Rad ial lager

B E S C H R E I B U N G

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen. Sie betrifft ein Radiallager eines solchen Abgasturboladers.

Stand der Technik

Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen (Hubkolbenmotoren) eingesetzt. Ein Abgasturbolader besteht aus einer Abgasturbine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine und einem Verdichter im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Das Turbinenrad der Abgasturbine wird vom Abgasstrom des Motors in Rotation versetzt und treibt über eine Welle das Laufrad des Verdichters an. Der Verdichter erhöht den Druck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, so dass beim Ansaugen eine größere Menge Luft in die Brennkammern gelangt.

Zur Verbesserung der Dynamik des das Turbinenrad, das Verdichterrad und die Welle umfassenden Rotors des Abgasturboladers werden die Lagerbüchsen der Radiallager oft nicht fest ins Lagergehäuse eingebaut, sondern schwimmend, mit radialem Spiel.

Diese Anordnung wird als Quetschöldämpfer bezeichnet. Um ein allfälliges Mitrotieren der Lagerbüchse mit der darin gelagerten Welle zu verhindern, wird eine Positionierung benötigt, welche aber eine Bewegung im radialen Spiel ermöglicht. Diese Positionierung wird in herkömmlichen Abgasturboladern beispielsweise durch ins Lagergehäuse geschraubte Stiftschrauben und entsprechende Bohrungen in der Radiallagerbüchse realisiert. Fig. 5 zeigt eine derartige Anordnung gemäss dem Stand der Technik, wie sie verbreitet, etwa in Abgasturboladern des Typs TPL der Firma ABB, verwendet werden.

Bekannt sind auch Lösungen, bei welchen axial erstreckende Positionierungsstifte an einer Stirnseite der Radiallagerbüchse angeordnet sind.

Die Stirnseiten der Radiallagerbüchsen können als Axiallager ausgebildet sein. Im Beispiel gemäss Fig. 5 ist das Hilfs-Axiallager in die Radiallagerbüchse integriert. Das

Hilfs-Axiallager nimmt die Kräfte entgegen der Hauptschubrichtung auf. Die Kraft von der optional profiliert ausgebildeten Hilfslagerfläche wird an der gegenüberliegenden Stirnseite der Radiallagerbüchse auf das Lagergehäuse übertragen.

In der US 6 017 184 ist ein noch stärker integriertes Lagersystem offenbart. Fig.1 b dieser Patentschrift zeigt einen Lagerkörper (6) welcher sowohl das Verdichter- und das turbinenseitige Radiallager als auch die beiden Axiallager umfasst. Bei einer solchen integrierten Axiallagerung kann im Betrieb durch die Erwärmung der Bauteile das

Axialspiel abnehmen, also die axiale Verschiebbarkeit des Rotors zwischen Hilfs- und

Hauptlager. Insbesondere wenn die Radiallagerbüchse aus einem Werkstoff (beispielsweise Bronze) mit grosserem Wärmeausdehnungskoeffizienten als Welle und

Gehäuse gefertigt ist.

Kurze Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäss wird zur Verhinderung der Rotation der Radiallagerbüchse ein Formschluss zwischen der Radiallagerbüchse und dem umliegenden Lagergehäuse realisiert. Der Formschluss zur Verhinderung der Rotation wird durch eine Kontur an einer Stirnseite der Radiallagerbüchse und im Gehäuse realisiert. Damit kann auf zusätzliche Elemente wie die aus dem Stand der Technik bekannten Stiftschrauben verzichtet werden.

Die Form der Kontur kann dabei so gestaltet werden, dass nur eine einzige Einbauposition des Radiallagers im Gehäuse möglich ist.

Gleichzeitig verhindert ein in radialer Richtung vorstehender Bund (Kragen) an der Radiallagerbüchse deren axiale Verschiebung in eine Richtung. Bei Radiallagern mit integriertem Hilfs-Axiallager wird zudem die Kraft vom Hilfslager aufs Gehäuse über den Bund übertragen. Durch die wesentlich kürzere Abstützlänge wird die thermische Verkleinerung des Axialspiels stark reduziert. Die Kontur zur Verhinderung der Rotation der Radiallagerbüchse im Gehäuse wird vorteilhafterweise in dem Bund realisiert.

Die axiale Verschiebung der Radiallagerbüchse in die andere Richtung wird im Betrieb durch das Hilfs-Axiallager unterbunden. Bei der Montage (Einfahren der Turbinenwelle) wird dies durch einen Sicherungsring oder eine Montagesicherungsschraube verhindert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines aufgeschnittenen, erfindungsgemäss ausgebildeten Radiallagers mit einer im Lagergehäuse eingesetzten

Radiallagerbüchse,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht der Radiallagerbüchse nach Fig. 1 ,

Fig. 3 einen entlang der Wellenachse geführten Schnitt durch ein erfindungsgemäss ausgebildetes Radiallager, Fig. 4 einen entlang der Wellenachse geführten Schnitt durch einen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäss gesicherten Lagerdeckel auf der Turbinenseite, und

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Radiallager nach dem Stand der Technik mit einer mittels Positionierungsstift gesicherten Radiallagerbüchse.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in einer Ansicht ein aufgeschnittenes Radiallager eines Abgasturboladers. Nicht dargestellt ist die Welle, welche im Radiallager drehbar gelagert ist. In dem Lagergehäuse 30, welches bei modernen Abgasturboladern zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet ist, ist eine Radiallagerbüchse 40 mit geringem radialem Spiel eingesetzt. Zwischen dem Lagergehäuse und dem äusseren Umfang der Radiallagerbüchse ist ein mit öl versorgter Schmierspalt angeordnet. Zur Sicherstellung der ölversorgung entlang des Umfangs der Radiallagerbüchse ist ein umlaufender ölversorgungskanal 42 vorgesehen. Die Radiallagerbüchse 40 wird in der dargestellten Ausführungsform von links in die öffnung im Lagergehäuse eingesetzt. Dank eines in radialer Richtung vorstehenden, umlaufenden Bundes (Kragen) 44 ist die axiale Verschiebbarkeit in die Einsetzrichtung begrenzt. Um ein herausfallen der eingesetzten Radiallagerbüchse zu verhindern, kann im Lagergehäuse eine Nut 32 zur Aufnahme eines Sicherungsringes vorgesehen sein. Der Sicherungsring 49 ist im Schnittbild der Fig. 3 in der eingesetzten Position zu sehen.

Erfindungsgemäss wird zur Verhinderung der Rotation der Radiallagerbüchse ein Formschluss zwischen der Radiallagerbüchse und dem umliegenden Lagergehäuse realisiert. Der Formschluss zur Verhinderung der Rotation wird in der dargestellten Ausführungsform durch eine Kontur 45 im radial vorstehenden Bund der Radiallagerbüchse und einer entsprechenden Ausformung im Lagergehäuse realisiert.

Die Form der Kontur kann dabei so gestaltet werden, dass nur eine einzige Einbauposition der Radiallagerbüchse im Lagergehäuse möglich ist, oder dass die Radiallagerbüchse nur in einer bestimmten Winkellage eingesetzt werden kann. Damit kann beispielsweise die relative Lage einer externen ölzufuhr zu den in die Radiallagerbüchse eingelassenen Kanälen und Durchführungen zur ölversorgung gezielt eingestellt werden.

Bei Radiallagern mit integriertem Hilfs-Axiallager, also einem Axiallager entgegen der Hauptbelastungsrichtung, kann die Kraft vom Hilfslager aufs Lagergehäuse über den radial vorstehenden Bund übertragen werden. Die Fläche 41 auf der Stirnseite der Radiallagerbüchse ist hierfür als Lagerfläche ausgebildet. Durch die wesentlich kürzere Abstützlänge wird die thermische Verkleinerung des Axialspiels stark reduziert.

Fig. 2 zeigt die Radiallagerbüchse ohne Lagergehäuse. Deutlich sichtbar ist der umlaufend ausgebildete ölversorgungskanal 42 sowie eine Durchführung für das Schmieröl durch die Radiallagerbüchse. Fig. 3 zeigt einen entlang der Welle des Abgasturboladers geführten Schnitt durch ein erfindungsgemäss ausgebildetes Radiallager. Die Hilfslagerfläche 41 auf der Stirnseite der Radiallagerbüchse nimmt bei Bedarf Kraft auf vom links angrenzend angeordneten, rotierenden Bauteil, welches das Verdichterrad oder ein zwischen dem Verdichterrad und einer axialen Wellenschulter eingeklemmtes Bauteil sein kann. Die aufgenommene Kraft wird über den radial vorstehenden Bund auf einen Axialanschlag des Lagergehäuses 30 übertragen.

Fig. 4 zeigt ein Turbolader-Schnittbild mit erfindungsgemässer Ausführung des Verdichter- und turbinenseitigen Radiallagers. Bei dieser Ausführung kann die axiale Verschiebung des turbinenseitigen Radiallagers in Richtung Turbine durch einen oder mehrere in einen Lagerdeckel 31 integrierte Stege unterbunden werden. Alternativ könnte diese Funktion durch einen Sicherungsring realisiert werden.

Wird ein Turbolader, etwa durch einen Defekt oder durch fehlerhafte Bedienung ohne Lagerschmierung betrieben, kann in den Lagern bereits nach kurzer Zeit ein starker Verschleiss auftreten. Im Extremfall kann aufgrund der enorm hohen Wärmeentwicklung die Welle mit der Radiallagerbüchse verschweissen. Bei einer Verschweissung im turbinenseitigen Radiallager wird die Demontage der Welle durch den Dichtungsdeckel behindert. Da die Befestigungsschrauben 60 des Dichtungsdeckels 31 am Lagergehäuse 30 bei montierter Welle 20 und daran befestigtem Turbinenrad 10 nicht gelöst werden können, verfügen die Befestigungsschrauben 60 erfindungsgemäss über eine Sollbruchstelle 61. Diese brechen beim Herauspressen der Welle mit verschweisstem turbinenseitigem Radiallager aus dem Lagergehäuse und schützen somit die Gewindebohrungen im Lagergehäuse 30 vor Beschädigungen. Anstelle der dargestellten Befestigungsschrauben können andere Befestigungsmittel mit entsprechenden Sollbruchstellen verwendet werden.

Bezugszeichenliste Turbinenrad Welle des Abgasturboladers Lagergehäuse Dichtungsdeckel Nut zur Aufnahme des Sicherungsringes Verdichterseitige Radiallagerbüchse Hilfslagerfläche ölversorgungskanal Vorstehender, umlaufender Bund Kontur Sicherungsring Turbinenseitige Radiallagerbüchse Befestigungsschrauben Sollbruchstelle in der Befestigungsschraube