Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, sowie ein

Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung, insbesondere für eine Welle eines Turboladers, welche zwei radiale Lager und ein buchsenförmiges Trennelement zur räumlichen Trennung der beiden Lager umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer solchen Lagervorrichtung.

Verwendung findet eine derartige Baugruppe unter anderem im Motorenbau. Hier liegt beispielsweise die Turbinenwelle eines Abgasturboladers in einer entsprechenden Lagervorrichtung ein.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Lagervorrichtung ist in der europäischen Patentschrift EP 03 95 825 B1 offenbart. Darin wird ein als Abstandhalter bezeichnetes Trennelement beschrieben mit einem hohlzylinderförmigen Grundkörper, an dessen Außenmantelfläche vorspringende Führungseinrichtungen positioniert sind zum Führen des Abstandhalters innerhalb einer Lagerbohrung. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zudem eine zentrale Auslassöffnung vorgesehen, durch die ein Öl aus dem Inneren des Abstandhalters radial austritt. Das Ölaufnahme- vermögen ist hierbei jedoch recht gering und die Herstellung eines solchen Abstandhalters ist aufgrund der üblichen Ausgestaltung als Drehteil verhältnismäßig kostenintensiv. Aufgabe der Erfindung Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und kostengünstiger herzustellende Lagervorrichtung anzugeben.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Lagervorrichtung ist aufgebaut aus zumindest zwei radialen Lagern und einem buchsenförmigen Trennelement, welches die beiden Lager räumlich voneinander trennt. Vorgesehen ist eine derartige Lagervorrichtung insbesondere für eine Welle eines Turboladers, wobei als Lager typischerweise radiale Gleitlager zum Einsatz kommen. Das Trennelement dieser Baugruppe umfasst eine Trennbuchse, welche nach Art eines Käfigs mit einer Vielzahl von um- fangsseitig angeordneten und durch Streben voneinander getrennten Durchbrüchen ausgebildet ist. Aufgrund der käfigartigen Struktur der Trennbuchse wird eine deutliche Materialreduzierung und infolge dessen auch eine Gewichtsreduzierung des Trennelements erreicht. Während die Materialreduzierung mit einer Verringerung der Herstellungskosten einhergeht, bewirkt die Ge- wichtsreduzierung beim Einsatz der Lagervorrichtung zum Beispiel in einem Fahrzeug nicht zuletzt einen geringeren Treibstoffverbrauch. Ist zudem eine Ölschmierung und insbesondere eine schwimmende Lagerung für die Vorrichtung vorgesehen, so wird durch die entsprechenden Durchbrüche die Effektivität der Schmierung verbessert, da die Durchbrüche je nach Betriebszustand entweder als Taschen zur Zwischenspeicherung von Öl dienen oder als vergrößerte Öffnungen in einem Schmierölströmungspfad wirken. Vorzugsweise weist das Trennelement dabei einen größeren Innendurchmesser als die beiden Lager auf. Da für das Trennelement in Bezug auf die Welle keine lagernde Funktion vorgesehen ist, werden hierdurch sowohl Gewicht als auch Material weiter reduziert. Der damit geschaffene Raum zwischen dem Trennelement und der Welle wird zudem beispielsweise als weiterer Schmierölzwischenspeicher genutzt.

Weiter ist es von Vorteil, die Gestaltung der Durchbrüche an den jeweiligen Verwendungszweck für die Lagervorrichtung anzupassen. Daher sind die Durchbrüche zum Beispiel in Anlehnung an die üblicherweise gestreckte Form des Trennelements bevorzugt stabförmig ausgestaltet. In diesem Zusammenhang ist dabei für die Durchbrüche in Richtung der Mittellängsachse der Welle eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, größerer Ausdehnung vorgesehen, als senkrecht dazu.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die gestreckten Durchbrüche und damit, bei umgekehrter Betrachtung, die Streben zudem im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse der Welle ausgerichtet. Auf diese Weise ist zum Beispiel eine erhöhte Belastbarkeit gegenüber auftretenden axialen Kräften realisiert.

Darüber hinaus übersteigt die Anzahl der ausgebildeten Durchbrüche beispielsweise den Wert 3 und vorzugsweise den Wert 5. Angestrebt wird dabei stets ein, für den jeweiligen Einzelfall, möglichst guter Kompromiss zwischen Gewichtsersparnis und Belastbarkeit, welcher eine lange Haltbarkeit der Lager- Vorrichtung gewährleistet.

Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entsprechend kommt als Trennbuchse ein Wälzlager- und insbesondere ein Nadellagerkäfig zum Einsatz. Derartige Lagerkäfige werden in sehr großen Stückzahlen produziert und liegen als handelsübliche Massenware auch mit geeigneten Abmessungen vor. Diesbezügliche Ausführungen sind dem zuständigen Fachmann wohl bekannt und beispielsweise in den Auslegeschriften DE 00 00 01 009 445 A, DE 00 00 01 022 431 A und DE 00 00 01 079 901 A detailliert beschrieben. Gemäß einer Variante ist es vorgesehen, das Trennelement mehrteilig auszugestalten, wobei als Trennbuchse ein entsprechender Lagerkäfig verwendet wird. Die Trennbuchse kann dann beispielsweise durch einfache Ringkörper zu einem Trennelement ergänzt werden, sofern lediglich die axiale Ausdehnung der Trennbuchse für den Anwendungszweck ungeeignet ist. Bevorzugt wird jedoch eine einteilige Gestaltung des Trennelements, bei der allein die Trennbuchse und insbesondere ein Lagerkäfig als Trennelement fungiert. Insgesamt sind hierdurch die Vorteile geringere Herstellungskosten, einfachere Montage und günstigere Gebrauchseigenschaften gegeben. Dabei werden die geringeren Kosten insbesondere durch ein Gleichteilekonzept erreicht, d.h. durch die Verwendung des bereits für andere Zwecke vorrätigen Lagerkäfigs, dessen Herstellung aufgrund der Massenfertigung beispielsweise als Stanzteil zudem kostenoptimiert ist.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die beiden Lager und das Trennelement mit Hilfe eines axialen Presssitzes in ihrer Position fixiert. Infolge dessen ist es beispielsweise möglich, für diese Bauteile umfangsseitig einen Freiraum vorzusehen, der durch ein Schmieröl ausgefüllt ist. Aufgrund der Durchbrüche im Trennelement kann dieses Öl dann als Leckage die beiden Wellen-Lager- Kontaktflächenpaare benetzen. Hierdurch wird dann eine so genannte schwimmende Lagerung realisiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung einen Turbolader mit einer Lagervorrichtung gemäß Stand der Technik, Fig. 2 in einer Seitenansicht einen Wälzlagerkäfig gemäß Stand der Technik,

Fig. 3 den Querschnitt III-III in Fig. 2 des Wälzlagerkäfigs gemäß Stand der

Technik und

Fig. 4 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung mitsamt einer gelagerten Turboladerwelle und

Fig. 5 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung ohne die Turboladerwelle.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel dient eine Lagervorrichtung 1 exemplarisch zur Führung einer Welle 2 eines Abgasturboladers 3. Ein solcher Abgasturbolader 3 ist in Fig. 1 mit einer Lagervorrichtung 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Darin nicht mit abgebildet ist die Welle 2, an welcher jeweils endseitig ein Turbinenrad 4 fixiert ist.

Als Führung für die Welle 2 wirken zwei radiale Gleitlager 5, welche in einer Aufnahme 6 im Gehäuse 7 des Abgasturboladers 3 positioniert sind. In ihrer Position fixiert sind die beiden Gleitlager 5 mit Hilfe eines axial wirkenden Presssitzes, der durch jeweils einen endseitigen Anschlag 8 einerseits und ein hohlzylinderförmiges Trennelement 9 andererseits gebildet ist. Das Trennelement 9 ist dabei typischerweise als Drehteil ausgestaltet und somit relativ kostenintensiv in seiner Herstellung. Sowohl für die Gleitlager 5 als auch für das Trennelement 9 sind zentral positionierte und radial verlaufende Öffnungen vorgesehen, die als Bestandteil eines Schmieröl-Strömungspfades wirksam sind. Das entsprechende Schmieröl wird in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer Förderpumpe über ein Hydrauliknetzwerk unter Betriebsdruck in eine Vorkammer 1 1 eingeleitet und gelangt von dort über Zuführkanäle 12 zu den Öffnungen 10. Als Leckage bildet das so zugeführte Schmieröl zwischen den Kon- taktflächenpaaren der beiden Gleitlager 5 und der Welle 2 einen Schmierfilm aus, der sich zum Trennelement 9 hin ausbreitet und schließlich über die Öffnungen 10 in selbigem in eine Abflusskammer 13 abfließt. Von dort gelangt das Schmieröl zurück ins Hydrauliknetzwerk. Zur Verbesserung der bekannten Lagervorrichtung wird das als Trennelement 9 genutzte Bauteil substituiert. Ersetzt wird dieses im Ausführungsbeispiel durch einen Nadellagerkäfig 14, welcher entgegen seiner angedachten Funktion als Wälzkörperträger in der Lagervorrichtung als Trennelement 9 zur räumlichen Trennung zweier Gleitlager 5 wirkt. Aufgrund der käfigartigen Struktur weist der Nadellagerkäfig 14 einerseits ein geringes Gewicht auf und ist andererseits widerstandsfähig gegen auftretende mechanische Belastungen. Zudem bewirken die Durchbrüche, die Teil des Schmieröl-Strömungspfades sind, einen verbesserten Schmieröldurchsatz. In Fig. 2 und Fig. 3 ist exemplarisch ein solcher Nadellagerkäfig 14 dargestellt. Dieser buchsenförmige Nadellagerkäfig 14 weist sechs parallel zu seiner Mittellängsachse 15 ausgerichtete Durchbrüche 16 auf, die durch näherungsweise stabförmige Streben 17 voneinander getrennt sind. Aufgrund geeigneter Abmessungen ersetzt der Nadellagerkäfig 14 das Trennelement 9 vollständig, so dass das erfindungsgemäße Trennelement 9 in diesem Ausführungsbeispiel keine weiteren Bauteile umfasst.

Die hiermit realisierte Lagervorrichtung 1 samt unmittelbarem Umfeld ist in Fig. 4 mit der Welle 2 und in Fig. 5 ohne die Welle 2 skizziert. Für diese erfindungs- gemäße Lagervorrichtung ist, wie im Falle der Ausführung nach dem Stand der Technik aus Fig. 1 , eine Ölschmierung vorgesehen, wobei beide Gleitlager 5 und der Nadellagerkäfig 14 in der im Betriebszustand vollständig mit Schmieröl gefluteten Aufnahme 6 mittig und mit radialem Spiel einliegen. Als Zuführung für das Schmieröl fungieren dabei auch hier die Zuführkanäle 12. Die Funktion der Öffnungen 10 im Trennelement 9 übernehmen allerdings beim Nadellagerkäfig 14 die Durchbrüche 16. Über diese tritt das zwischen die Kontaktflächenpaare von Welle 2 und Gleitlagern 5 eingepresste und zum Nadellagerkäfig 14 vorgedrungene Schmieröl wieder aus.

Liste der Bezugszahd Lagervorrichtung

Welle

Abgasturbolader

Turbinenrad

Gleitlager

Aufnahme

Gehäuse

Anschlag

Trennelement

Öffnung

Vorkammer

Zuführkanal

Abflusskammer

Nadellagerkäfig

Mittellängsachse

Durchbruch

Strebe