial distance from each other in the bearing housing, so that a uniform distribution of the oil over the entire circumference of the outer cartridge ring is ensured.
  • the diameter of the supply bore is expediently adapted to the oil pressure and the amount of oil needed to form the oil film.
  • the amount of oil here depends in particular on the size of the intermediate space, which in turn is predetermined by the ratio between the outer diameter of the bearing cartridge and the inner diameter of the bearing housing.
  • the length of the supply bore is suitably adapted to the dimensions of the bearing housing.
  • the supply hole can be aligned within the bearing housing either vertically to the bearing housing axis or inclined relative to the bearing housing axis.
  • the supply bore is connected with a so-called pressure distribution chamber.
  • the pressure distribution chamber serves as a reservoir and can be supplied with oil via the supply bore, so that the oil is pressed from the pressure distribution chamber into the intermediate space on the outer circumference of the outer cartridge ring.
  • the supply bore is communicatively connected to a groove surrounding the bearing cartridge in the circumferential direction. The oil which is forced through the supply bore into the bearing housing can thus be distributed from the groove both in the axial direction and over the circumference of the bearing cartridge in such a way that forms a uniform oil film between the bearing cartridge and the inner wall of the bearing housing. As a result, the safe and contact-free storage of the outer cartridge ring is made possible.
  • a plurality of grooves may be formed on the bearing cartridge, which are communicatively connected to a plurality of supply holes in the bearing housing, so that the supply of the oil film can take place simultaneously in several places.
  • the outer cartridge ring comprises a plurality of holes for oil drainage.
  • the holes extend in the installed state of the outer cartridge ring expediently radially outward and allow the oil drain from the bearing even with a rotating outer cartridge ring. Through a plurality of holes irrespective of the position of the outer cartridge ring flooding of the bearing can be excluded.
  • the number and the oil drain holes are variable depending on the axial length of the outer cartridge ring.
  • the outer cartridge ring is designed in two parts, wherein the two partial rings of the outer cartridge ring are axially spaced apart. A two-part design allows for easy production of the partial rings and reduces the assembly costs of the storage unit. Furthermore, both the cost and the transport costs can be reduced.
  • the axial spacing can be achieved, for example, by means of a spring element positioned between the two partial rings.
  • the spring element presses apart the two partial rings and holds them so resiliently in the intended position.
  • the axial spacing of the partial rings relative to one another is given in particular by the prestressing of the spring element.
  • the spring element may be formed, for example, as a metallic spiral spring.
  • the outer cartridge ring within the bearing cartridge is floating, so axially displaceable stored.
  • the outer cartridge ring within the bearing cartridge has a certain axial play.
  • a shaft can move in a floating mounting of the outer cartridge ring, for example, the axial clearance relative to the bearing housing.
  • the axial clearance is determined in this case as a function of the required guidance accuracy so that the bearings are not axially braced even under unfavorable thermal conditions.
  • deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, spherical roller bearings are conceivable as suitable bearing types for the floating arrangement. It is true that even with a certain desired axial play, of course, a secure storage of the outer cartridge ring in the field of play must be ensured.
  • At least one securing element is included for the axial securing of the outer cartridge ring.
  • the securing element serves as an axial end stop and thus prevents undesired axial slippage of the outer cartridge ring within the bearing housing.
  • the securing element may have different shapes and sizes and be either fixed to the housing connected to the bearing housing or positioned in formed within the bearing housing bores. It can, for example, example be formed as a backup plate, which is fixed to the housing on the front side of the bearing housing.
  • bolts, pins or pins can be used as a securing element, which are formed for example with a portion for engagement in a recess or a bore within the bearing housing.
  • snap rings or piston rings can be used as security elements.
  • These snap rings or piston rings may be positioned, for example, in grooves within the bearing housing. Depending on the design of the outer cartridge ring, the grooves may be introduced either in the bearing outer ring, in the carrier ring or in both.
  • the outer cartridge ring comprises a spray oil hole for lubricant application of the bearing.
  • the oil is in this case pressed by the grooves surrounding the bearing cartridge in the circumferential direction in the bearing interior of the bearing and can be used there, for example, for lubrication and cooling of the bearing components there.
  • the outer cartridge ring is formed as a bearing outer ring.
  • the bearing outer ring preferably has a rolling body raceway on the inner circumference.
  • the oil film is then formed between the outer periphery of the bearing outer ring and the inner periphery of the bearing housing.
  • the bearing cartridge comprises a support ring with a bore communicating with the injection oil bore communicating with the groove surrounding the outer cartridge ring on its outer circumference.
  • the bore is conveniently connected to the supply bore within the bearing housing, thus allowing the metering of oil from the engine oil circuit right up to the spray oil hole. Through the hole in the support ring so also in its use for a formation of the oil film in the space and a sufficient bearing lubrication and cooling of the bearing components is guaranteed.
  • an oil film between the outer circumference of the bearing outer ring and the inner circumference of the support ring and an oil film between the outer periphery of the support ring and the inner circumference of the bearing housing may be formed so that the carrier ring is freely rotatable in the bearing housing and the bearing outer ring is freely rotatably positioned within the carrier ring.
  • the gaps and thus the oil films are suitably matched in thickness in this case.
  • an additional groove may be provided in the support ring, which is respectively connected to the bore. About this groove can also form an oil film between the support ring and the bearing housing.
  • the groove preferably circumscribes the carrier ring in the circumferential direction, so that the oil, which is pressed through the supply bore into the bearing housing, can be distributed from the groove both in the axial direction and over the circumference of the carrier ring. In this way, even when using a carrier ring, a uniform oil film between this and the inner wall of the bearing housing can be ensured.
  • the bearing housing comprises an oil drain hole. This oil drain hole may communicate with an oil drain groove formed on the outer circumference of the outer cartridge ring, so that the oil supplied to the gap through the supply hole can flow off continuously.
  • bearing assembly may be included, which allow the use of a rolling bearing without an additional anti-rotation.
  • the shaft to be supported comprises a rolling body raceway for guiding the rolling elements.
  • the shaft itself assumes the function of the bearing inner ring of the bearing, so that to dispense with the use of separately mounted bearing inner rings and the cost and assembly costs in the manufacture of can be reduced.
  • a second object of the invention is achieved by a bearing unit for a turbocharger, comprising a bearing housing extending in an axial direction, and a bearing cartridge disposed within the bearing housing with a bearing outer ring and a support ring, wherein between the outer circumference of the bearing outer ring and the support ring, a gap is formed with a vibration-damping oil film, and wherein the bearing housing has a supply bore formed for supplying oil to the oil film.
  • the bearing cartridge comprises a roller bearing whose bearing outer ring is freely rotatably mounted in the oil film. In other words, even in such a configuration, the outer bearing ring is supported on the bearing housing by the oil film.
  • the carrier ring can be rotationally fixed or freely rotatably positioned in the bearing housing.
  • the support ring may be fixed, for example non-positively or positively in the bearing housing.
  • the gap for locking-free storage of the outer cartridge ring is formed in a vibration-damping oil film corresponding between the inner circumference of the support ring and the outer periphery of the bearing outer ring of the rolling bearing.
  • the bearing unit additionally has a gap with a vibration-damping oil film between the carrier ring and the bearing housing, in which the carrier ring can be freely rotatably mounted.
  • the intermediate spaces between the individual components of the bearing unit and thus also the thickness of the oil films are preferably matched to one another. Further advantageous embodiments can be found in the directed to the first storage unit subclaims, which can be analogously transmitted to the second storage unit.
  • FIG. 1 shows a bearing unit for a turbocharger with a floating bearing outer ring in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows a further bearing unit for a turbocharger with a floating bearing outer ring and a carrier ring in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows a further bearing unit for a turbocharger with a floating bearing outer ring and a support ring in a longitudinal section
  • Fig. 6 the bearing unit of FIG. 5 in a plan view
  • FIG. 7 shows a further bearing unit for a turbocharger with a floating bearing outer ring in a longitudinal section, 8, the storage unit according to FIG. 7 in a plan view,
  • FIG. 9 shows a further bearing unit for a turbocharger with a floating bearing outer ring and a support ring in a longitudinal section
  • FIG. 10 the storage unit according to FIG. 9 in a plan view.
  • the bearing unit 1 shows a bearing unit 1 for a turbocharger in a longitudinal section.
  • the bearing unit 1 comprises a bearing cartridge 3, which is arranged in an axially réellere- ckenden metallic bearing housing 5.
  • a rolling bearing 7 is positioned in this.
  • the bearing 7 is formed with a designed as a bearing outer ring outer cartridge ring 9 and a bearing inner ring 1 1.
  • the inner bearing ring 1 1 is made in two parts and arranged in the installed state on a shaft, which is not shown here.
  • As rolling elements 15 1 1 balls are inserted between the bearing rings 9, wherein in the present case no cage is provided.
  • a gap 17 is formed with an oil film 19.
  • the intermediate space 17 or the oil film 19 is supplied in the installed state via two supply holes 21, 23 with oil.
  • both supply holes 21, 23 communicating with the bearing outer ring 9 on its outer circumference circumferential grooves 25, 27 communicating.
  • the oil can be distributed both in the axial direction and over the circumference of the bearing cartridge 3 in such a way that a uniform oil film 19 forms in the intermediate space 17 between the bearing cartridge 3 and the inner wall of the bearing housing 5.
  • the gap 17 is formed so wide that the oil film 19 allows a sufficient thickness for vibration isolation between the outer cartridge ring 9 and the bearing housing 5. Overall, a lower friction torque is transmitted by the use of the rolling bearing 7 than in a plain bearing, so that it can be dispensed with a separate anti-rotation.
  • the outer bearing ring 9 is provided on its outer circumference with an oil drain groove 29, via which the oil of the oil film 19 can drain.
  • the oil drain groove 29 communicates with an oil drain hole 31 whose diameter is dimensioned such that trouble-free oil drainage is ensured. In this way, a consistent oil film 19 can be ensured.
  • the oil also flows in the axial direction outside between the bearing outer ring 9 and the Lagergepatiu- se 5.
  • the oil is pressed by the grooves 25, 27 in the bearing outer ring 9 via two spray oil holes 33, 35 in the bearing interior 37 and is available for lubrication and cooling of the bearing components.
  • the axial securing of the bearing outer ring 9 is realized in this case by the plant of its end faces on each housing-fixed counter surfaces.
  • a housing-fixed locking plate 39 is arranged on the end face of the bearing housing 5.
  • the outer bearing ring 9 has axial play and can rotate within the bearing housing 5 when the friction torque of the roller bearing drives it during operation. Occurs in the installed state, an axial force on the shaft, so the outer bearing ring 9 is supported depending on the axial force in the axial direction of the locking plate 39 and the bearing housing 5 from.
  • FIG. 2 shows the storage unit 1 according to FIG. 1 in a plan view.
  • FIG. 3 shows a further bearing unit 61 for a turbocharger in a longitudinal section.
  • the bearing unit 61 comprises a bearing cartridge 63, which is arranged in an axially extending metallic bearing housing 65.
  • a rolling bearing 67 is positioned in this.
  • the bearing 67 is formed with a designed as a bearing outer ring outer cartridge ring 69 and a bearing inner ring 71, wherein as a rolling element 72 between the bearing rings 69, 71 balls are used.
  • the balls are guided in a cage 73.
  • the inner bearing ring 71 is made in one piece and arranged in the installed state on a shaft. The shaft is not shown here.
  • the bearing cartridge 63 comprises a carrier ring 75.
  • the carrier ring 75 is arranged inside the bearing housing 65 fixed to the housing.
  • the bearing 67 is arranged inside the carrier ring 75, so that the space 77 provided for locking-free mounting of the bearing outer ring 69 with the oil film 79 in the present case is formed between the inner circumference of the carrier ring 75 and the outer circumference of the bearing outer ring 69.
  • the outer bearing ring 69 is thus floating within the bearing cartridge 63 without the use of security elements.
  • the intermediate space 77 or the oil film 79 is also supplied with oil via two supply bores 81, 83 in the bearing housing 65, as shown in FIG.
  • the supply bores 81, 83 are in each case connected to grooves 85, 87 introduced in the carrier ring 75.
  • the grooves 85, 87 respectively open into bores 89, 91, which are introduced into the inner circumference of the carrier ring 75 in these.
  • the bores 89, 91 in turn lead into the grooves 93, 95 surrounding the outer circumference of the bearing outer ring 69. This ensures that the intermediate space 77 is exposed to oil and thus the floating bearing of the bearing outer ring 69.
  • grooves 93, 95 are connected in the bearing outer ring with two spray oil holes 97, 99, so that the oil is pressed from the grooves 93, 95 in the bearing interior 101 and can be used for lubrication and cooling of the bearing components.
  • FIGS. 1 and 2 A further difference from FIGS. 1 and 2 lies in the design of the bearing outer ring 69.
  • this is formed in two parts and accordingly consists of two axially spaced-apart partial rings 103, 105.
  • the axial spacing is in this case formed by means of a metallic spiral spring Spring element 107 achieved.
  • the spring element 107 presses the two sub-rings 103, 105 apart and keeps them so resiliently in the intended position.
  • the axial distance of the partial rings 103, 105 to each other is given here by the bias of the spring element 107.
  • two securing elements 109, 1 1 1 for axial securing of the partial rings 103, 105 are reached.
  • the fuse elements 109, 1 1 1 are designed as snap rings, which are arranged on the circumference of the carrier ring 75.
  • the carrier ring 75 in this case has grooves 1 13, 1 15, in which the snap rings 109, 1 1 1 engage.
  • the partial rings 103, 105 of the bearing outer ring 69 are based on a bearing on a shaft bearing axial force in the axial direction of the snap rings 109, 1 1 1 and thus prevent unwanted axial slippage of the partial rings 103, 105 within the support ring 75.
  • the snap rings 109, 1 1 1 as a transport lock for the carrier ring 75.
  • the floating bearing of the bearing outer ring 69 and the partial rings 103, 105 is basically a bit of a game. The game depends on the temperature.
  • the bearing assembly 61 is accordingly designed so that there is sufficient clearance at each temperature.
  • oil can drain from the gap 77.
  • the oil drain 1 179 is communicatively connected to an oil drain hole 1 19 of the bearing housing 65 in the installed state of the bearing 67.
  • the storage unit 61 is shown in FIG. 3 in a plan view.
  • the housing-fixed positioning of the carrier ring 75 can be clearly seen.
  • the bearing 67 is correspondingly arranged within the carrier ring 75.
  • the formed for locking-free mounting of the bearing outer ring 69 gap 77 with the vibration-damping oil film 79 is formed between the inner periphery of the support ring 75 and the outer periphery of the bearing outer ring 69, which is not visible due to the illustration. Instead, the spring element 107 can be seen, which serves for the axial spacing of the partial rings 103, 105 of the bearing outer ring 69.
  • the partial rings 103, 105 are not shown here.
  • FIG. 5 shows a further bearing unit 131 for a turbocharger in a longitudinal section.
  • the bearing unit 131 includes a bearing cartridge 133 disposed in an axially extending metallic bearing housing 135.
  • the bearing cartridge 133 comprises a roller bearing 137 with a bearing outer ring 139 and with a bearing inner ring 141, wherein the inner bearing ring 141 is arranged in the installed state on a shaft.
  • a wave is not shown here.
  • the inner bearing ring 141 is further formed in two parts, wherein the two partial rings 146, 147 of the bearing inner ring 141 are fastened to one another by means of a securing element 148 designed as a securing clasp.
  • the securing element 148 serves equally as a transport lock.
  • the bearing cartridge 133 comprises a support ring 149, in which the bearing 137 is arranged.
  • the carrier ring 149 in the present case is not fixed to the housing inside the bearing housing 135, but is arranged to be freely rotatable relative thereto.
  • a first clearance 151 is formed with an oil film 153.
  • the outer bearing ring 139 of the bearing 137 is in turn floating within the carrier ring 149 and mounted without securing elements for preventing rotation. It is therefore also between the bearing outer ring 139 and the support ring 149, a gap 155 with an oil film 156 available. Accordingly, the outer bearing ring 139 is rotatably mounted relative to the support ring 149 and the support ring 149 relative to the bearing housing 135. Also in this embodiment can be completely dispensed with securing elements for preventing rotation.
  • Both the intermediate space 151 with the oil film 153 and the intermediate space 155 with an oil film 156 are supplied with oil via two supply bores 157, 158 in the bearing housing 135, which are each communicatively connected to bores 163, 165 via grooves 159, 161 introduced in the carrier ring 149 , Starting from the bores 163, 165, oil may spread in the intermediate space 151 between the bearing housing 135 and the carrier ring 149, so that the vibration-damping oil film 153 is formed there.
  • Both vibration damping oil films 153, 156 are matched with respect to their thickness, so that a storage without the use of securing elements, that is lock-free, is possible.
  • grooves 167, 169 are connected in the bearing outer ring 139 with two spray oil holes 171, 173, so that the oil can be pressed into the bearing interior 175 and used for lubrication of the bearing components.
  • the outer bearing ring 139 is formed in two parts and consists, as in FIGS. 3 and 4, of two axially spaced-apart partial rings 181, 183.
  • a spring element 185 designed as a metallic spiral spring is used, which by virtue of its prestressing causes the two partial rings 181, 183 apart.
  • the support ring 149 As an axial end stop for the two partial rings 181, 1 83 are on the inner circumference of the support ring 149 two formed as snap rings securing elements 187, 188 attached.
  • the partial rings 181, 183 engage in grooves 189, 191 of the carrier ring 149.
  • the snap rings 187, 188 In addition to their function as axial securing the snap rings 187, 188 also serve as a transport lock for the support ring 149.
  • the support ring 149 On its outer periphery an oil drain 193 communicating the oil drain hole 195 is connected.
  • the carrier ring 149 has radially extending oil drain holes in order to prevent flooding of the bearing 137 even when the bearing components rotate. Due to the cut representation, not all holes are visible.
  • FIG. 6 shows the bearing unit 131 according to FIG. 5 in a plan view. It can be seen the support ring 149 which is mounted within the bearing housing 135. The support ring 149 is in contrast to FIG. 4 not fixed to the housing, but rotatably mounted in the intermediate space 151, which is not visible due to the representation. However, here too, as in FIG. 4, the spring element 185 can be seen, which serves for the axial spacing of the partial rings 181, 183 of the bearing outer ring 139 (not shown). For the further description of the individual bearing components of the bearing unit 131, reference is made at this point to the detailed description in FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a further bearing unit 201 for a turbocharger in a longitudinal section.
  • the bearing unit 201 substantially corresponds to the design of the bearing unit 61 according to FIGS. 3 and 4, so that reference may be made at this point to the detailed description there.
  • the description and function of the individual components described there can be transferred analogously to the bearing unit 201.
  • the bearing unit 201 likewise comprises a bearing cartridge 203, which is arranged in an axially extending metallic bearing housing 205. As part of the bearing cartridge 203, a rolling bearing 207 is positioned in this.
  • the Bearing 207 is formed with a bearing outer ring 209 and with a bearing inner ring 21 1, being used as rolling elements 213 between the bearing rings 209, 21 1 balls.
  • the balls 213 are guided in a cage 215.
  • the inner bearing ring 21 1 is made in one piece and, as in the previously described figures in the installed state arranged on a shaft.
  • the intermediate space 218 provided with the oil film 219 for locking-free mounting of the bearing outer ring 209 is presently configured correspondingly between the inner circumference of the bearing housing 205 and the outer circumference of the bearing outer ring 209.
  • the space 218 is also formed here with an oil film 219, which allows a sufficient thickness for vibration isolation between the bearing outer ring 209 and the bearing housing 205. In this way, the outer bearing ring 209 within the bearing cartridge 203 lock-free and floating, so with axial clearance stored.
  • two supply holes 221, 223, which are introduced into the bearing housing 205 and each communicating with the bearing outer ring 209 on its outer circumference circumferential grooves 225, 227 connected.
  • the oil can be distributed both in the axial direction and over the circumference of the bearing cartridge 3 in such a way that the oil film 219 forms uniformly in the intermediate space 218.
  • the bearing outer ring 209 is also formed in two parts with two axially spaced-apart partial rings 235, 237.
  • a metallic coil spring 239 is used, which presses apart the two partial rings 235, 237 and thus resiliently holds in the intended position.
  • two locking elements designed as snap rings 241, 243 for axial securing of the partial rings 235, 237 are used, which are arranged on the circumference of the bearing housing 205.
  • the bearing housing 205 has two circumferential grooves 245, 247 for fastening the securing elements 241, 243, in which the securing elements 241, 243 engage.
  • the outer bearing ring 209 is provided on its outer periphery with an oil drain 249, via which the oil can drain from the gap 227.
  • the oil drain 249 is communicatively connected to an oil drain hole 251 in the installed state of the bearing 207.
  • the bearing unit 201 is shown in a plan view. It can be clearly seen the stored rolling elements 213, which are performed on the bearing inner ring 21 1. Furthermore, in addition to the spring element 239, the securing elements 241, 243 can be seen, which are used for axial securing of the partial rings 235, 237 of the bearing outer ring 209. The securing elements 241, 243 are arranged on the inner circumference of the bearing housing 205. The partial rings 235, 237 are not visible in the present case. The further detailed description of the bearing unit 201 can be found in the description of FIG. 7.
  • FIG. 9 shows a further bearing unit 261 for a turbocharger in a longitudinal section.
  • the bearing unit 261 is designed essentially the same as the bearing unit 61 according to FIGS. 3 and 4.
  • the description can also be transmitted analogously here.
  • the bearing unit 261 comprises a bearing cartridge 263 which is arranged in an axially extending metallic bearing housing 265 and has a rolling bearing 267.
  • the bearing 267 is formed with a bearing outer ring 269 and with a bearing inner ring 271, wherein balls 273 are used as the rolling bodies. The balls are guided in a cage 275.
  • the inner bearing ring 271 is made in one piece.
  • the bearing cartridge 263 comprises a carrier ring 279, which is fixed to the housing on the inner circumference of the bearing housing 265.
  • the rolling bearing 267 is in this case arranged within the carrier ring 279.
  • For lock-free and floating mounting of the bearing outer ring 269 of the intermediate space 281 is formed with the oil film 283 corresponding between the inner periphery of the support ring 279 and the outer periphery of the bearing outer ring 269.
  • the oil film 283 is supplied with oil via two supply bores 285, 287 in the bearing housing 265, the supply bores 285, 287 in each case also being connected to grooves 289, 291 introduced in the carrier ring 279.
  • the grooves 289, 291 respectively open into bores 293, 295 on the inner circumference of the carrier ring 279.
  • the oil is passed from the engine oil circuit into two grooves 297, 299 running around the outer circumference of the bearing outer ring 269, so that a Actuation of the gap 281 with oil, or the formation of the oil film 283 and thus the desired rotation lock-free storage is ensured.
  • the axial stop of the bearing outer ring 269 is achieved via two carrier ring-fixed pins 307 positioned equidistantly along the circumference of the bearing cartridge 263.
  • the pins 307 serve as transport protection for the carrier ring 279th
  • the carrier ring fixed pins 307 are presently designed as hollow bushes which protrude into the formed on the circumference of the support ring 279 ⁇ lablaufnut 309.
  • the hollow configuration of the pins 307 allows sufficient Olablauf.
  • the Olablaufnut 309 is additionally connected in the installed state of the bearing 267 communicating with an oil drain hole 31 1.
  • outer bearing ring 269 is formed in two parts with two axially spaced apart part rings 313, 315, the axial spacing is achieved as well as in the prescribed figures by means of a designed as a metallic coil spring spring element 317.
  • FIG. 10 shows the storage unit 261 in a plan view. It can be seen here two of the four pins 307, which are designed as hollow sockets.
  • the pins 307 are arranged opposite each other on the circumference of the bearing assembly 261 and fixedly connected to the support ring 279.
  • the pins 307 prevent unwanted axial displacement of the floating and locking free mounted part rings 313, 315 of the bearing outer ring 269th

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit (1, 61, 131, 201, 261) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (5, 65, 135, 205, 265) angeordnete Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263), wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) und dem Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) ein Zwischenraum (17, 77, 155, 218, 281) mit einem Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) eine zur Ölversorgung des Ölfilms (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildete Versorgungsbohrung (21, 23, 81, 83, 157, 158, 221, 223, 285, 287) aufweist. Hierbei ist umfasst Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) ein Wälzlager (7, 67, 137, 207, 267), dessen äußerer Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) frei drehbar im Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) gelagert ist. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Lagereinheit (1, 61, 131, 201, 261) für einen Turbolader, deren Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) ein Wälzlager (7, 67, 137, 207, 267) umfasst, dessen Lageraußenring (9, 69, 139, 209, 269) frei drehbar im Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) gelagert ist. Durch derart ausgebildete Lagereinheiten (1, 61, 131, 201, 261) kann auch bei Verzicht auf eine separate Verdrehsicherung die sichere Lagerung einer Welle gewährleistet werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagereinheit für einen Turbolader
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche, wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse ein Zwischenraum mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das La- gergehäuse eine zur Ölversorgung des Ölfilms ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem Lageraußenring und einem Trägerring, wobei zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Trägerring, ein Zwischenraum mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Ölfilms ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Turbolader dient üblicherweise der Leistungssteigerung von Brennkraftma- schinen durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Turbolader besteht hierzu aus einem Verdichter und einer Turbine, die über eine innerhalb eines Lagergehäuses gelagerte Welle miteinander verbunden sind. Im Betrieb wird die Turbine durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt über die Welle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird in den Motor geleitet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine große Menge Luft in die Zylinder gelangt. Hierdurch steigt der zur Verbrennung von Kraftstoff benötigte Sauerstoffgehalt entsprechend an, so dass bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangt.
Dies führt zu einer Steigerung des maximalen Drehmoments, wodurch die Leistungsabgabe, also die maximale Leistung bei konstantem Arbeitsvolumen, erhöht wird. Diese Steigerung erlaubt insbesondere den Einsatz eines leistungsstärkeren Motors mit annähernd gleichen Abmessungen oder ermöglicht alter- nativ eine Verringerung der Motorabmessungen, also das Erzielen einer vergleichbaren Leistung bei kleineren und leichteren Maschine.
Im Betrieb eines Turboladers rotiert die Welle bei steigender Motordrehzahl mit hoher Drehgeschwindigkeit. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit können bei- spielsweise durch die Rotation der Welle hervorgerufene Schwingungen auf das Lager und dessen einzelne Komponenten übertragen werden. Um hierbei einen unerwünschten Kontakt der Lagerkartusche mit dem Lagergehäuse möglichst gering zu halten und einen störungsfreien Betrieb eines Turboladers zu gewährleisten, werden üblicherweise Lagereinheiten eingesetzt, die durch ei- nen sogenannten Quetschölfilm die auftretenden Schwingungen dämpfen können.
Aus der DE 35 31 313 A1 ist eine Lagervorrichtung für einen Turbolader bekannt. Die Lagervorrichtung umfasst eine Lagerkartusche mit einem als Kugel- lager ausgebildeten Lager. Das Lager ist in einer Buchse aufgenommen, welche wiederrum in einem Lagergehäuse positioniert ist. In der Außenumfangsflä- che der Buchse sowie in der Innenumfangsfläche des Lagergehäuses sind Ausnehmungen eingebracht, die zusammen eine Bohrung bilden. Zur Positio- nierung der Buchse innerhalb des Lagergehäuses ist ein als Stift ausgebildetes Sicherungselement vorgesehen, das lose in die Ausnehmungen bzw. die Bohrung eingesetzt ist. Zwar lässt sich durch die vorgenannte Ausgestaltung ein Verdrehen des Lageraußenrings des eingesetzten Lagers auch bei erhöhten Drehzahlen der Welle verhindern, jedoch stellen der Einsatz einer Mehrzahl an benötigten separaten Lagerkomponenten und der damit verbundene kostenintensiven Montageaufwand keine dauerhafte Lösung für eine Lageranordnung bzw. für einen Turbo- lader dar.
Aufgabe der Erfindung Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lagereinheit für einen Turbolader anzugeben, die bei einer kostengünstigen und einfachen Herstellung eine sichere Positionierung des Lagers und damit eine sichere Lagerung einer Welle in einem Turbolader ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche, wobei zwischen dem Au ßenumfang der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse ein Zwischenraum mit einem Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Ölfilms ausgebildete Versor- gungsbohrung aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Lagerkartusche ein Wälzlager umfasst, dessen äußerer Kartuschenring frei drehbar im Ölfilm gelagert ist. Die Erfindung berücksichtigt, dass der Einsatz von Verdrehsicherungen, beispielsweise in Form separater Sicherungselemente, aufgrund der Mehrkosten und dem erhöhten Montageaufwand auf Dauer nicht den wirtschaftlichen Ansprüchen an die Weiterentwicklung von Turbolagern bzw. deren Lagereinheiten genügen. Zusätzlich wird das durch die Reibung bei der Drehung einer Welle im Betrieb eines Turboladers hervorgerufene Reibmoment auf den äußeren Kartuschenring übertragen, welcher sich über die Sicherungselemente bzw. die Verdrehsicherung am Lagergehäuse abstützt. Die Verdrehsicherung überträgt somit den sogenannten Körperschall, was sich negativ auf die Komponenten der Lageranordnung auswirkt. Insgesamt wird hierdurch die Selbstzentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses gestört, was wiederum einen unerwünschten Kontakt zwischen den einzelnen Bauteilen der Lagereinheit zur Folge haben kann. Entsprechend erkennt die Erfindung, dass der Verzicht auf eine Verdrehsicherung bzw. Sicherungselemente grundsätzlich eine Möglichkeit bieten kann, die Übertragung des Drehmoments bzw. des Körperschalls auf das Lagergehäuse zu verhindern. Hierbei ist allerdings grundsätzlich zu berücksichtigen, dass eine ungesicherte Lagerkartusche bzw. ein ungesicherter äußerer Kartuschenring wie ein Gleitlager wirkt, bei welchem ein hohes Reibmoment zwischen den einzelnen Bauteilen auftritt. Das Reibmoment wird entsprechend von der Welle auf den äußeren Kartuschenring und von diesem auf das Lagergehäuse übertragen, so dass auch hierbei die benötigte Selbstzentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses nicht gewährleistet werden kann.
Unter Berücksichtigung des Vorgenannten erkennt die Erfindung schließlich, dass diese Problematik überraschend einfach dann behoben werden kann, wenn die Lagerkartusche ein Wälzlager umfasst, dessen äußerer Kartuschenring frei drehbar im Ölfilm gelagert ist.
Mit anderen Worten stützt sich der äußere Kartuschenring über den Ölfilm am Gehäuse ab, so dass auf den Einsatz einer Verdrehsicherung verzichtet werden kann. Durch die Kombination eines Wälzlagers mit einem im Ölfilm gelagerten äußeren Kartuschenring wird eine arretierungsfreie Lagerung der Lagerkartusche bzw. des äußeren Kartuschenrings möglich. Der Ölfilm dient der Abstützung des äußeren Kartuschenring und nimmt das von der Welle auf den äußeren Kartuschenring übertragene Drehmoment auf. Die Schwingungen äußeren Kartuschenrings werden somit durch den Ölfilm gedämpft, so dass kein Kontakt mit dem Lagergehäuse zu befürchten ist. Ein entsprechend kontaktbedingter Verschleiß der einzelnen Lagerkomponenten kann an dieser Stelle ausgeschlossen werden.
Die arretierungsfreie bzw. verdrehsicherungsfreie Lagerung des äußeren Kartuschenrings im Ölfilm wird somit durch die Kombination eines Wälzlagers mit dem schwingungsdämpfenden Ölfilm ermöglicht. Das bei einem Wälzlager ü- bertragene Drehmoment wird durch den Ölfilm abgefangen und eine Übertragung des Drehmoments auf das Lagergehäuse kann unterbunden werden. So kann auch die Selbstzentrierung aufrechterhalten und ein Kontakt zwischen den einzelnen Lagerkomponenten verhindert werden. Insgesamt ist der äußere Kartuschenring durch die frei drehbare Lagerung im Ölfilm, also durch die Abstützung am Lagergehäuse über den schwingungsdämpfenden Ölfilm, auch bei Verzicht einer separaten Verdrehsicherung derart positioniert, dass eine sichere Funktion des Turboladers gewährleistet ist. Der Ölfilm, in dem der äußere Lagerring drehbar gelagert ist, weist je nach Ausgestaltung der Lageranordnung, eine entsprechende Dicke auf, bzw. der Zwischenraum mit dem Ölfilm die benötigte Breite. Zu berücksichtigen sind hierbei beispielsweise die Größe der jeweiligen Bauteile ebenso wie die Maße des Zwischenraums für den Ölfilm. Weiterhin sind auch die Dichte und die Vis- kosität des Öls zu berücksichtigen.
Das Wälzlager dient vorliegend insbesondere der sicheren Lagerung der Welle, wobei es die radialen und axialen Kräfte aufnimmt und gleichzeitig die Rotation der Welle ermöglicht. Ein Wälzlager besteht im Allgemeinen aus zwei Lagerringen mit integrierten Laufbahnen. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper angeordnet, die sich auf den Laufbahnen abwälzen. Als Wälzkörper gängiger Lagertypen können je nach Anforderung beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen oder Kegelrollen eingesetzt werden. Hierbei ist entweder eine Ausbildung mit einem die Wälzkörper führenden Käfig oder beispielsweise auch eine vollkugelige Variante ohne Käfig möglich.
Im Hinblick auf die Belastungen der Lagereinheit im Betrieb eines Turboladers sind die Lagerringe insbesondere aus temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien gefertigt. Sowohl der innere als auch der äußere Lagerring können einteilig oder mehrteilig gefertigt sein.
Das Wälzlager ist vorliegend Teil der Lagerkartusche. Die Lagerkartusche kann beispielsweise zusätzlich oder alternativ zum Wälzlager einen Trägerring umfassen, in dem das Wälzlager mit dem äußeren Kartuschenring angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, die Lagerkartusche entsprechend der jeweiligen Anforderung flexibel auszugestalten und sie beispielsweise Kundenwünschen entsprechend vorzumontieren.
Der äußere Kartuschenring kann hierbei beispielsweise als ein Lageraußenring oder auch als ein Trägerring ausgebildet sein.
Alternativ kann die Lagerkartusche sowohl einen Lageraußenring als auch ei- nen als Trägerring ausgebildeten äußeren Kartuschenring umfassen. Hierbei besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass neben dem zwischen dem Außenumfang des Trägerrings und dem Innenumfang des Lagergehäuses ausgebildeten Ölfilm zusätzlich ein Ölfilm zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Innenumfang des Trägerrings ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung können dann sowohl der Lageraußenring als auch der Trägerring frei drehbar im Ölfilm gelagert sein. Das Lagergehäuse, in welchem die Lagerkartusche angeordnet ist, kann aus verschiedenen Materialien gefertigt sein. Aufgrund der hohen Belastungen im Betrieb eines Turboladers eignen sich hierbei insbesondere temperaturfeste und korrosionsbeständige metallische Werkstoffe. Das Lagergehäuse ist insbe- sondere mit einer Aufnahmebohrung für das Lager ausgebildet, wobei der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Lagerkartusche. Der Zwischenraum und der in diesem ausgebildete Ölfilm zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse sind entsprechend durch die Abmessungen der Aufnahmebohrung und dem äußeren Kartuschenring bestimmt.
Die Versorgungsbohrung im Lagergehäuse dient der Ölversorgung des Zwischenraums. Über die Versorgungsbohrung wird Öl aus dem Motorölkreislauf in den Zwischenraum zwischen dem Innenumfang des Lagergehäuses und dem Außenumfang der Lagerkartusche gedrückt, so dass der benötigte Ölfilm zur arretierungsfreien Lagerung des äußeren Kartuschenrings im Lagergehäuse ermöglicht. Die Anzahl der Versorgungsbohrungen ist hierbei grundsätzlich nicht begrenzt. Vorzugsweise sind entsprechend mehrere Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse ausgebildet, die zur Versorgung des Ölfilms zur Verfügung stehen. Die Versorgungsbohrungen sind hierbei zweckmäßigerweise mit einem ausreichend axialen Abstand voneinander in das Lagergehäuse eingebracht, so dass eine gleichmäßige Verteilung des Öls über den ganzen Umfang des äußeren Kartuschenrings gewährleistet ist.
Der Durchmesser der Versorgungsbohrung ist zweckmäßigerweise dem Öldruck und der zur Ausbildung des Ölfilms benötigten Ölmenge angepasst sein. Die Ölmenge ist hierbei insbesondere abhängig von der Größe des Zwischen- raums, welche wiederum durch das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der Lagerkartusche und dem Innendurchmesser des Lagergehäuses vorgegeben ist. Die Länge der Versorgungsbohrung ist zweckmäßigerweise den Abmessungen des Lagergehäuses angepasst. Die Versorgungsbohrung kann hierbei innerhalb des Lagergehäuses entweder vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet oder auch gegenüber der Lagergehäuseachse geneigt sein.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Versorgungsbohrung mit einer soge- nannten Druckverteilungskammer zu verbinden. Die Druckverteilungskammer dient als Speicher und kann über die Versorgungsbohrung mit Öl beaufschlagt werden, so dass das Öl von der Druckverteilungskammer ausgehend in den Zwischenraum am Außenumfang des äußeren Kartuschenrings gedrückt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Versorgungsbohrung mit einer die Lagerkartusche in Umfangsrichtung umlaufenden Nut kommunizierend verbunden. Das Öl, welches durch die Versorgungsbohrung in das Lagergehäuse gedrückt wird, kann sich so von der Nut ausgehend sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang der Lagerkartusche derart verteilen, dass sich ein gleichmäßiger Ölfilm zwischen der Lagerkartusche und der Innenwand des Lagergehäuses bildet. Hierdurch wird die sichere und kontaktfreie Lagerung des äußeren Kartuschenrings ermöglicht.
Insbesondere kann auch eine Mehrzahl von Nuten an der Lagerkartusche aus- gebildet sein, die mit einer Mehrzahl von Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse kommunizierend verbunden sind, so dass die Versorgung des Ölfilms gleichzeitig an mehreren Stellen erfolgen kann.
Vorzugsweise umfasst der äußere Kartuschenring eine Mehrzahl an Bohrungen zum Ölablauf. Die Bohrungen erstrecken sich im eingebauten Zustand des äußeren Kartuschenrings zweckmäßigerweise radial nach außen und ermöglichen den Ölablauf vom Wälzlager auch bei einem drehenden äußeren Kartuschenring. Durch eine Mehrzahl an Bohrungen kann unabhängig von der Position des äußeren Kartuschenrings eine Überflutung des Lagers ausgeschlossen werden. Die Anzahl und die der Ölablaufbohrungen sind in Abhängigkeit der axialen Länge des äußeren Kartuschenrings variabel. Vorteilhafterweise ist der äußere Kartuschenring zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Teilringe des äußeren Kartuschenrings axial voneinander beabstandet sind. Eine zweiteilige Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung der Teilringe und verringert den Montageaufwand der Lagereinheit. Weiterhin können sowohl die Kosten als auch der Transportaufwand verringert werden. Die axiale Beabstandung kann beispielsweise mittels eines zwischen beiden Teilringen positionierten Federelements erreicht werden. Das Federelement drückt die beiden Teilringe auseinander und hält sie so federnd in der vorgesehen Position. Der axiale Abstand der Teilringe zueinander ist hierbei insbeson- dere durch die Vorspannung des Federelements gegeben. Das Federelement kann beispielsweise als eine metallische Spiralfeder ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der äußere Kartuschenring innerhalb der Lagerkartusche schwimmend, also axial verschiebbar, gelagert. Mit anderen Worten hat der äußere Kartuschenring innerhalb der Lagerkartusche ein gewisses Axialspiel aus. Eine Welle kann sich bei einer schwimmenden Lagerung des äußeren Kartuschenrings beispielsweise um das Axialspiel gegenüber dem Lagergehäuse verschieben. Das Axialspiel wird hierbei in Abhängigkeit der geforderten Führungsgenauigkeit so festgelegt, dass die Wälzlager auch bei ungünstigen thermischen Verhältnissen nicht axial verspannt werden. Als geeignete Lagerbauarten für die schwimmende Anordnung sind zum Beispiel Rillenkugellager, Pendelkugellager, Pendelrollenlager denkbar. Hierbei gilt, dass auch bei einem gewissen erwünschten Axialspiel selbstverständlich auch eine sichere Lagerung des äußeren Kartuschenrings im Bereich des Spiels gewährleistet bleiben muss.
Zweckmäßigerweise ist zur Axialsicherung des äußeren Kartuschenrings zumindest ein Sicherungselement umfasst. Das Sicherungselement dient als axialer Endanschlag und verhindert so ein unerwünschtes axiales Verrutschen des äußeren Kartuschenrings innerhalb des Lagergehäuses. Grundsätzlich kann das Sicherungselement verschiedenen Formen und Größen haben und entweder gehäusefest mit dem Lagergehäuse verbunden sein oder in innerhalb des Lagergehäuses ausgebildeten Bohrungen positioniert sein. Es kann beispiels- weise als eine Sicherungsplatte ausgebildet sein, die gehäusefest an der Stirnseite des Lagergehäuses angebracht ist.
Weiterhin können auch Bolzen, Pins oder Zapfen als Sicherungselement einge- setzt werden, die beispielsweise mit einem Abschnitt für den Eingriff in eine Ausnehmung oder eine Bohrung innerhalb des Lagergehäuses ausgebildet sind.
Bei einer zweiteiligen Ausführung des äußeren Kartuschenrings, wenn dieser also aus zwei Teilringen besteht, können beispielsweise auch sogenannte Sprengringe oder Kolbenringe als Sicherungselemente eingesetzt werden. Diese Sprengringe oder Kolbenringe können beispielsweise in Nuten innerhalb des Lagergehäuses positioniert sein. Die Nuten können hierbei je nach Ausgestaltung des äußeren Kartuschenrings entweder im Lageraußenring, im Trägerring oder auch in beiden eingebracht sein.
Bevorzugt umfasst der äußere Kartuschenring eine Spritzölbohrung zur Schmiermittelbeaufschlagung des Lagers. Das Öl wird hierbei von den Nuten, die die Lagerkartusche in Umfangsrichtung umlaufend, in den Lagerinnenraum des Lagers gedrückt und kann so beispielsweise auch zur Schmierung und Kühlung der Lagerkomponenten dort genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Kartuschenring als ein Lageraußenring ausgebildet. Zur Führung von Wälzkörpern weist der Lageraußenring vorzugsweise eine Wälzkörperlaufbahn am Innenumfang aus. Der Ölfilm ist dann zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Innenumfang des Lagergehäuses ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst die Lagerkartusche einen Trägerring mit einer Bohrung, die über die den äußeren Kartuschenring auf seinem Außenumfang umlaufende Nut kommunizierend mit der Spritzölbohrung verbunden ist. Die Bohrung ist zweckmäßigerweise mit der Versorgungsbohrung innerhalb des Lagergehäuses verbunden und ermöglicht so die Dosierung von Öl aus dem Motorölkreislauf bis hin zur Spritzölbohrung. Durch die Bohrung im Trägerring ist also auch bei dessen Einsatz zum einen die Ausbildung des Ölfilms im Zwischenraum sowie eine ausreichende Lagerschmierung und Kühlung der Lagerkomponenten gewährleistet.
Bei dem Einsatz eines Trägerrings und eines Lageraußenrings als Teil der Lagerkartusche kann, wie bereits eingangs erwähnt, zusätzlich zum Ölfilm zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Innenumfang des Trägerrings auch ein Ölfilm zwischen dem Außenumfang des Trägerrings und dem Innenumfang des Lagergehäuses ausgebildet sein, so dass der Trägerring frei drehbar im Lagergehäuse und der Lageraußenring frei drehbar innerhalb des Trägerrings positioniert ist. Die Zwischenräume und damit die Ölfilme sind hierbei in ihrer Dicke zweckmäßigerweise aufeinander abgestimmt. Hierbei kann beispielsweise neben der Bohrung noch eine zusätzliche Nut im Trägerring vorgesehen sein, die jeweils mit der Bohrung verbunden ist. Über diese Nut kann sich zwischen dem Trägerring und dem Lagergehäuse ebenfalls ein Ölfilm ausbilden. Die Nut umläuft den Trägerring vorzugsweise in Umfangs- richtung, so dass das Öl, welches durch die Versorgungsbohrung in das Lager- gehäuse gedrückt wird, sich von der Nut ausgehend sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang des Trägerrings verteilen kann. Auf diese Weise kann auch beim Einsatz eines Trägerrings ein gleichmäßiger Ölfilm zwischen diesem und der Innenwand des Lagergehäuses gewährleistet werden. Zweckmäßigerweise umfasst das Lagergehäuse eine Ölablaufbohrung. Diese Ölablaufbohrung kann mit einer am Außenumfang des äußeren Kartuschenrings eingebrachten Ölablaufnut in kommunizierender Verbindung stehen, so dass das über die Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen kann.
Selbstverständlich können weitere Ausgestaltungen der Lageranordnung umfasst sein, die den Einsatz eines Wälzlagers ohne eine zusätzliche Verdrehsicherung ermöglichen. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, dass die zu lagernde Welle eine Wälzkörperlaufbahn zur Führung der Wälzkörper umfasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung übernimmt die Welle selbst die Funktion des Lagerinnenrings des Wälzlagers, so dass auf die Verwendung separat zu montierender Lagerinnenringe verzichtet werden und der Kosten- und Montageaufwand bei der Herstellung der verringert werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, sowie eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem Lageraußenring und einem Trägerring, wobei zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Trägerring ein Zwischenraum mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse eine zur Ölversorgung des Ölfilms ausgebildete Versorgungsbohrung aufweist. Hierbei ist es ebenfalls vorgesehen, dass die Lagerkartusche ein Wälzlager umfasst, dessen Lageraußenring frei drehbar im Ölfilm gelagert ist. Mit anderen Worten stützt sich auch bei einer derartigen Ausgestaltung der äußere Lagerring über den Ölfilm am Lagergehäuse ab.
Grundsätzlich kann der Trägerring drehfest oder auch frei drehbar im Lagergehäuse positioniert sein.
Bei einer drehfesten Anordnung kann der Trägerring beispielsweise kraft- oder formschlüssig im Lagergehäuse fixiert sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist der Zwischenraum zur arretierungsfreien Lagerung des äußeren Kartuschenrings in einem schwingungsdämpfenden Ölfilm entsprechend zwischen dem Innenumfang des Trägerrings und dem Außenumfang des Lageraußenrings des Wälzlagers ausgebildet.
Bei der frei drehbaren Ausgestaltung des Trägerrings weist die Lagereinheit zusätzlich einen Zwischenraum mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm zwischen dem Trägerring und dem Lagergehäuse auf, in welchem der Trägerring frei drehbar gelagert sein kann. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Komponenten der Lagereinheit und somit auch die Dicke der Ölfilme sind vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf die erste Lagereinheit gerichteten Unteransprüchen, die sinngemäß auf die zweite Lagereinheit übertragen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Lagereinheit für einen Turbolader mit einem schwimmend gelagerten Lageraußenring in einem Längsschnitt,
Fig. 2 die Lagereinheit gemäß Fig. 1 in einer Aufsicht, Fig. 3 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einem schwimmend gelagerten Lageraußenring sowie einem Trägerring in einem Längsschnitt,
Fig. 4 die Lagereinheit gemäß Fig. 3 in einer Aufsicht,
Fig. 5 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einem schwimmend gelagerten Lageraußenring sowie einem Trägerring in einem Längsschnitt, Fig. 6 die Lagereinheit gemäß Fig. 5 in einer Aufsicht,
Fig. 7 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einem schwimmend gelagerten Lageraußenring in einem Längsschnitt, Fig. 8 die Lagereinheit gemäß den Fig. 7 in einer Aufsicht,
Fig. 9 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einem schwimmend gelagerten Lageraußenring sowie einem Trägerring in einem Längsschnitt,
Fig. 10 die Lagereinheit gemäß den Fig. 9 in einer Aufsicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 1 umfasst eine Lagerkartusche 3, die in einem sich axial erstre- ckenden metallischen Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 3 ist ein Wälzlager 7 in dieser positioniert. Das Lager 7 ist mit einem als Lageraußenring ausgebildeten äußeren Kartuschenring 9 sowie mit einem Lagerinnenring 1 1 ausgebildet. Der innere Lagerring 1 1 ist zweiteilig ausgeführt und im eingebauten Zustand auf einer Welle angeordnet, was vorliegend nicht dargestellt ist. Als Wälzkörper 15 sind zwischen den Lagerringen 9, 1 1 Kugeln eingesetzt, wobei vorliegend kein Käfig vorgesehen ist.
Zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings 9 und dem Lagergehäuse 5 ist ein Zwischenraum 17 mit einem Ölfilm 19 ausgebildet. Der Zwischenraum 17 bzw. der Ölfilm 19 wird im eingebauten Zustand über zwei Versorgungsbohrungen 21 , 23 mit Öl versorgt. Hierzu sind beide Versorgungsbohrungen 21 , 23 jeweils mit den Lageraußenring 9 auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 25, 27 kommunizierend verbunden. Von den Nuten 25, 27 ausgehend kann sich das Öl sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang der Lagerkar- tusche 3 derart verteilen, dass sich ein gleichmäßiger Ölfilm 19 im Zwischenraum 17 zwischen der Lagerkartusche 3 und der Innenwand des Lagergehäuses 5 bildet. Der Zwischenraum 17 ist vorliegend so breit ausgebildet, dass der Ölfilm 19 eine ausreichende Dicke zur Schwingungsisolierung zwischen dem äußeren Kartuschenring 9 und dem Lagergehäuse 5 ermöglicht. Insgesamt wird durch den Einsatz des Wälzlagers 7 ein geringeres Reibmoment übertragen als bei einer Gleitlagerung, so dass auf eine separate Verdrehsicherung verzichtet werden kann.
Weiterhin ist der äußere Lagerring 9 an seinem Außenumfang mit einer Ö- lablaufnut 29 versehen, über die das Öl des Ölfilms 19 ablaufen kann. Die Ö- lablaufnut 29 ist im eingebauten Zustand des Lagers 7 kommunizierend mit einer Ölablaufbohrung 31 verbunden, deren Durchmesser so dimensioniert ist, dass ein störungsfreier Ölablauf gewährleistet ist. Auf diese Weise kann ein gleichbleibender Ölfilm 19 gewährleistet werden. Zusätzlich fließt das Öl auch in axialer Richtung außen zwischen dem Lageraußenring 9 und dem Lagergehäu- se 5 ab.
Zusätzlich wird das Öl von den Nuten 25, 27 im Lageraußenring 9 über zwei Spritzölbohrungen 33, 35 in den Lagerinnenraum 37 gedrückt und steht zur Schmierung und Kühlung der Lagerkomponenten zur Verfügung.
Die axiale Sicherung des Lageraußenrings 9 wird vorliegend durch die Anlage seiner Stirnflächen an jeweils gehäusefesten Gegenflächen realisiert. Hierzu ist an der Stirnseite des Lagergehäuses 5 eine gehäusefeste Sicherungsplatte 39 angeordnet. Der äußere Lagerring 9 besitzt axiales Spiel und kann sich inner- halb des Lagergehäuses 5 drehen, wenn das Reibmoment der Wälzlagerung diesen im Betrieb antreibt. Tritt hierbei im eingebauten Zustand eine Axialkraft an der Welle auf, so stützt sich der äußere Lagerring 9 je nach Axialkraftrichtung in axialer Richtung an der Sicherungsplatte 39 bzw. am Lagergehäuse 5 ab.
Der Gesamtwiderstand des Lageraußenrings 9 steigt im Vergleich zum Widerstand im axialkraftfreien Betreib. Hierbei stellt sich in Abhängigkeit der Drehzahl der hydrodynamische Traganteil des Ölfilms 19 ein. Um den zentralen Ölablauf vom Wälzlager 7 über die Ölablaufbohrung 31 auch bei einem drehenden Lageraußenring 9 zu gewährleisten und damit eine Überflutung des Lagers 7 auszuschließen, sind axial mittleren Bereich des Lagerau- ßenrings sich radial erstreckende Bohrungen eingebracht, die allerdings aufgrund der Darstellung nicht zu erkennen sind. Sie können allerdings Fig. 2 entnommen werden. Durch die Bohrungen kann in jeder Position des Lageraußenrings 9 der benötigte Ölablauf gewährleistet werden. Fig. 2 zeigt die Lagereinheit 1 gemäß Fig. 1 in einer Aufsicht. Anhand dieser Darstellung ist der den Außenumfang des Lageraußenrings 9 umlaufende Zwischenraum 17 deutlich zu erkennen. Die Versorgungsbohrungen 21 , 23 zur Versorgung des Zwischenraums 17, sowie die den Lageraußenring 9 auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 25, 27 sind aufgrund der Darstellung vorliegend nicht alle zu sehen.
Deutlich erkennbar sind hier jedoch fünf sich radial erstreckenden Bohrungen 41 , 43, 45, 47, 49, die in den Lageraußenring 9 eingebracht sind. Hierdurch wird, wie oben bereits beschrieben, unabhängig von der Positionierung des Lageraußenrings 9 im Zwischenraum 17 der zentralen Ölablauf vom Wälzlager 7 über die Ölablaufbohrung 31 ermöglicht. Die Anzahl der Ölablaufbohrung kann hierbei entsprechend den Anforderungen angepasst sein, so dass auch mehrere Ölablaufbohrungen möglich sind. Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 1 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung in Fig. 1 verwiesen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Lagereinheit 61 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 61 umfasst eine Lagerkartusche 63, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 65 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 63 ist ein Wälzlager 67 in dieser positioniert. Das Lager 67 ist mit einem als Lageraußenring ausgebildeten äußeren Kartuschenring 69 sowie mit einem Lagerinnenring 71 ausgebildet, wobei als Wälzkörper 72 zwischen den Lagerringen 69, 71 Kugeln eingesetzt sind. Die Kugeln sind in einem Käfig 73 geführt. Der innere Lagerring 71 ist einteilig ausgeführt und im eingebauten Zustand auf einer Welle angeordnet. Die Welle ist vorliegend nicht gezeigt. Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 umfasst die Lagerkartusche 63 einen Trägerring 75. Der Trägerring 75 ist gehäusefest innerhalb des Lagergehäuses 65 angeordnet. Das Lager 67 ist innerhalb des Trägerrings 75 angeordnet, so dass der zur arretierungsfreien Lagerung des Lageraußenrings 69 vorgesehene Zwischenraum 77 mit dem Ölfilm 79 vorliegend entsprechend zwischen dem In- nenumfang des Trägerrings 75 und dem Außenumfang des Lageraußenrings 69 ausgebildet ist. Der äußere Lagerring 69 ist somit innerhalb der Lagerkartusche 63 ohne den Einsatz von Sicherungselementen schwimmend gelagert.
Der Zwischenraum 77 bzw. der Ölfilm 79 wird gemäß Fig. 3 ebenfalls über zwei Versorgungsbohrungen 81 , 83 im Lagergehäuse 65 mit Öl versorgt. Die Versorgungsbohrungen 81 , 83 sind hierbei jeweils mit im Trägerring 75 eingebrachten Nuten 85, 87 verbunden. Die Nuten 85, 87 münden jeweils in Bohrungen 89, 91 , die am Innenumfang des Trägerrings 75 in diesen eingebracht sind. Die Bohrungen 89, 91 münden wiederum in die den Außenumfang des Lagerau- ßenrings 69 umlaufende Nuten 93, 95. Hierdurch wird ein Beaufschlagung des Zwischenraums 77 mit Öl und damit die schwimmende Lagerung des Lageraußenrings 69 sichergestellt.
Zusätzlich sind die Nuten 93, 95 im Lageraußenring mit zwei Spritzölbohrungen 97, 99 verbunden, so dass das Öl von den Nuten 93, 95 aus in den Lagerinnenraum 101 gedrückt wird und so zur Schmierung und Kühlung der Lagerkomponenten genutzt werden kann.
Ein weiterer Unterschied zu den Fig.1 und 2 liegt in der Ausgestaltung des La- geraußenrings 69. Dieser ist vorliegend zweiteilig ausgebildet und besteht entsprechend aus zwei axial voneinander beabstandeten Teilringen 103, 105. Die axiale Beabstandung wird hierbei mittels eines als eine metallische Spiralfeder ausgebildeten Federelements 107 erreicht. Das Federelement 107 drückt die beiden Teilringe 103, 105 auseinander und hält sie so federnd in der vorgesehen Position. Der axiale Abstand der Teilringe 103, 105 zueinander ist hierbei durch die Vorspannung des Federelements 107 gegeben. Zusätzlich sind zwei Sicherungselemente 109, 1 1 1 zur Axialsicherung der Teilringe 103, 105 erreicht. Die Sicherungselemente 109, 1 1 1 sind als Sprengringe ausgebildet, die am Umfang des Trägerrings 75 angeordnet sind. Der Trägerring 75 weist hierbei Nuten 1 13, 1 15 auf, in welche die Sprengringe 109, 1 1 1 eingreifen. Die Teilringe 103, 105 des Lageraußenrings 69 stützen bei einer auf eine gelagerte Welle wirkende Axialkraft in axialer Richtung an den Sprengringen 109, 1 1 1 ab und verhindern so ein unerwünschtes axiales Verrutschen der Teilringe 103, 105 innerhalb des Trägerring 75. Weiterhin dienen die Sprengringe 109, 1 1 1 als eine Transportsicherung für den Trägerring 75. Die schwimmende Lagerung des Lageraußenrings 69 bzw. der Teilringe 103, 105 ist grundsätzlich mit einem gewissen Spiel behaftet. Das Spiel ist hierbei abhängig von der Temperatur. Die Lageranordnung 61 ist dementsprechend so ausgestaltet, dass bei jeder Temperatur ausreichend Spiel vorhanden ist. Über den Ölablauf 1 17 versehen kann Öl aus dem Zwischenraum 77 ablaufen kann. Der Ölablauf 1 179 ist im eingebauten Zustand des Lagers 67 kommunizierend mit einer Ölablaufbohrung 1 19 des Lagergehäuses 65 verbunden.
In Fig. 4 ist die Lagereinheit 61 gemäß Fig. 3 in einer Aufsicht zu sehen. Man erkennt vorliegend deutlich die gehäusefeste Positionierung des Trägerrings 75. Das Lager 67 ist entsprechend innerhalb des Trägerrings 75 angeordnet. Der zur arretierungsfreien Lagerung des Lageraußenrings 69 ausgebildete Zwischenraum 77 mit dem schwingungsdämpfenden Ölfilm 79 ist zwischen dem Innenumfang des Trägerrings 75 und dem Außenumfang des Lageraußenrings 69 ausgebildet, wobei dies aufgrund der Darstellung nicht zu sehen ist. Stattdessen ist das Federelement 107 zu sehen, welches der axialen Beabstandung der Teilringe 103, 105 des Lageraußenrings 69 dient. Auch die Teilringe 103, 105 sind vorliegend nicht gezeigt. Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 61 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung in Fig. 3 verwiesen.
In Fig. 5 ist eine weitere Lagereinheit 131 für einen Turbolader in einem Längsschnitt gezeigt. Wie auch in den Fig. 3 und 4 umfasst die Lagereinheit 131 eine Lagerkartusche 133, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 135 angeordnet ist. Die Lagerkartusche 133 umfasst ein Wälzlager 137 mit einem Lageraußenring 139 sowie mit einem Lagerinnenring 141 , wobei der innere Lagerring 141 im eingebauten Zustand auf einer Welle angeordnet ist. Eine Welle ist jedoch vorliegend nicht dargestellt.
Zwischen den Lagerringen 139, 141 sind als Wälzkörper 143 in einem Käfig 145 angeordnete Kugeln geführt. Der innere Lagerring 141 ist weiterhin zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teilringe 146, 147 des Lagerinnenrings 141 mittels eines als Sicherungsspange ausgebildeten Sicherungselements 148 aneinander befestigt sind. Das Sicherungselement 148 dient gleichermaßen als Transportsicherung.
Weiterhin umfasst die Lagerkartusche 133 einen Trägerring 149, in dem das Lager 137 angeordnet ist. Im Unterschied zu den Fig. 3 und 4 ist der Trägerring 149 vorliegend jedoch nicht gehäusefest innerhalb des Lagergehäuses 135 angeordnet, sondern relativ zum diesem frei drehbar angeordnet. Somit ist zwi- sehen dem Außenumfang des Trägerrings 149 und dem Innenumfang des Lagergehäuses 135 ein erster Zwischenraum 151 mit einem Ölfilm 153 ausgebildet.
Der äußere Lagerring 139 des Lagers 137 ist wiederum innerhalb des Träger- rings 149 schwimmend und ohne Sicherungselemente zur Verdrehsicherung gelagert. Es ist also auch zwischen dem Lageraußenring 139 und dem Trägerring 149 ein Zwischenraum 155 mit einem Ölfilm 156 vorhanden. Entsprechend ist der äußere Lagerring 139 relativ zum Trägerring 149 drehbar gelagert und der Trägerring 149 relativ zum Lagergehäuse 135. Auch bei dieser Ausgestaltung kann gänzlich auf Sicherungselemente zur Verdrehsicherung verzichtet werden. Sowohl der Zwischenraum 151 mit dem Ölfilm 153 als auch der Zwischenraum 155 mit einem Ölfilm 156 werden über zwei Versorgungsbohrungen 157, 158 im Lagergehäuse 135 mit Öl versorgt, die jeweils über im Trägerring 149 eingebrachte Nuten 159, 161 mit Bohrungen 163, 165 kommunizierend verbunden sind. Von den Bohrungen 163, 165 ausgehend kann sich Öl im Zwischenraum 151 zwischen dem Lagergehäuse 135 und dem Trägerring 149 ausbreiten, so dass dort der schwingungsdämpfende Ölfilm 153 entsteht.
Beide schwingungsdämpfenden Ölfilme 153, 156 sind hinsichtlich ihrer Dicke aufeinander abgestimmt, so dass eine Lagerung ohne den Einsatz von Siche- rungselementen, also arretierungsfrei, möglich ist.
Weiter münden die Bohrungen 163, 165 in den Lageraußenring 139 auf seinem Außenumfang umlaufende Nuten 167, 169. Hierdurch wird eine Beaufschlagung des Zwischenraums 155 mit Öl und damit die schwimmende Lagerung des Lageraußenrings 139 sichergestellt.
Zusätzlich sind die Nuten 167, 169 im Lageraußenring 139 mit zwei Spritzölbohrungen 171 , 173 verbunden, so dass das Öl in den Lagerinnenraum 175 gedrückt und zur Schmierung der Lagerkomponenten genutzt werden kann.
Der äußere Lagerring 139 ist zweiteilig ausgebildet und besteht wie auch in den Fig. 3 und 4 aus zwei axial voneinander beabstandeten Teilringen 181 , 183. Zur axialen Beabstandung ist ein als metallische Spiralfeder ausgebildetes Federelement 185 eingesetzt, welches durch seine Vorspannung die beiden Teilringe 181 , 183 auseinander drückt.
Als axialer Endanschlag für die beiden Teilringe 181 , 1 83 sind am Innenumfang des Trägerrings 149 zwei als Sprengringe ausgebildete Sicherungselemente 187, 188 angebracht. Die Teilringe 181 , 183 greifen hierbei in Nuten 189, 191 des Trägerrings 149 ein. Neben ihrer Funktion als Axialsicherung dienen die Sprengringe 187, 188 auch als Transportsicherung für den Trägerring 149. Um einen Ölablauf zu ermöglichen, weist der Trägerring 149 an seinem Außenumfang eine Ölablaufnut 193 auf, die kommunizierend der Ölablaufbohrung 195 verbunden ist. Vorliegend weist hierbei der Trägerring 149 sich radial erstreckende Ölablaufbohrungen auf, um auch bei einer Drehung der Lagerkomponenten eine Überflutung des Lagers 137 ausschließen zu können. Aufgrund der geschnittenen Darstellung sind nicht alle Bohrungen zu sehen.
In Fig. 6 ist die Lagereinheit 131 gemäß Fig. 5 in einer Aufsicht zu sehen. Man erkennt den Trägerring 149, der innerhalb des Lagergehäuses 135 gelagert ist. Der Trägerring 149 ist im Unterschied zu Fig. 4 nicht gehäusefest, sondern drehbar im Zwischenraum 151 gelagert, was jedoch aufgrund der Darstellung nicht zu sehen ist. Allerdings ist auch hier, wie in Fig. 4, das Federelement 185 zu sehen, welches der axialen Beabstandung der nicht dargestellten Teilringe 181 , 183 des Lageraußenrings 139 dient. Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 131 wird an dieser Stelle entsprechend auf die detaillierte Beschreibung in Fig. 5 verwiesen.
Fig. 7 zeigt eine weitere Lagereinheit 201 für einen Turbolader in einem Längs- schnitt. Die Lagereinheit 201 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung der Lagereinheit 61 gemäß den Fig. 3 und 4, so dass an dieser Stelle auf die dortige detaillierte Beschreibung verwiesen werden kann. Die Beschreibung und Funktion der einzelnen dort beschriebenen Komponenten kann sinngemäß auf die Lagereinheit 201 übertragen werden.
Die Lagereinheit 201 umfasst ebenfalls eine Lagerkartusche 203, die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 205 angeordnet ist. Als Teil der Lagerkartusche 203 ist ein Wälzlager 207 in dieser positioniert. Das Lager 207 ist mit einem Lageraußenring 209 sowie mit einem Lagerinnenring 21 1 ausgebildet, wobei als Wälzkörper 213 zwischen den Lagerringen 209, 21 1 Kugeln eingesetzt sind. Die Kugeln 213 sind in einem Käfig 215 geführt. Der innere Lagerring 21 1 ist einteilig ausgeführt und, wie auch bei den bereits vor- beschriebenen Figuren im Einbauzustand auf einer Welle angeordnet.
Der Unterschied zur Lagereinheit 61 gemäß den Fig. 3 und 4 liegt darin, dass die Lagerkartusche 203 der Lagereinheit 201 keinen Trägerring umfasst. Der zur arretierungsfreien Lagerung des Lageraußenrings 209 vorgesehene Zwi- schenraum 218 mit dem Ölfilm 219 ist vorliegend entsprechend zwischen dem Innenumfang des Lagergehäuses 205 und dem Außenumfang des Lageraußenrings 209 ausgebildet. Der Zwischenraum 218 ist auch vorliegend mit einem Ölfilm 219 ausgebildet, der eine ausreichende Dicke zur Schwingungsisolierung zwischen dem Lageraußenring 209 und dem Lagergehäuse 205 ermöglicht. Auf diese Weise kann der äußere Lagerring 209 innerhalb der Lagerkartusche 203 arretierungsfrei und schwimmend, also mit axialem Spiel, gelagert.
Zur Versorgung des Ölfilms 219 dienen zwei Versorgungsbohrungen 221 , 223, die im Lagergehäuse 205 eingebracht und jeweils mit den Lageraußenring 209 auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 225, 227 kommunizierend verbunden. Von den Nuten 225, 227 ausgehend kann sich das Öl sowohl in axialer Richtung als auch über den Umfang der Lagerkartusche 3 derart verteilen, dass sich der Ölfilm 219 im Zwischenraum 218 gleichmäßig ausbildet. Zusätzlich wird das Öl von den Nuten 225, 227 im Lageraußenring 209 über zwei Spritzölbohrungen 229, 231 in den Lagerinnenraum 233 gedrückt und steht zur Schmierung der Lagerkomponenten zur Verfügung.
Der Lageraußenring 209 ist ebenfalls zweiteilig mit zwei axial voneinander beabstandeten Teilringen 235, 237 ausgebildet. Zur axialen Beabstandung ist eine metallische Spiralfeder 239 eingesetzt, die die beiden Teilringe 235, 237 auseinanderdrückt und so federnd in der vorgesehen Position hält. Weiterhin sind zwei als Sprengringe ausgebildete Sicherungselemente 241 , 243 zur Axialsicherung der Teilringe 235, 237 eingesetzt, die am Umfang des Lagergehäuses 205 angeordnet sind. Das Lagergehäuse 205 weist zur Befestigung der Sicherungselemente 241 , 243 zwei umlaufende Nuten 245, 247 auf, in welche die Sicherungselemente 241 , 243 eingreifen.
Weiterhin ist der äußere Lagerring 209 an seinem Außenumfang mit einem Ölablauf 249 versehen, über welches das Öl aus dem Zwischenraum 227 ablaufen kann. Der Ölablauf 249 ist im eingebauten Zustand des Lagers 207 kommunizierend mit einer Ölablaufbohrung 251 verbunden.
In Fig. 8 ist die Lagereinheit 201 in einer Aufsicht gezeigt. Man erkennt deutlich die gelagerten Wälzkörper 213, die am Lagerinnenring 21 1 geführt sind. Weiterhin sind neben dem Federelement 239 auch die Sicherungselemente 241 , 243 zu erkennen, die zur Axialsicherung der Teilringe 235, 237 des Lageraußenrings 209 eingesetzt sind. Die die Sicherungselemente 241 , 243 sind am Innenumfang des Lagergehäuses 205 angeordnet. Die Teilringe 235, 237 sind vorliegend nicht zu sehen. Die weitere detaillierte Beschreibung der Lagereinheit 201 kann der Beschreibung zu Fig. 7 entnommen werden.
Fig. 9 zeigt eine weitere Lagereinheit 261 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 261 ist hierbei im Wesentlichen genauso ausgebildet, wie die Lagereinheit 61 gemäß den Fig. 3 und 4. Somit kann auch hier die Beschreibung sinngemäß übertragen werden.
Die Lagereinheit 261 umfasst eine die in einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 265 angeordnete Lagerkartusche 263 mit einem Wälzla- ger 267. Das Lager 267 ist mit einem Lageraußenring 269 sowie mit einem Lagerinnenring 271 ausgebildet, wobei als Wälzkörper 273 Kugeln eingesetzt sind. Die Kugeln sind in einem Käfig 275 geführt. Der innere Lagerring 271 ist einteilig ausgeführt. Weiterhin umfasst die Lagerkartusche 263 einen Trägerring 279, der gehäusefest am Innenumfang des Lagergehäuses 265 angeordnet ist. Das Wälzlager 267 ist hierbei innerhalb des Trägerrings 279 angeordnet. Zur arretierungsfreien sowie schwimmenden Lagerung des Lageraußenrings 269 ist der Zwischenraum 281 mit dem Ölfilm 283 entsprechend zwischen dem Innenumfang des Trägerrings 279 und dem Außenumfang des Lageraußenrings 269 ausgebildet.
Der Ölfilm 283 wird über zwei Versorgungsbohrungen 285, 287 im Lagergehäu- se 265 mit Öl versorgt, wobei auch hier die Versorgungsbohrungen 285, 287 jeweils mit im Trägerring 279 eingebrachten Nuten 289, 291 verbunden sind. Die Nuten 289, 291 münden jeweils in Bohrungen 293, 295 am Innenumfang des Trägerrings 279. Von den Bohrungen 293, 295 ausgehend wird das Öl aus dem Motorölkreislauf in zwei den Außenumfang des Lageraußenrings 269 um- laufende Nuten 297, 299 weitergeleitet, so dass eine Beaufschlagung des Zwischenraums 281 mit Öl, bzw. die Ausbildung des Ölfilms 283 und damit die gewünscht verdrehsicherungsfreie Lagerung sichergestellt ist.
Zusätzlich sind auch hier die Nuten 297, 299 des Lageraußenrings 269 mit zwei Spritzölbohrungen 301 , 303 verbunden, so dass das Öl in den Lagerinnenraum 305 gedrückt wird und dort zur Schmierung der Lagerkomponenten genutzt werden kann.
Im Unterschied zu den Fig. 3 und 4 wird vorliegend der axiale Anschlag des Lageraußenrings 269 über zwei entlang des Umfangs der Lagerkartusche 263 in gleichem Abstand zueinander positionierte trägerringfeste Pins 307 erreicht. Durch eine Mehrzahl von Pins 307 kann bei einem schwimmenden Außenring 269, also bei einem deutlichen Axialspiel 269, ein Verkippen verhindert werden. Zusätzlich dienen die Pins 307 als Transportsicherung für den Trägerring 279.
Die trägerringfesten Pins 307 sind vorliegend als hohle Buchsen ausgebildet, die in die am Umfang des Trägerrings 279 ausgebildete Ölablaufnut 309 hineinragen. Die hohle Ausgestaltung der Pins 307 ermöglicht einen ausreichenden Olablauf. Die Olablaufnut 309 ist zusätzlich im eingebauten Zustand des Lagers 267 kommunizierend mit einer Ölablaufbohrung 31 1 verbunden.
Weiterhin ist der äußere Lagerring 269 zweiteilig mit zwei axial voneinander beabstandeten Teilringen 313, 315 ausgebildet, deren axiale Beabstandung wie auch in den vorgeschriebenen Figuren mittels eines als eine metallische Spiralfeder ausgebildeten Federelements 317 erreicht wird.
Fig. 10 zeigt die Lagereinheit 261 in einer Aufsicht. Man erkennt hier zwei der vier Pins 307, die als hohle Buchsen ausgebildet sind. Die Pins 307 sind einander gegenüberliegend am Umfang der Lageranordnung 261 angeordnet und fest mit dem Trägerring 279 verbunden. Die Pins 307 verhindern ein unerwünschtes axiales Verschieben der schwimmend und arretierungsfrei gelagerten Teilringe 313, 315 des Lageraußenrings 269.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der schwimmenden Lagerung der Teilringe 313, 315 selbstverständlich aufgrund der von einer Welle übertragenen Bewegung immer ein gewisses Axialspiel zwischen den Sicherungselementen, also den Pins 307, und den Teilringen 313, 315 eingestellt ist. Das Axialspiel wird hierbei in Abhängigkeit der geforderten Führungsgenauigkeit so festgelegt, dass das Wälzlager 267 auch bei ungünstigen thermischen Verhältnissen nicht axial verspannt werden kann.
Die weitere detaillierte Beschreibung der Lagereinheit 261 kann vorliegend der Beschreibung zu Fig. 10 entnommen werden. Liste der Bezugszahlen
I Lagereinheit
3 Lagerkartusche
5 Lagergehäuse
7 Wälzlager
9 Lageraußenring
I I Lagerinnenring
5 Wälzkörper
17 Zwischenraum
19 Ölfilm
21 Versorgungsbohrung
23 Versorgungsbohrung
25 Nut
27 Nut
29 Ölablaufnut
31 Ölablaufbohrung
33 Spritzölbohrung
35 Spritzölbohrung
37 Lagerinnenraum
39 Sicherungsplatte
41 Bohrung
43 Bohrung
45 Bohrung
47 Bohrung
49 Bohrung
61 Lagereinheit
63 Lagerkartusche
65 Lagergehäuse
67 Wälzlager
69 Lageraußenring
71 Lagerinnenring 72 Wälzkörper
73 Käfig
75 Trägerring
77 Zwischenraum
79 Ölfilm
81 Versorgungsbohrung
83 Versorgungsbohrung
85 Nut
87 Nut
89 Bohrung
91 Bohrung
93 Nut
95 Nut
97 Spritzölbohrung
99 Spritzölbohrung
101 Lagerinnenraum
103 Teilring
105 Teilring
107 Federelement 09 Sicherungselement
1 1 1 Sicherungselement
1 13 Nut
1 15 Nut
1 17 Ölablauf
1 19 Ölablaufbohrung
131 Lagereinheit
133 Lagerkartusche
135 Lagergehäuse
137 Wälzlager
139 Lageraußenring
141 Lagerinnenring
143 Wälzkörper
145 Käfig 146 Teilring
147 Teilring
148 Sicherungselement
149 Trägerring
151 Zwischenraum
153 Ölfilm
155 Zwischenraum
156 Ölfilm
157 Versorgungsbohrung
158 Versorgungsbohrung
159 Nut
161 Nut
163 Bohrung
165 Bohrung
167 Nut
169 Nut
171 Spritzölbohrung
173 Spritzölbohrung
175 Lagerinnenraum
181 Teilring
183 Teilring
185 Federelement
187 Sicherungselement
188 Sicherungselement
189 Nut
191 Nut
193 Ölablaufnut
195 Ölablaufbohrung
201 Lagereinheit
203 Lagerkartusche
205 Lagergehäuse
207 Wälzlager
209 Lageraußenring 21 1 Lagerinnenring 213 Wälzkörper
215 Käfig
218 Zwischenraum 219 Ölfilm
221 Versorgungsbohrung 223 Versorgungsbohrung 225 Nut
227 Nut
229 Spritzölbohrung 231 Spritzölbohrung 233 Lagerinnenraum 235 Teilring
237 Teilring
239 Federelement 241 Sicherungselement 243 Sicherungselement 245 Nut
247 Nut
249 Ölablauft
251 Ölablaufbohrung 261 Lagereinheit
263 Lagerkartusche 265 Lagergehäuse 267 Wälzlager
269 Lageraußenring 271 Lagerinnenring 273 Wälzkörper
275 Käfig
279 Trägerring
281 Zwischenraum 283 Ölfilm
285 Versorgungsbohrung 287 Versorgungsbohrung
289 Nut
291 Nut
293 Bohrung
295 Bohrung
297 Nut
299 Nut
301 Spritzölbohrung
303 Spritzölbohrung
305 Lagerinnenraum
307 Pins
309 Ölablaufnut
31 1 Olablaufbohrung
313 Teilring
315 Teilring
317 Federelement

Claims

Patentansprüche
Lagereinheit (1 , 61 , 131 , 201 , 261 ) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (5, 65, 135, 205, 265) angeordnete Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263), wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) und dem Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) ein Zwischenraum (17, 77, 155, 218, 281 ) mit einem Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) eine zur Ölversorgung des Ölfilms (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildete Versorgungsbohrung (21 , 23, 81 , 83, 157, 158, 221 , 223, 285, 287) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) ein Wälzlager (7, 67, 137, 207, 267) umfasst, dessen äußerer Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) frei drehbar im Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) gelagert ist.
Lagereinheit (1 , 61 , 131 , 201 , 261 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsbohrung (21 , 23, 81 , 83, 157, 158, 221 , 223, 285, 287) im Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) mit einer die Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (25, 27, 85, 87, 93, 95, 1 13, 1 15, 159, 161 , 167, 169, 225, 227, 289, 291 , 297, 299) kommunizierend verbunden ist.
Lagereinheit (1 , 61 , 131 , 201 , 261 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) eine Mehrzahl an Bohrungen (41 , 43, 45, 47, 49) zum Ölablauf umfasst.
Lagereinheit (1 , 61 , 131 , 201 , 261 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Teilringe (105, 105, 181, 183, 235, 237, 313, 315) axial voneinander beabstandet sind.
Lagereinheit (1, 61, 131, 201 , 261 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Axialsicherung des äußeren Kartuschenrings (9, 69, 139, 209, 269) zumindest ein Sicherungselement (39, 109, 111 , 187, 188, 241 , 243, 307) umfasst ist.
Lagereinheit (1, 61, 131, 201 , 261 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) eine Spritzölbohrung (33, 35, 97, 99, 171, 173, 229, 231, 301, 303) zur Schmiermittelbeaufschlagung des Lagerinnenraums (37, 101, 175, 233, 305) umfasst.
Lagereinheit (1, 61, 131, 201, 261) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) als ein Lageraußenring (9, 69, 139, 209, 269) ausgebildet ist.
8. Lagereinheit (1, 61, 131, 201 , 261 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) einen Trägerring (75, 149, 279) mit einer Bohrung (89, 91 , 163, 165, 293, 295) umfasst, die über die den äußeren Kartuschenring (9, 69, 139, 209, 269) auf seinem Außenumfang umlaufende Nut (25, 27, 93, 95, 167, 169, 225, 227, 297, 299) kommunizierend mit der Spritzölbohrung (33, 35, 97, 99, 171, 173, 229, 231, 301, 303) verbunden ist.
9. Lagereinheit (1, 61, 131, 201 , 261 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) eine Ölablaufbohrung (31 , 119, 195, 251 ,311) umfasst.
10. Lagereinheit (1 , 61 , 131 , 201 , 261 ) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265), sowie eine innerhalb des Lagergehäuses (5, 65, 135, 205, 265) angeordnete Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) mit einem Lageraußenring (9, 69, 139, 209, 269) und einem Trägerring (75, 149, 279), wobei zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings (9, 69, 139, 209, 269) und dem Trägerring (75, 149, 279) ein Zwischenraum (17, 77, 155, 218, 281 ) mit einem schwingungsdämpfenden Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildet ist, und wobei das Lagergehäuse (5, 65, 135, 205, 265) eine zur Ölversorgung des Ölfilms (19, 79, 156, 219, 283) ausgebildete Versorgungsbohrung (21 , 23, 81 , 83, 157, 158, 221 , 223, 285, 287) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkartusche (3, 63, 133, 203, 263) ein Wälzlager (7, 67, 137, 207, 267) umfasst, dessen Lageraußenring (9, 69, 139, 209, 269) frei drehbar im Ölfilm (19, 79, 156, 219, 283) gelagert ist.
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