WO2019170278A1 - Radiallager für einen abgasturbolader und abgasturbolader - Google Patents

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WO2019170278A1
WO2019170278A1 PCT/EP2019/000044 EP2019000044W WO2019170278A1 WO 2019170278 A1 WO2019170278 A1 WO 2019170278A1 EP 2019000044 W EP2019000044 W EP 2019000044W WO 2019170278 A1 WO2019170278 A1 WO 2019170278A1
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WO
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bearing
radial bearing
gas turbocharger
longitudinal axis
radial
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PCT/EP2019/000044
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Lorenz Jaenike
Nestor Kasprzyk
Dominic König
Matthias DEUTSCHER
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Ihi Charging Systems International Gmbh
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Publication date
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    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/166—Sliding contact bearing
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a radial bearing for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1 and to an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 7.
  • Radial bearings are used for the storage of rotatable components, usually of so-called shafts. A distinction is in principle between so-called plain bearings and bearings. Rolling bearings are using one like that
  • Rotary body wherein a so-called outer ring, which with the help of positioned between the inner ring and the outer ring Wälzkörpem, eg. Spheres or rollers, fixed to a housing, within which the shaft is received, is connected.
  • a so-called outer ring which with the help of positioned between the inner ring and the outer ring Wälzkörpem, eg. Spheres or rollers, fixed to a housing, within which the shaft is received, is connected.
  • Plain bearings have the contrary, in principle, a much simpler structure.
  • the shaft itself is movably received in a bearing body, generally a hollow cylinder whose diameter and length are dependent on a body rotatable by means of the shaft and thus on forces generated by the shaft. That is, between the shaft and an inner wall of the bearing body, a more or less large gap is formed. This gap is at least partially filled with a lubricant to avoid a solid friction between the inner wall of the bearing body and a lateral surface of the shaft during operation.
  • the bearing body itself is accommodated in a housing with a receiving opening for receiving the bearing body or the bearing body is itself formed by the housing, a bearing portion.
  • a variant of the simple slide bearing is a so-called floating bush bearing.
  • the bearing body itself is movably mounted in the housing and thus can also rotate. That is, in a floating bushing storage, the shaft and the bearing body are each arranged rotatably in the housing. So that the lubricant in the gap between the lateral surface of the shaft and a
  • Inner wall of the bearing body can enter, for example
  • the “semi-floating” bearing has a first rotational body in the first bearing body, wherein in the second bearing body, a second rotational body, generally a shaft, is rotatably positioned.
  • the first rotation body is fixed in the "semi-floating" bearing, so that although a mobility is possible, but a rotation is prevented. This is the difference to the "full-floating" bearing, because in this also the first rotation body in the first bearing body is rotating or
  • a floating bush bearing is used particularly in mechanical engineering in fast or high-revving waves, because an advantage of this camp is it
  • Wave deflections can lead.
  • a consequence of the oil whirl is an unstable storage behavior, caused by an irregularly building up and
  • the object of the present invention is to provide a radial bearing for a
  • the further object of the invention is to provide an exhaust gas turbocharger with a long, compared to the prior art extended life.
  • An inventive radial bearing for an exhaust gas turbocharger is designed as a plain bearing and comprises a bearing bush, which is designed to receive a shaft of the exhaust gas turbocharger. It is formed at least one surface of the shaft of the radial bearing.
  • the bearing bush has a lubricant inlet. Furthermore, the bearing bush is formed integrally with a cavity, wherein the surface is complementary to an outer surface of the cavity
  • the radial bearing has a longitudinal axis and a median plane.
  • the cavity is designed to have a cross section in the form of a hypotrochoid, the hypotrochoid being used to produce
  • Hypotrochoid-shaped lubricant pockets provide improved pressure build-up of the lubricant between the shaft and the radial bearing, since it is not disturbed by further feeds formed between the lubricant pockets, which can significantly reduce, sometimes eliminate, oil whirl and oil whip effects.
  • exhaust gas turbocharger is characterized by a reduction of bearing wear and thus by increasing its life. It also results in a reduction of friction, whereby the efficiency and the response of the exhaust gas turbocharger can be improved, so that also having a fuel reduction of the exhaust gas turbocharger according to the invention
  • radial gaps formed between housing sections and impellers of the exhaust-gas turbocharger can be substantially reduced due to the reduced vibration of the running gear, whereby an increase in efficiency of the exhaust-gas turbocharger can be brought about.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a basic structure of a cavity surface of a radial bearing according to the invention
  • FIG. 3 is a plan view of an inventive radial bearing in a first embodiment
  • Fig. 4 in a perspective view the radial bearing like.
  • 3, 5 is a perspective view of the radial bearing according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 6 is a perspective view of the radial bearing according to the invention in a third embodiment
  • Fig. 8 in a perspective view the radial bearing like. Fig. 7,
  • Fig. 10 in a perspective view the radial bearing according to the invention like. Fig. 9.
  • Fig. 1 are radial bearings 1 according to the prior art for a
  • Exhaust gas turbocharger 2 shown.
  • the radial bearings 1 are provided for the radial mounting of a shaft 3 of the exhaust gas turbocharger 2, the shaft 3 is a running gear 4 of the exhaust gas turbocharger having a compressor impeller not shown in detail and a not shown turbine wheel, is associated and in a non-illustrated bearing portion of the exhaust gas turbocharger. 2 is received rotatably.
  • the exhaust gas turbocharger 2 is preferably with a not shown
  • the radial bearings 1 which are designed in the form of plain bearings are designed differently, wherein in addition to an inner surface 5, a bearing bush 6 of the radial bearing 1 and a number of
  • Lubricant feeds 7 is performed varying.
  • the radial bearing 1 is shown in the form of a multi-surface radial plain bearing, wherein the radial bearing 1 so-called
  • the radial bearing 1 is shown in the form of a floating bush bearing, wherein between the bearing bush 6 and the shaft 3, a further bearing bushing 10 is rotatably received.
  • the further bearing bushing 10 is formed as a hollow cylinder, with the aid of further lubricant feeds 11 a further lubrication gap 12 formed between the shaft 3 and the further bearing bush 12 can be filled with lubricant, which flow starting from the lubrication gap 9 via the further lubricant inlets 11 into the further lubrication gap 12 can and vice versa.
  • This floating bush bearing 1 is shown in a variant in Fig. 1d), wherein the further bearing bush 10 has a wave-shaped cross-section.
  • an inventive radial bearing 1 which is designed as a fixed bearing, but can also be designed as a floating bush bearing, shown in several embodiments. If the radial bearing 1 is designed as a floating bush bearing, the bearing bush 6 of the further bearing bush 10, the lubricant inlet 7 corresponds to the further lubricant inlet 11, and the lubrication gap 9 the further lubrication gap 12.
  • the radial bearing 1 designed as a fixed bearing is described below by way of example.
  • the bearing bush 6, comprising a longitudinal axis 14, comprises a cavity 13.
  • the inner surface 5 is the cavity 13 in the radial direction delimiting
  • the cavity 13 has a cross section QH in the form of a hypotrochoid, wherein the hypotrochoid to bring the lubricating pockets 8 a
  • a M / M from the longitudinal axis 14 has.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a basic structure of a
  • the cavity surface 15 executed in the form of the hypotrochoid has a base circle 16 whose base circle radius RG corresponds to the maximum distance AMAX. Furthermore, the cavity surface 15 has an inner circle 17 whose inner circle radius Ri corresponds to the minimum distance A / M.
  • hypotrochoid is dependent on those described below
  • the first variable d corresponds to a mean diameter between the
  • the second variable r is to be determined from the quotient between the subtraction of the base circle 16 and the first variable d and a number n of
  • Lubrication pockets 8 minus the value 1.
  • the third variable R corresponds to the product of the number n of the lubrication pockets 8 and the second variable r.
  • Embodiment illustrated in a plan view The radial bearing 1 has an outer bevel 24 on its end face 23.
  • the radial bearing is like.
  • Fig. 3 illustrates in a perspective view and has distributed over its circumference six lubricant inlets 7.
  • radial bearing 1 according to the invention is shown in a perspective view in a second embodiment.
  • the formed in the form of Hypotrochoide cavity 13 is over the full axial extent of the
  • Bearing bush 6 is formed constant. At the greatest distance AMAX from the longitudinal axis 14 having lubricating pockets 8 is a respective
  • Lubricant inlet 7 is formed.
  • Fig. 6 the radial bearing 1 according to the invention is shown in a third embodiment in a perspective view.
  • the bearing bush 6 has an outer surface 18, which comprises the inner surface 5 and is formed at a constant distance AF thereof.
  • the outer surface 18 has a contour in the form of a hypotrochoid.
  • the lubricant inlets 7 are exemplified in the area of the lubrication pockets 8.
  • This embodiment is particularly advantageous in a floating bush bearing, which is designed as a so-called "full floating" bearing, since the advantage of
  • Hypochromic lubricant-contacting surface 5 is also transferable to the outer surface 18, since an outer surface 18 touching
  • Lubricant film also tends to blister.
  • Fig. 7 shows in a perspective view, the inner surface 5 respectively.
  • Hollow surface 15 of the radial bearing 1 according to the invention according to a fourth embodiment.
  • Schmierstoffzuggiitn 7 an improved distribution of the lubricant in the axial direction of the radial bearing 1 can be achieved, whereby a stable rotation of the shaft 3 can bring about.
  • Fig. 9 is a perspective view of the cavity 13 of the
  • inventive radial bearing 1 shown in a fifth embodiment.
  • the radial bearing 1 is in the axial direction along its
  • the length L is composed of a first length L1 and a second length L2. At a distance of the length L2, starting from the end face 23, a center face 19 extending transversely to the longitudinal axis 14 is formed. This central surface 19 is a between a first portion 20 of the bearing bush 6 and a second
  • the lengths L1, L2 could also be designed differently large.
  • the first portion 20 is the
  • Fig. 10 is a perspective view of the invention
  • the production of the radial bearing 1 according to the invention is preferably carried out with a machining process, in particular with a turning process, wherein the hypotrochoides can preferably be produced in a multi-spindle turning process in which, for example, the milling tool has a cross section according to the milling surface 22, s. Fig. 2, has.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radiallager für einen Abgasturbolader, wobei das Radiallager als Gleitlager ausgebildet ist und eine Lagerbuchse (6) umfasst, die eine Welle (3) des Abgasturboladers (2) aufnehmbar ausgebildet ist, und wobei zumindest eine die Welle (3) umfassende Fläche (5) des Radiallagers (1) ausgebildet ist, und wobei die Lagerbuchse (6) einen Schmiermittelzulauf (7) aufweist, und wobei die Lagerbuchse (6) einen Hohlraum (13) umfassend ausgebildet ist, wobei die Fläche (5) komplementär zu einer Außenfläche (15) des Hohlraumes (13) ausgestaltet ist, und wobei das Radiallager (1) eine Längsachse (14) und eine Mittelebene (19) aufweist. Erfindungsgemäß ist der Hohlraum (13) einen Querschnitt (QH) in Form einer Hypotrochoide aufweisend ausgebildet, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung von Schmiertaschen (8) einen maximalen Abstand (AMAX) von der Längsachse (14) und einen minimalen Abstand (AMIN) von der Längsachse (14) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader.

Description

Radiallager für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft ein Radiallager für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Radiallager dienen der Lagerung von drehbaren Bauteilen, in der Regel von so genannten Wellen. Zu unterscheiden ist dabei grundsätzlich zwischen so genannten Gleitlagern und Wälzlagern. Wälzlager sind mit Hilfe eines so
genannten Innenringes fest mit dem drehbaren Bauteil, der Welle, einem
Rotationskörper, verbunden, wobei ein sogenannter Außenring, welcher mit Hilfe von zwischen dem Innenring und dem Außenring positionierten Wälzkörpem, bspw. Kugeln oder Walzen, fest mit einem Gehäuse, innerhalb dessen die Welle aufgenommen ist, verbunden ist.
Gleitlager weisen dem entgegen prinzipiell einen wesentlich einfacheren Aufbau auf. Die Welle selbst ist in einem Lagerkörper, im Allgemeinen ein Hohlzylinder, dessen Durchmesser und Länge von einem mit Hilfe der Welle rotierbaren Körper und somit von diesem erzeugten Kräften abhängig ist, bewegbar aufgenommen. Das heißt zwischen der Welle und einer Innenwandung des Lagerkörpers ist ein mehr oder weniger großer Spalt ausgebildet. Dieser Spalt ist zur Vermeidung einer Festkörperreibung zwischen der Innenwandung des Lagerkörpers und einer Mantelfläche der Welle im Betrieb zumindest teilweise mit einem Schmiermittel gefüllt. Der Lagerkörper selbst ist in einem Gehäuse mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Lagerkörpers aufgenommen oder der Lagerkörper wird selbst vom Gehäuse, einem Lagerabschnitt, gebildet. Eine Variante des einfachen Gleitlagers ist ein so genanntes Schwimmbuchsen- Lager. Hier ist der Lagerkörper selbst bewegbar im Gehäuse gelagert und kann somit ebenfalls rotieren. Das heißt bei einer Schwimmbuchsen-Lagerung sind die Welle und der Lagerkörper jeweils rotierbar im Gehäuse angeordnet. Damit das Schmiermittel in den Spalt zwischen der Mantelfläche der Welle und einer
Innenwandung des Lagerkörpers gelangen kann, sind beispielsweise
Lagerkörperöffnungen vorgesehen, die den Lagerkörper vollständig durchdringen. Zu unterscheiden ist bei den Schwimmbuchsenlagern zwischen so genannten „Semi-Floating“-Lagern und„Full-Floating“-Lagern. Das„Semi-Floating“-Lager weist einen ersten Rotationskörper im ersten Lagerkörper auf, wobei im zweiten Lagerkörper ein zweiter Rotationskörper, im Allgemeinen eine Welle, rotierbar positioniert ist. Der erste Rotationskörper ist allerdings beim„Semi-Floating“-Lager fixiert, so dass zwar eine Bewegbarkeit möglich ist, allerdings eine Rotation unterbunden wird. Dies ist der Unterschied zum„Full-Floating“-Lager, denn bei diesem ist auch der erste Rotationskörper im ersten Lagerkörper rotier- bzw.
verdrehbar aufgenommen.
Ein Schwimmbuchsenlager wird insbesondere im Maschinenbau bei schnell- bzw. hochdrehenden Wellen eingesetzt, denn ein Vorteil dieses Lagers ist, es
konstruktionsbedingt eine hohe Stabilität bei hohen Drehzahlen bietet und wartungsarm ist. Bei zunehmend höheren Drehzahlen treten jedoch selbsterregte Instabilitäten auf, auch mit Oil-Whirl bezeichnet, die zu hohen
Wellenauslenkungen führen können. Eine Folge des Oil-Whirls ist ein instabiles Lagerverhalten, herbeigeführt durch eine sich irregulär aufbauende und
zusammenbrechende Schmierfilmdicke. Problematisch ist nicht alleine der Oil- Whirl, sondern ein so genanntes Einrasten dieses Oil-Whirls, welches als Oil-Whip bezeichnet wird. Dieses Einrasten erfolgt bei einer Übereinstimmung einer Oil- Whirl-Frequenz und einer mechanischen Eigenfrequenz. Diese Effekte, sowohl der Oil-Whirl- als auch insbesondere der Oil-Whip-Effekt, führen unvorhersehbar zu hohen Wellenamplituden und infolgedessen zu Festkörperreibung mit möglichen irreparablen Schäden der Lagervorrichtung. Da der Oil-Whirl-Effekt im Betrieb dem Oil-Whip-Effekt vorausgeht, ist im Folgenden nur von dem Oil-Whirl-Effekt die Rede.
Diese Oil-Whirl- und Oil-Whip-Effekte lassen sich dadurch vermeiden, zumindest verringern, dass der im Radiallager mit Schmiermittel gefüllte Bereich zumindest eine Fläche aufweist, die zu einer Umlenkung des Schmiermittels führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radiallager für einen
Abgasturbolader zu schaffen, welches zumindest eine Reduzierung der Oil-Whip- und/oder Oil-Whirl-Effekte aufweist. Die weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Abgasturboladers mit einer langen, gegenüber dem Stand der Technik verlängerten Lebensdauer.
Diese Aufgabe wird durch ein Radiallager für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Radiallager für einen Abgasturbolader ist als Gleitlager ausgebildet und umfasst eine Lagerbüchse, die eine Welle des Abgasturboladers aufnehmbar ausgebildet ist. Es ist zumindest eine die Welle umfassende Fläche des Radiallagers ausgebildet. Die Lagerbüchse weist einen Schmiermittelzulauf auf. Des Weiteren ist die Lagerbüchse einen Hohlraum umfassend ausgebildet, wobei die Fläche komplementär zu einer Außenfläche des Hohlraumes
ausgestaltet ist. Das Radiallager weist eine Längsachse und eine Mittelebene auf. Erfindungsgemäß ist der Hohlraum einen Querschnitt in Form einer Hypotrochoide aufweisend ausgebildet, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung von
Schmiermitteltaschen einen maximalen Abstand von der Längsachse und einen minimalen Abstand von der Längsachse aufweist.
Die Herstellung von so genannten Mehrflächengleitlagern, welche Schmiermiteltaschen aufweisen, weist insbesondere bei kleinen Durchmessern der Radiallager kostenintensive Herstellverfahren insbesondere aufgrund eines hohen Zeitaufwandes auf, wie es bspw. beim Drahterodieren der Fall ist. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in der Herstellung mit Hilfe einer
kostengünstigen spanenden Bearbeitung, insbesondere einem Fräsverfahren zu sehen, da der Hohlraum in Form der Hypotrochoide mit Hilfe einer einfachen Drehoperation herstellbar ist.
Die Ausbildung von Schmiermitelzuläufen im Bereich der mit Hilfe der
Hypotrochoide ausgebildeten Schmiermiteltaschen ergibt einen verbesserten Druckaufbau des Schmiermitels zwischen der Welle und dem Radiallager, da dieser nicht durch zwischen den Schmiermiteltaschen ausgebildete weitere Zuläufe gestört wird, wodurch sich Oil-Whirl- und Oil-Whip-Effekte wesentlich reduzieren, mitunter auch eliminieren lassen.
Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Radiallager durch seine
kostengünstige und damit wirtschaftliche Herstellbarkeit bei hoher Genauigkeit aus. Aufgrund der hypotrochoidenförmigen Fläche, die der Welle oder einem feststehenden Gehäuseabschnit gegenüberliegend ausgeführt ist, ergibt sich eine verbesserte, da erhöhte Lagersteifigkeit und somit eine Erhöhung der relativen Tragfähigkeit.
Der mit dem erfindungsgemäßen Radiallager ausgestatete Abgasturbolader zeichnet sich durch eine Reduzierung des Lagerverschleißes und somit durch eine Erhöhung seiner Lebensdauer aus. Es ergibt sich weiterhin eine Reduzierung der Reibleistung, wodurch sich der Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten des Abgasturboladers verbessern lassen, so dass auch eine Kraftstoffreduzierung eines den erfindungsgemäßen Abgasturbolader aufweisenden
Verbrennungsmotors ermöglicht ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist in einer
Reduzierung der Geräuschemissionen aufgrund eines wesentlich verbesserten Geräuschverhaltens zu sehen. Durch die Eliminierung bzw. der Reduzierung des Oil Whirls wird ein so genannter Konstantton im Betrieb des Abgasturboladers wesentlich reduziert. Es ergibt sich ein wesentlich schwingungsfreieres
Rotationsverhalten eines die Welle aufweisenden Laufzeugs des
Abgasturboladers, welches zu einer Robustheit der das erfindungsgemäße
Radiallager aufweisenden Lagerung führt.
Insbesondere lassen sich zwischen Gehäuseabschnitten und Laufrädern des Abgasturboladers ausgebildete Radialspalte aufgrund der reduzierten Schwingung des Laufzeugs wesentlich verkleinern, wodurch eine Wirkungsgradsteigerung des Abgasturboladers herbeigeführt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und
Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
Fig. 1 in jeweils einem Längsschnitt verschiedene Radiallager a) bis d) gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 in einer Prinzipdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer Hohlraumfläche eines erfindungsgemäßen Radiallagers,
Fig. 3 in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Radiallager in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht das Radiallager gern. Fig. 3, Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager in einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung eine Innenfläche des
erfindungsgemäßen Radiallagers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 in einer perspektivischen Darstellung das Radiallager gern. Fig. 7,
Fig. 9 in einer perspektivischen Darstellung einen Hohlraum des
erfindungsgemäßen Radiallagers in einem fünften Ausführungsbeispiel, und
Fig. 10 in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Radiallager gern. Fig. 9.
In Fig. 1 sind Radiallager 1 gemäß dem Stand der Technik für einen
Abgasturbolader 2 dargestellt. Die Radiallager 1 sind zur radialen Lagerung einer Welle 3 des Abgasturboladers 2 vorgesehen, wobei die Welle 3 einem Laufzeug 4 des Abgasturboladers, aufweisend ein nicht näher dargestelltes Verdichterlaufrad und ein nicht näher dargestelltes Turbinenlaufrad, zugehörig ist und in einem nicht näher dargestellten Lagerabschnitt des Abgasturboladers 2 drehbar aufgenommen ist.
Der Abgasturbolader 2 ist bevorzugt mit einer nicht näher dargestellten
Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, wobei das Turbinenlaufrad von Abgas der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt und in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wobei es aufgrund der mit Hilfe der Welle 3 herbeigeführten drehfesten Verbindung mit dem Verdichterlaufrad dieses ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzt, so dass dieses Verbrennungsluft ansaugen kann, welche ein nicht näher dargestelltes Verdichtergehäuse des Abgasturboladers durchströmt, wobei es verdichtet wird. Somit wird der Verbrennungskraftmaschine verdichtete
Verbrennungsluft bereitgestellt.
Die Radiallager 1 gemäß dem Stand der Technik, welche in Form von Gleitlagern ausgeführt sind, sind unterschiedlich ausgebildet, wobei neben einer Innenfläche 5 eine Lagerbüchse 6 des Radiallagers 1 auch eine Anzahl von
Schmiermittelzuläufen 7 variierend ausgeführt ist.
In den Figuren 1 a) und b) ist das Radiallager 1 in Form eines Mehrflächen- Radialgleitlagers dargestellt, wobei das Radiallager 1 so genannte
Schmiertaschen 8 aufweist. Zwischen der Welle 3 und der Lagerbüchse 6 ist ein Schmierspalt vorgesehen, welcher mit Schmiermittel befüllbar ist und im Bereich der Schmiertaschen 8 vergrößert ist.
In Fig. 1 c) ist das Radiallager 1 in Form eines Schwimmbuchsenlagers dargestellt, wobei zwischen der Lagerbüchse 6 und der Welle 3 eine weitere Lagerbüchse 10 drehbar aufgenommen ist. Die weitere Lagerbüchse 10 ist hohlzylindrisch ausgebildet, wobei mit Hilfe weiterer Schmiermittelzuläufe 11 ein zwischen der Welle 3 und der weiteren Lagerbüchse 10 ausgebildeter weiterer Schmierspalt 12 mit Schmiermittel befüllt werden kann, das ausgehend vom Schmierspalt 9 über die weiteren Schmiermittelzuläufe 11 in den weiteren Schmierspalt 12 fließen kann und vice versa. Dieses Schwimmbuchsenlager 1 ist in einer Variante in Fig. 1d) dargestellt, wobei die weitere Lagerbüchse 10 einen wellenförmigen Querschnitt aufweist.
In den Figuren 2 bis 10 ist ein erfindungsgemäßes Radiallager 1 , welches als Festlager ausgebildet ist, jedoch auch als Schwimmbuchsenlager ausgeführt sein kann, in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Sofern das Radiallager 1 als Schwimmbuchsenlager ausgebildet ist, entspricht die Lagerbüchse 6 der weiteren Lagerbüchse 10, der Schmiermittelzulauf 7 dem weiteren Schmiermittelzulauf 11 , und der Schmierspalt 9 dem weiteren Schmierspalt 12. Im Folgenden wird exemplarisch das als Festlager ausgeführt Radiallager 1 beschrieben.
Die Lagerbüchse 6, aufweisend eine Längsachse 14, umfasst einen Hohlraum 13. Die Innenfläche 5 ist den Hohlraum 13 in radialer Richtung begrenzend
ausgeführt.
Der Hohlraum 13 weist einen Querschnitt QH in Form einer Hypotrochoide auf, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung der Schmiertaschen 8 einen
maximalen Abstand AMAX von der Längsachse 14 und einen minimalen Abstand
A M/M von der Längsachse 14 aufweist.
In Fig. 2 ist in einer Prinzipdarstellung ein prinzipieller Aufbau einer
Hohlraumfläche 15 des Hohlraums 13 des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 illustriert. Die in Form der Hypotrochoide ausgeführte Hohlraumfläche 15 weist einen Grundkreis 16 auf, dessen Grundkreisradius RG dem maximalen Abstand AMAX entspricht. Des Weiteren weist die Hohlraumfläche 15 einen Innenkreis 17 auf, dessen Innenkreisradius Ri dem minimalen Abstand A /M entspricht.
Die Hypotrochoide ist in Abhängigkeit der nachstehend beschriebenen
Gleichungen (1 ) und (2) zu bestimmen: c(q) = (R - r)cos0 + dcos(—— -Q) (1 )
r
Figure imgf000010_0001
Die erste Variable d entspricht einem mittleren Durchmesser zwischen dem
Grundkreis 16 und dem Innenkreis 17.
Die zweite Variable r ist zu ermitteln aus dem Quotienten zwischen der Subtraktion des Grundkreises 16 und der ersten Variablen d und einer Anzahl n der
Schmiertaschen 8 abzüglich dem Wert 1. Die dritte Variable R entspricht dem Produkt der Anzahl n der Schmiertaschen 8 und der zweiten Variablen r.
In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Radiallager 1 gemäß eines ersten
Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht illustriert. Das Radiallager 1 weist an seiner Stirnfläche 23 eine Außenfase 24 auf. In Fig. 4 ist das Radiallager gern. Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht illustriert und weist insgesamt über seinem Umfang verteilt sechs Schmiermittelzuläufe 7 auf.
In Fig. 5 ist das erfindungsgemäße Radiallager 1 in einer perspektivischen Ansicht in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der in Form der Hypotrochoide ausgebildete Hohlraum 13 ist über die vollständige axiale Erstreckung der
Lagerbüchse 6 konstant ausgebildet. An den größten Abstand AMAX von der Längsachse 14 aufweisenden Schmiertaschen 8 ist jeweils ein
Schmiermittelzulauf 7 ausgebildet.
In Fig. 6 ist in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager 1 in einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Lagerbüchse 6 weist eine Außenfläche 18 auf, welche die Innenfläche 5 umfasst und in einem konstanten Abstand AF von dieser ausgebildet ist. Somit weist die Außenfläche 18 eine Kontur in Form einer Hypotrochoide auf. Die Schmiermittelzuläufe 7 sind beispielhaft im Bereich der Schmiertaschen 8 ausgebildet. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft bei einer Schwimmbuchsenlagerung, welche als so genanntes„Full-Floating“-Lager ausgebildet ist, da der Vorteil der
hypotrochoidenförmigen schmiermittelkontaktierenden Fläche 5 auch auf die Außenfläche 18 übertragbar ist, da ein die Außenfläche 18 berührender
Schmiermittelfilm ebenfalls zur Blasenbildung neigt.
Fig. 7 stellt in einer perspektivischen Darstellung die Innenfläche 5 resp. die
Hohlraumfläche 15 des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dar. Der Hohlraum 13 weist die Hohlraumfläche 15 sich entlang der Längsachse 14 um diese verdrehend auf. Das heißt mit anderen Worten, dass der maximale Abstand AMAX und der minimale Abstand AMIN der Hohlraumfläche 15 in axialer Richtung entlang der Längsachse 14 um die
Längsachse 14 drehend, somit in Umfangsrichtung der Lagerbüchse 6 entlang der Längsachse 14 veränderlich positioniert ausgebildet sind. Das erfindungsgemäße Radiallager 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist in einer perspektivischen Darstellung in Fig. 8 illustriert. Zentren 25 der Schmiermittelzuläufe 7 sind jeweils im Bereich des maximalen Abstandes AMAX angeordnet. Der Vorteil dieses
Ausführungsbeispiels ist darin zu sehen, dass ausgehend von den
Schmiermittelzuläufen 7 eine verbesserte Verteilung des Schmiermittels in axialer Richtung des Radiallagers 1 erzielbar ist, wodurch sich eine stabile Rotation der Welle 3 herbeiführen lässt.
In Fig. 9 ist in einer perspektivischen Darstellung der Hohlraum 13 des
erfindungsgemäßen Radiallagers 1 in einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Radiallager 1 ist sich in axialer Richtung entlang seiner
Längsachse 14 über eine Länge L erstreckend ausgeführt. Die Länge L setzt sich zusammen aus einer ersten Länge L1 und einer zweiten Länge L2. Im Abstand der Länge L2 ist ausgehend von der Stirnfläche 23 eine sich quer zur Längsachse 14 erstreckende Mittelfläche 19 ausgebildet. Diese Mittelfläche 19 ist eine sich zwischen einem ersten Abschnitt 20 der Lagerbüchse 6 und einem zweiten
Abschnitt 21 der Lagerbüchse 6 quer zur Längsachse 14 erstreckende
Trennfläche, die die beiden Abschnitte 20, 21 in zwei gleich lange Abschnitte teilt. Ebenso könnten die Längen L1 , L2 auch unterschiedlich groß ausgebildet sein.
Im vorliegenden fünften Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt 20 das
Resultat einer Spiegelung des zweiten Abschnitts 21 an dieser Mittelfläche 19.
In Fig. 10 ist in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße
Radiallager 1 gern. Fig. 9 illustriert.
Selbstredend können die Radiallager 1 der vorstehend genannten
Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Anzahl und Position der Schmiermittelzuläufe 7 sowie der Kontur ihrer Außenflächen 18 und ihrer
Hohlräume 13 variieren.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 erfolgt bevorzugt mit einem spanenden Bearbeitungsverfahren, insbesondere mit einem Drehverfahren, wobei die Hypotrochoide sich bevorzugt in einem Mehrspindeldrehverfahren herstellen lässt, bei dem beispielsweise das Fräswerkzeug einen Querschnitt gemäß der Fräserfläche 22, s. Fig. 2, aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Radiallager für einen Abgasturbolader, wobei das Radiallager als Gleitlager ausgebildet ist und eine Lagerbüchse (6) umfasst, die eine Welle (3) des Abgasturboladers (2) aufnehmbar ausgebildet ist, und wobei zumindest eine die Welle (3) umfassende Fläche (5) des Radiallagers (1 ) ausgebildet ist, und wobei die Lagerbüchse (6) einen Schmiermittelzulauf (7) aufweist, und wobei die Lagerbüchse (6) einen Hohlraum (13) umfassend
ausgebildet ist, wobei die Fläche (5) komplementär zu einer Außenfläche (15) des Hohlraumes (13) ausgestaltet ist, und wobei das Radiallager (1 ) eine Längsachse (14) und eine Mittelebene (19) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlraum (13) einen Querschnitt (QH) in Form einer Hypotrochoide aufweisend ausgebildet ist, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung von Schmiermitteltaschen (8) einen maximalen Abstand (AMAX) von der
Längsachse (14) und einen minimalen Abstand (AMIN) von der Längsachse (14) aufweist.
2. Radiallager nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Querschnitt (QH) in Richtung der Längsachse (14) veränderlich ausgebildet ist, wobei er um die Längsachse (14) verdreht ausgebildet ist.
3. Radiallager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Querschnitt (QH) in Richtung der Längsachse (14) um die Mittelebene (19) gespiegelt ausgebildet ist.
4. Radiallager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Querschnitt (QH) in Richtung der Längsachse (14) kontinuierlich verdreht ausgebildet ist.
5. Radiallager nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schmiermittelzulauf (7) im Bereich der Schmiertaschen (8) ausgeführt ist.
6. Radiallager nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenfläche (18) eine Kontur in Form einer Hypotrochoide aufweist.
7. Abgasturbolader, mit einem Gehäuse und einem Laufzeug (4), wobei das Gehäuse einen Lagerabschnitt zur Lagerung einer Welle (3) des Laufzeugs (4) umfassend ausgebildet ist, und wobei die Welle (3) mit Hilfe eines Radiallagers (1 ) in radialer Richtung im Lagerabschnitt gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Radiallager (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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ANONYMOUS: "Hypotrochoid", 28 December 2018 (2018-12-28), XP002791562, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Hypotrochoid> [retrieved on 20190523] *

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