WO2024104528A1 - Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager - Google Patents

Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager Download PDF

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WO2024104528A1
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axial bearing
bearing
lubricant
channel
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PCT/DE2023/100829
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Henryk JOHN
Matthias DEUTSCHER
Roberto De Santis
Dominic König
Sven Becker
Sotirios NIKOLAIDIS
Alessandro CICOLIN
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Ihi Charging Systems International Gmbh
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    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • Axial bearing for supporting a rotating shaft and exhaust turbocharger with an axial bearing
  • the invention relates to an axial bearing for supporting a rotatable shaft of the type specified in the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 9.
  • Axial bearings in particular axial bearings for rotating shafts of exhaust gas turbochargers, are well known. They can be axial bearings in the form of a separate disk or axial bearings integrated in a sleeve, whereby a combination with radial bearings is possible. However, the invention relates to an axial bearing in the form of a disk.
  • the published patent application DE 11 2019 002 338 T5 discloses an axial bearing in the form of a disk for supporting a shaft for an exhaust gas turbocharger.
  • the axial bearing has a central opening for receiving the shaft, which is surrounded by ring-shaped lubricant pockets on a disk surface.
  • a lubricant channel for supplying lubricant to the central opening is designed in the form of a bore starting from the disk surface towards the central opening, with the lubricant pockets being indirectly supplied with lubricant.
  • the invention is based on the object of specifying an axial bearing for a rotating shaft, which, in addition to improved running properties, has a higher load capacity and at the same time improved wear properties. At the same time, it is an object of the invention to provide an exhaust gas turbocharger which is characterized by reduced wear and tear and simultaneously improved efficiency.
  • An axial bearing according to the invention for supporting a rotatable shaft has a first bearing body that is firmly connected to a bearing section of an exhaust gas turbocharger and a second bearing body that rotates with the shaft, wherein at least the first bearing body has a first sliding surface with an annular surface and with a surface profile.
  • a lubricating gap with lubricant is formed between the first sliding surface and a second sliding surface of the second bearing body.
  • a lubricant channel with a channel inlet and a channel outlet for supplying lubricant to the annular surface is formed in the first bearing body.
  • the first sliding surface is formed on an end face of a disk.
  • the first sliding surface has a particle groove for removing dirt particles present in the lubricant, with a first groove end and a second groove end facing away from the first groove end, wherein the channel outlet is designed to receive the first groove end, and wherein the second groove end is formed in the radial direction at least on an outer edge of the annular surface or beyond.
  • the advantage of the particle groove is that particles present in the lubricant are removed from the lubricating gap in a defined manner, thus reducing wear on the axial bearing.
  • a lubricant flow can be increased, which can result in improved cooling of the axial bearing and lower temperatures of a lubricant film, which can lead to a greater lubricant thickness.
  • a higher lubricant thickness means a higher load capacity, which means that the axial bearing can be loaded with more force and thus safety against failure can be increased.
  • a further simplified manufacture of the axial bearing according to the invention can be achieved if the particle groove is designed to extend in a straight line in the radial direction. Furthermore, particles can be absorbed and passed on more effectively than with a curved particle groove.
  • the axial bearing according to the invention can be further manufactured cost-effectively if the lubricant channel is designed to extend in the radial direction.
  • a conical design of the particle groove makes it possible to achieve a better pressure distribution at the inlets and outlets of the particle groove in the lubricant flow so that the axial bearing can be optimally supplied with lubricant.
  • the particle groove has an oval or elliptical cross-section.
  • the shape of the particle groove is thus designed for cost-effective production.
  • the lubricant channel has a non-circular, asymmetrical and/or freely formed channel outlet, with a surface transition from the channel outlet to the first sliding surface being elastohydrodynamically improved.
  • the first sliding surface has at least partially a microstructure, in particular in the area of at least one wedge surface and/or locking surface, which has a flow-directing and microdynamic effect on a lubricating medium.
  • the microstructure results in a flow-directing and microdynamic effect on the lubricant, whereby a more stable lubricating film can be brought about and thus the load-bearing capacity of the axial bearing can be increased, whereby the running properties of the axial bearing are ultimately further significantly improved and the wear of the axial bearing is further reduced.
  • the sliding and/or bearing surface has at least partially a friction and/or wear-reducing surface coating, which is designed, for example, based on a carbon coating. This results in further improved running properties and a further reduction in wear of the axial bearing.
  • a further aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger with a housing and a rotor, in particular comprising a compressor wheel and a turbine wheel connected in a rotationally fixed manner by means of a shaft, wherein according to the invention the housing has an axial bearing for supporting a shaft of the rotor, which is designed according to one of the previously described embodiments.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a section of an exhaust gas turbocharger according to the invention with an axial bearing according to the invention
  • Fig. 2 shows a perspective view of the axial bearing according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 3 in a side view a bearing surface of the axial bearing according to Fig. 2,
  • Fig. 5 shows a perspective view of a bearing surface of the axial bearing according to Fig. 4.
  • An exhaust gas turbocharger 1 according to the invention which has an axial bearing 2 according to the invention, essentially has a housing 3 with an exhaust gas guide section 4, a fresh air guide section 5 and a bearing section 6 and a rotor 7 with a turbine wheel 8, a compressor wheel 9 and a shaft 10 that connects the turbine wheel 8 to the compressor wheel 9 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor 7 is rotatably accommodated in the housing 3 such that the turbine wheel 8 is arranged rotatably in the exhaust gas guide section 4, the compressor wheel 9 in the fresh air guide section 5 and the shaft 10 in the bearing section 6.
  • the shaft 10 is rotatably mounted in the bearing section 6 with the aid of at least one radial bearing 11 for absorbing radial forces and at least one axial bearing 2 for absorbing axial forces.
  • the exhaust gas turbocharger 1 according to the invention is illustrated, wherein the axial bearing 2 according to the invention is designed in the form of a disk.
  • the axial bearing 2 for supporting the rotatable shaft 10 comprises a Bearing section 6 connected first bearing body 12 with a first sliding surface 13 and a second bearing body 14 rotating with the shaft 10 with a second sliding surface 15. Both the first bearing body 12 and the second bearing body 14 each have a central opening 16 within which the shaft 10 is received.
  • the first sliding surface 13 is positioned facing the second sliding surface 15, forming a lubricating gap.
  • the second sliding surface 15 is essentially designed as a flat sliding surface.
  • the first sliding surface 13 positioned facing the second sliding surface 15 is designed as a bearing surface in the form of a circular ring surface 17 with a surface profile 18, comprising an outer edge 19 and an inner edge 20.
  • first sliding surface 13 could also be designed as a substantially flat sliding surface, in which case the second sliding surface 15 would be designed as a bearing surface.
  • the first sliding surface 13 and the second sliding surface 15 could also be designed as a bearing surface, which would result in a significant improvement in the running properties of the axial bearing 2 and a significant reduction in the wear of the axial bearing 2.
  • the first bearing body 12 of the axial bearing 2 according to the invention is designed in the form of a disk, which is used in the exhaust gas turbocharger 1 according to Figure 1, and has its first sliding surface 13, which is designed in the shape of a ring and is at least partially surrounded by a lubricant supply channel 21, three partial surfaces 22 which are designed in the shape of a circular segment.
  • first sliding surface 13 which is designed in the shape of a ring and is at least partially surrounded by a lubricant supply channel 21, three partial surfaces 22 which are designed in the shape of a circular segment.
  • three partial surfaces 22 which are designed in the shape of a circular segment.
  • more or fewer than three partial surfaces 22 could also be designed.
  • Each of the three partial surfaces 22 has a lubricant channel 23, with a channel inlet 24 and a channel outlet 25 facing away from the channel inlet 24 for supplying lubricant to the first sliding surface 13.
  • Lubricant can be fed into the channel inlet 24 via the lubricant supply channel 21. and are guided via the channel outlet 25 to the first sliding surface 13.
  • the lubricant channel 23 is designed to extend in the radial direction and the circumferential direction.
  • the lubricant channel 23 has a round cross-sectional shape at low cost. However, it could also have other cross-sectional shapes.
  • the first sliding surface 13 has a particle groove 26 with a first groove end 27 and a second groove end 28 facing away from the first groove end 27.
  • the channel outlet 25 and the first groove end 27, which in the present embodiment corresponds to a groove inlet 29 of the particle groove 26, are designed to overlap one another. In other words, this means that in the first embodiment shown, the channel outlet 25 corresponds to the groove inlet 29. Or, to put it in other words, the channel outlet 25 is designed to receive the first groove end 27 and vice versa.
  • the particle groove 26 is preferably designed to be inclined relative to the lubricant channel 23. This means that a groove axis 30 of the particle groove 26 is designed to be inclined by an angle a relative to a channel axis 31 of the lubricant channel 23.
  • the second groove end 28 is formed in the radial direction on the outer edge 19, in the region of the partial surface 22, and is thus designed to be spaced apart from an extension of the lubricant channel 23 along its channel axis 31.
  • the angle a depends on the area of application of the exhaust gas turbocharger 1 and on the particles present in the lubricant and varies in a range with a value of the angle a between 0° and 90°.
  • the particle groove 26 is preferably aligned such that the particles have a particle movement that corresponds to a "natural" flow direction that results from a radial movement of the axial bearing 2 and centrifugal forces of the particles.
  • the particle groove 26 is designed to extend in a straight line in the radial direction.
  • the particle groove 26 has a cross-section in the form of a circular segment. It could also have a cross-section in the form of an elliptical segment. Angular cross-sections could also be formed, but there would be a possibility that the particles to be removed would collect in the corners of the angular cross-sections.
  • Figures 4 and 5 illustrate the axial bearing 2 according to the invention in a second embodiment.
  • the first sliding surface 13 has the partial surface 22 subdivided into a wedge surface 32 and a locking surface 33.
  • the wedge surface 32 is usually designed to be inclined in the direction of rotation. However, if the inclination in another direction would have a positive effect on the formation of a lubricating film, the wedge surface 32 could also be designed to be inclined in this direction.
  • the first sliding surface 13 is at least partially equipped with a microstructure, in particular in the area of the partial surfaces 22 of at least one wedge surface 32 and/or locking surface 33.
  • the sliding surfaces 13, 15 also have at least partially a friction- and/or wear-reducing surface coating.
  • a shape and a positioning of the particle groove 26 on the first sliding surface 13 are selected to bring about an optimal lubricant flow through the axial bearing 2 so that a load-bearing capacity of the axial bearing 2, which should not be impaired, is taken into account.
  • the particle groove 26 can be produced, for example, by sintering or forging or by a machining process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axiallager (2) zur Lagerung einer rotierbaren Welle (10), mit einem fest mit einem Lagerabschnitt (6) eines Abgasturboladers (1) verbundenen ersten Lagerkörper (12) und einem mit der Welle (10) rotierenden zweiten Lagerkörper (14), wobei zumindest der erste Lagerkörper (12) eine erste Gleitfläche (13) mit einer Kreisringfläche (17) und mit einem Flächenprofil (18) aufweist, wobei zwischen der ersten Gleitfläche (13) und einer zweiten Gleitfläche (15) des zweiten Lagerkörpers (14) ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet ist, und mit einem im ersten Lagerkörper (12) ausgebildeten Schmiermittelkanal (23) mit einem Kanaleintritt (24) und einem Kanalaustritt (25) zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche (17), wobei die erste Gleitfläche (13) an einer Stirnseite einer Scheibe ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche (13) eine Partikelnut (26) auf, mit einem ersten Nutende (27) und einem von dem ersten Nutende (27) abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende (28), wobei der Kanalaustritt (25) das erste Nutende (27) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende (28) in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante (19) der Kreisringfläche (17) oder darüber hinaus ausgebildet ist.

Description

Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle und Abgasturbolader mit einem Axiallager
Die Erfindung betrifft ein Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art.
Axiallager, insbesondere Axiallager für rotierende Wellen von Abgasturboladern sind hinlänglich bekannt. Es kann sich dabei um Axiallager in Form einer separaten Scheibe oder um in einer Hülse integrierte Axiallager handeln, wobei hierbei eine Kombination mit Radiallagern möglich ist. Die Erfindung betrifft jedoch ein Axiallager in Form einer Scheibe.
Der Offenlegungsschrift DE 11 2019 002 338 T5 kann ein Axiallager in Form einer Scheibe zur Lagerung einer Welle für einen Abgasturbolader entnommen werden. Das Axiallager besitzt eine Zentralöffnung zur Aufnahme der Welle, welche an einer Scheibenfläche von ringabschnittsförmigen Schmiermitteltaschen umfasst ist. Ein Schmiermittelkanal zur Schmiermittelversorgung der Zentralöffnung ist in Form einer Bohrung ausgehend von der Scheibenfläche zur Zentralöffnung hin ausgebildet, wobei die Schmiermitteltaschen mittelbar mit Schmiermittel versorgt werden.
Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Axiallager für eine rotierbare Welle anzugeben, welches neben verbesserten Laufeigenschaften eine höhere Tragkraft bei gleichzeitig verbesserten Verschleißeigenschaften aufweist. Gleichzeitig ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Abgasturbolader bereitzustellen, welcher sich durch reduzierten Verschleiß bei gleichzeitig verbesserten Wirkungsgraden auszeichnet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Axiallager für eine rotierbare Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Axiallagers als vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers und umgekehrt anzusehen sind.
Ein erfindungsgemäßes Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle besitzt einen fest mit einem Lagerabschnitt eines Abgasturboladers verbundenen ersten Lagerkörper und einen mit der Welle rotierenden zweiten Lagerkörper, wobei zumindest der erste Lagerkörper eine erste Gleitfläche mit einer Kreisringfläche und mit einem Flächenprofil aufweist. Zwischen der ersten Gleitfläche und einer zweiten Gleitfläche des zweiten Lagerkörpers ist ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet. Im ersten Lagerkörper ist ein Schmiermittelkanal mit einem Kanaleintritt und einem Kanalaustritt zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche ausgebildet. Die erste Gleitfläche ist an einer Stirnseite einer Scheibe ausgebildet. Erfindungsgemäß weist zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche eine Partikelnut auf, mit einem ersten Nutende und einem von dem ersten Nutende abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende, wobei der Kanalaustritt das erste Nutende aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante der Kreisringfläche oder darüber hinaus ausgebildet ist. Der Vorteil der Partikelnut ist darin zu sehen, dass im Schmiermittel vorliegende Partikel definiert aus dem Schmierspalt entfernt werden und somit ein Verschleiß des Axiallagers reduziert ist. Es kann ferner ein Schmiermittelfluss gesteigert werden, woraus eine verbesserte Kühlung des Axiallagers und geringere Temperaturen eines Schmiermittelfilmes resultieren kann, welcher eine größere Schmiermitteldicke herbeiführen kann. Eine höhere Schmiermitteldicke bedeutet eine höhere Tragkraft, das heißt, dass das Axiallager, mit mehr Kraft belastet werden kann und so eine Sicherheit gegenüber Versagen gesteigert werden kann.
Eine weiter vereinfachte Herstellung des erfindungsgemäßen Axiallagers lässt sich erzielen, sofern die Partikelnut sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet ist. Des Weiteren können, im Vergleich zu einer gekrümmten Partikelnut, Partikel verbessert aufgenommen und weitergeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Axiallager kann weiter kostengünstig hergestellt werden, wenn der Schmiermittelkanal sich in radialer Richtung erstreckend ausgeführt ist.
Eine konische Ausbildung der Partikelnut führt zu der Möglichkeit eine bessere Druckverteilung an Ein- und Ausgängen der Partikelnut im Schmiermittelfluß herbeizuführen, damit das Axiallager optimal mit Schmiermittel versorgt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Axiallagers besitzt die Partikelnut einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt. Die Form der Partikelnut ist somit zur kostengünstigen Herstellung ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Schmiermittelkanal einen unrunden, unsymmetrischen und/oder frei geformten Kanalaustritt auf, wobei ein Flächenübergang vom Kanalaustritt zur ersten Gleitfläche elastohydrodynamisch verbessert ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass da der Schmiermittelkanal unterhalb der Gleitfläche, somit tunnelartig im ersten Lagerkörper eingebracht ist, durch ihre spezielle Ausgestaltung des Kanalaustritts eine definierte Zuführung von Schmiermittel in den Schmierspalt zu ermöglichen, ohne den hydrodynamischen Schmierzustand im Betrieb des Axiallagers, d. h. bei vorherrschend schnell drehenden Relativbewegungen von Gleit- und Lagerfläche zueinander, positiv zu beeinflussen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Gleitfläche zumindest teilweise eine Mikrostrukturierung insbesondere im Bereich mindestens einer Keilfläche und/oder Rastfläche auf, welche eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf ein Schmiermedium hat. Durch die Mikrostrukturierung ergibt sich eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf das Schmiermittel, wodurch ein stabilerer Schmierfilm herbeiführbar ist und somit die Tragkraft des Axiallagers erhöht werden kann, wodurch schließlich die Laufeigenschaften des Axiallagers weiter wesentlich verbessert und der Verschleiß des Axiallagers weiter reduziert werden.
Alternativ oder additiv weist in einer weiteren Ausgestaltung des Axiallagers die Gleit- und/oder Lagerfläche mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung auf, welche beispielsweise basierend auf einer Kohlenstoffbeschichtung ausgestaltet ist. Dadurch ergeben sich weiter verbesserte Laufeigenschaften und eine weitere Reduzierung des Verschleißes des Axiallagers.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Gehäuse und einem Laufzeug, insbesondere umfassend ein Verdichterrad und ein mit Hilfe einer Welle drehfest verbundenes Turbinenrad, wobei erfindungsgemäß zur Lagerung einer Welle des Laufzeugs das Gehäuse eine Axiallagerung aufweist, welche gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich für den Abgasturbolader eine Verbesserung seines Wirkungsgrades, da entsprechend den Ausgestaltungen des Axiallagers die Laufeigenschaften verbessert sind, welche im Betrieb des Abgasturboladers wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Abgasturboladers aufweisen. Des Weiteren ist infolge der verbesserten Verschleißeigenschaften die Lebensdauer des Abgasturboladers gesteigert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäßen Axiallager,
Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Axiallager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 in einer Seitenansicht eine Lagerfläche des Axiallagers gemäß Fig. 2,
Fig. 4 in einer Seitenansicht die Lagerfläche des erfindungsgemäßen
Axiallagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht eine Lagerfläche des Axiallagers gemäß Fig. 4.
Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 , welcher ein erfindungsgemäßes Axiallager 2 besitzt, weist im Wesentlichen ein Gehäuse 3 mit einem Abgasführungsabschnitt 4, einem Frischluftführungsabschnitt 5 sowie einem Lagerabschnitt 6 und ein Laufzeug 7 mit einem Turbinenrad 8, einem Verdichterrad 9 und eine das Turbinenrad 8 mit dem Verdichterrad 9 drehfest verbindende Welle 10 auf. Das Laufzeug 7 ist im Gehäuse 3 drehbar aufgenommen derart, dass das Turbinenrad 8 im Abgasführungsabschnitt 4, das Verdichterrad 9 im Frischluftführungsabschnitt 5 und die Welle 10 im Lagerabschnitt 6 drehbar angeordnet sind. Die Welle 10 ist im Lagerabschnitt 6 mit Hilfe von mindestens einem Radiallager 11 zur Aufnahme radialer Kräfte und mindestens einem Axiallager 2 zur Aufnahme axialer Kräfte drehbar gelagert.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 illustriert, wobei das erfindungsgemäße Axiallager 2 in Form einer Scheibe ausgebildet ist. Das Axiallager 2 zur Lagerung der rotierbaren Welle 10 umfasst einen fest mit dem Lagerabschnitt 6 verbundenen ersten Lagerkörper 12 mit einer ersten Gleitfläche 13 und einen mit der Welle 10 rotierenden zweiten Lagerkörper 14 mit einer zweiten Gleitfläche 15. Sowohl der erste Lagerkörper 12 als auch der zweite Lagerkörper 14 weisen jeweils eine Zentralöffnung 16 auf, innerhalb derer die Welle 10 aufgenommen ist.
Die erste Gleitfläche 13 ist der zweiten Gleitfläche 15 unter Ausbildung eines Schmierspaltes zugewandt positioniert. Die zweite Gleitfläche 15 ist im Wesentlichen als ebene Gleitfläche ausgebildet. Die der zweiten Gleitfläche 15 zugewandt positionierte erste Gleitfläche 13 ist als Lagerfläche in Form einer Kreisringfläche 17 mit einem Flächenprofil 18, umfassend eine Außenkante 19 und einer Innenkante 20 ausgebildet.
Ebenso könnte auch die erste Gleitfläche 13 als im Wesentlichen ebene Gleitfläche ausgebildet sein, wobei dann die zweite Gleitfläche 15 als Lagerfläche ausgebildet wäre. Auch könnten die erste Gleitfläche 13 und die zweite Gleitfläche 15 als Lagerfläche ausgebildet sein, wodurch sich eine wesentliche Verbesserung von Laufeigenschaften des Axiallagers 2 und eine wesentliche Reduzierung des Verschleißes des Axiallagers 2 ergeben würden.
In den Figuren 2 und 3 ist der erste Lagerkörper 12 des erfindungsgemäßen Axiallagers 2 in Form einer Scheibe ausgebildet, welcher im Abgasturbolader 1 gemäß Fig. 1 eingesetzt ist, und weist seine erste Gleitfläche 13, welche kreisringförmig ausgeführt und zumindest teilweise von einem Schmiermittelversorgungskanal 21 umfasst ist, drei Teilflächen 22 auf, welche kreisabschnittsförmig ausgebildet sind. Selbstredend könnten auch mehr oder weniger als drei Teilflächen 22 ausgebildet sein.
Jede der drei Teilflächen 22 besitzt einen Schmiermittelkanal 23, mit einem Kanaleintritt 24 und einem vom Kanaleintritt 24 abgewandt ausgebildeten Kanalaustritt 25 zur Schmiermittelversorgung der ersten Gleitfläche 13. Über den Schmiermittelversorgungskanal 21 kann Schmiermittel in den Kanaleintritt 24 eindringen und über den Kanalaustritt 25 gezielt auf die erste Gleitfläche 13 geführt werden. Der Schmiermittelkanal 23 ist sich in radialer Richtung und Umfangsrichtung erstreckend ausgeführt.
Der Schmiermittelkanal 23 weist kostengünstig eine runde Querschnittsform auf. Jedoch könnte er auch andere Querschnittsformen besitzen.
Zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln weist die erste Gleitfläche 13 eine Partikelnut 26 auf, mit einem ersten Nutende 27 und einem von dem ersten Nutende 27 abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende 28. Der Kanalaustritt 25 und das erste Nutende 27, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Nuteintritt 29 der Partikelnut 26 entspricht, sind einander überlagernd ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass im abgebildeten ersten Ausführungsbeispiel der Kanalaustritt 25 dem Nuteintritt 29 entspricht. Oder mit weiter anderen Worten beschrieben, ist der Kanalaustritt 25 das erste Nutende 27 aufnehmend und vice versa ausgebildet.
Die Partikelnut 26 ist bevorzugt gegenüber dem Schmiermittelkanal 23 geneigt ausgebildet. Das heißt, dass eine Nutachse 30 der Partikelnut 26 gegenüber einer Kanalachse 31 des Schmiermittelkanals 23 um einen Winkel a geneigt ausgebildet ist. Das zweite Nutende 28 ist in radialer Richtung an der Außenkante 19, im Bereich der Teilfläche 22 ausgebildet, somit zu einer Erstreckung das Schmiermittelkanals 23 entlang seiner Kanalachse 31 beabstandet ausgeführt.
Der Winkel a ist abhängig von einem Einsatzgebiet des Abgasturboladers 1 sowie von im Schmiermittel vorliegenden Partikeln und variiert in einem Bereich mit einem Wert des Winkels a zwischen 0° und 90°. Die Partikelnut 26 ist bevorzugt dabei so ausgerichtet, dass die Partikel eine Partikelbewegung aufweisen, welche einer „natürlichen“ Strömungsrichtung entspricht, welche sich aus einer radialen Bewegung des Axiallagers 2 und Zentrifugalkräften der Partikel ergibt. Die Partikelnut 26 ist sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet. Die Partikelnut 26 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt. Ebenso könnte sie auch einen ellipsenabschnittsförmigen Querschnitt besitzen. Auch eckige Querschnitt könnten ausgebildet sein, jedoch bestünde hier die Möglichkeit, dass sich die abzuführenden Partikel in Ecken der eckigen Querschnitte ansammeln.
In den Figuren 4 und 5 ist das erfindungsgemäße Axiallager 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert. Die erste Gleitfläche 13 weist die Teilfläche 22 untergliedert in eine Keilfläche 32 und eine Rastfläche 33 auf. Die Keilfläche 32 ist dabei, üblicherweise, in Drehrichtung geneigt ausgebildet. Sofern jedoch die Neigung in eine andere Richtung einen positiven Effekt auf die Schmierfilmbildung hätte, könnte die Keilfläche 32 auch in diese Richtung geneigt ausgeführt sein.
Zur weiteren positiven Beeinflussung der strömungsrichtenden und mikrodynamischen Wirkung auf das Schmiermittel ist die erste Gleitfläche 13 zumindest teilweise mit einer Mikrostrukturierung insbesondere im Bereich der Teilflächen 22 mindestens einer Keilfläche 32 und/oder Rastfläche 33 ausgestattet. Auch weisen die Gleitflächen 13, 15 mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung auf.
Eine Form und eine Positionierung der Partikelnut 26 auf der ersten Gleitfläche 13 sind zur Herbeiführung eines optimalen Schmiermittelflusses durch das Axiallager 2 so gewählt, dass eine Tragfähigkeit des Axiallagers 2, welche nicht beeinträchtigt werden soll, berücksichtigt ist.
Die Partikelnut 26 kann beispielsweise im Sinter- oder Schmiedeverfahren oder in einem spanenden Verfahren hergestellt werden. Bezugszeichenliste
1 Abgasturbolader
2 Axiallager
3 Gehäuse
4 Abgasführungsabschnitt
5 Frischluftführungsabschnitt
6 Lagerabschnitt
7 Laufzeug
8 Turbinenrad
9 Verdichterrad
10 Welle
11 Radiallager
12 Erster Lagerkörper
13 Erste Gleitfläche
14 Zweiter Lagerkörper
15 Zweite Gleitfläche
16 Zentralöffnung
17 Kreisringfläche
18 Flächenprofil
19 Außenkante
20 Innenkante
21 Schmiermittelversorgungskanal
22 Teilfläche
23 Schmiermittelkanal
24 Kanaleintritt
25 Kanalaustritt
26 Partikelnut
27 Erstes Nutende
28 Zweites Nutende
29 Nuteintritt
30 Nutachse
31 Kanalachse Keilfläche Rastfläche Winkel

Claims

Patentansprüche Axiallager (2) zur Lagerung einer rotierbaren Welle (10), mit einem fest mit einem Lagerabschnitt (6) eines Abgasturboladers (1) verbundenen ersten Lagerkörper (12) und einem mit der Welle (10) rotierenden zweiten Lagerkörper (14), wobei zumindest der erste Lagerkörper (12) eine erste Gleitfläche (13) mit einer Kreisringfläche (17) und mit einem Flächenprofil (18) aufweist, wobei zwischen der ersten Gleitfläche (13) und einer zweiten Gleitfläche (15) des zweiten Lagerkörpers (14) ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet ist, und mit einem im ersten Lagerkörper (12) ausgebildeten Schmiermittelkanal (23) mit einem Kanaleintritt (24) und einem Kanalaustritt (25) zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche (17), wobei die erste Gleitfläche (13) an einer Stirnseite einer Scheibe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche (13) eine Partikelnut (26) aufweist, mit einem ersten Nutende (27) und einem von dem ersten Nutende (27) abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende (28), wobei der Kanalaustritt (25) das erste Nutende (27) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende (28) in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante (19) der Kreisringfläche (17) oder darüber hinaus ausgebildet ist. Axiallager (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet ist. Axiallager (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (23) sich die erste Gleitfläche (13) in radialer Richtung erstreckend ausgeführt ist. Axiallager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) konisch ausgebildet ist. Axiallager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt (NQ) besitzt. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (23) einen unrunden, unsymmetrischen und/oder frei geformten Kanalaustritt (25) aufweist, wobei ein Flächenübergang vom Kanalaustritt (25) zur ersten Gleitfläche (13) elastohydrodynamisch verbessert ausgebildet ist. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche (13) zumindest teilweise eine Mikrostrukturierung, insbesondere im Bereich mindestens einer Teilfläche (22) aufweist, welche eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf ein Schmiermedium hat. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche (13) und/oder die zweite Gleitfläche (15) mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung aufweisen. Abgasturbolader (1) mit einem Gehäuse (3) und einem Laufzeug (7), insbesondere umfassend ein Verdichterrad (9) und ein mit Hilfe einer Welle (10) drehfest verbundenes Turbinenrad (8), dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Welle (10) das Gehäuse (3) ein Axiallager (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 aufweist.
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