CH707584B1 - Turbocharger and thrust washer for such a turbocharger. - Google Patents

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Abstract

Turbolader, mit einer einen beschaufelten Turbinenrotor (19) und ein Turbinengehäuse (18) aufweisenden Turbine (11) zur Entspannung von Abgas und mit einem einen beschaufelten Verdichterrotor (20) und ein Verdichtergehäuse (17) aufweisenden Verdichter (12) zur Verdichtung von Ladeluft, wobei der Verdichterrotor (20) ausgehend vom Turbinenrotor (19) antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor (19) über eine ein Axiallager (25) aufweisende Welle (21) gekoppelt ist, wobei das Axiallager ( 25) eine Axiallagerscheibe aufweist, und wobei die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.Turbocharger comprising a turbine (11) with a bladed turbine rotor (19) and a turbine housing (18) for venting exhaust gas and having a compressor (12) with a bladed compressor rotor (20) and a compressor housing (17) for compressing charge air, wherein the compressor rotor (20), starting from the turbine rotor (19) drivable and this with the turbine rotor (19) via a thrust bearing (25) having a shaft (21) is coupled, wherein the thrust bearing (25) has a thrust washer, and wherein the thrust washer is made of a fiber composite material.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Axiallagerscheibe für einen solchen Turbolader.Description: [0001] The invention relates to a turbocharger according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a thrust bearing for such a turbocharger.

[0002] Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist hinlänglich bekannt. So verfügt ein Turbolader über eine Turbine zur Entspannung von Abgas und über einen Verdichter zur Verdichtung der Ladeluft. Die Turbine eines Turboladers verfügt über einen beschaufeiten Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter verfügt über einen beschaufeiten Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse. Der Verdichterrotor des Verdichters ist ausgehend vom Turbinenrotor der Turbine antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor über eine ein Axiallager aufweisende Welle gekoppelt. Das Axiallager umfasst eine Axiallagerscheibe, die nach dem Stand der Technik aus Bronze oder einem anderen metallischen Werkstoff gefertigt ist.The basic structure of a turbocharger is well known. For example, a turbocharger has a turbine for the expansion of exhaust gas and a compressor for compressing the charge air. The turbine of a turbocharger has a blasted turbine rotor and a turbine housing. The compressor has a blended compressor rotor and a compressor housing. The compressor rotor of the compressor can be driven starting from the turbine rotor of the turbine and for this purpose coupled to the turbine rotor via a shaft having a thrust bearing. The thrust bearing comprises a thrust washer, which is made in the prior art of bronze or other metallic material.

[0003] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader und eine neuartige Axiallagerscheibe für einen Turbolader zu schaffen.Proceeding from this, the present invention seeks to provide a novel turbocharger and a novel thrust bearing for a turbocharger.

[0004] Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäss ist die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Beim erfindungsgemässen Turbolader ist die Axiallagerscheibe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Hierdurch kann die Lebensdauer der Axiallagerscheibe des Axiallagers erhöht werden. Wartungsintervalle des Turboladers können verlängert werden.This object is achieved by a turbocharger according to claim 1. According to the invention, the thrust washer is made of a fiber composite material. In the turbocharger according to the invention, the axial bearing disk is manufactured from a fiber composite material. As a result, the life of the thrust bearing of the thrust bearing can be increased. Maintenance intervals of the turbocharger can be extended.

[0005] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Axiallagerscheibe aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise ist die Axiallagerscheibe aus einem mit Kohlenstofffasen verstärkten Siliziumcarbid-Werkstoff gefertigt. Die Verwendung dieser Werkstoffe für die Axiallagerscheibe ist besonders bevorzugt, da dieselben besonders verschleissresistent sind.According to an advantageous embodiment of the invention, the thrust washer is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. Preferably, the thrust washer is made of carbon fiber reinforced silicon carbide material. The use of these materials for the thrust washer is particularly preferred because they are particularly resistant to wear.

[0006] Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in die Axiallagerscheibe Ölführnuten eingebracht. Über die Ölführnuten kann Kühlöl und/oder Schmieröl einfach und zuverlässig im Bereich des Axiallagers geführt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention oil guide grooves are introduced into the thrust washer. Cooling oil and / or lubricating oil can be guided simply and reliably in the region of the axial bearing via the oil guide grooves.

[0007] Die erfindungsgemässe Axiallagerscheibe für einen Turbolader ist in Anspruch 5 definiert.The inventive thrust washer for a turbocharger is defined in claim 5.

[0008] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawing. Showing:

Fig. 1: einen Ausschnitt aus einem Turbolader in einer perspektivischen Ansicht;1 shows a detail of a turbocharger in a perspective view;

Fig. 2: ein Detail des Turboladers der Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung.2 shows a detail of the turbocharger of FIG. 1 in an exploded view.

[0009] Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Turbolader einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine.The present invention relates to a turbocharger of an internal combustion engine, in particular a turbocharger of a marine diesel engine.

[0010] Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Turbolader 10, wobei der Turbolader 10 eine Turbine 11 zur Entspannung von Abgas und einen Verdichter 12 zur Verdichtung von Ladeluft umfasst.Fig. 1 shows a section of a turbocharger 10, wherein the turbocharger 10 comprises a turbine 11 for the expansion of exhaust gas and a compressor 12 for the compression of charge air.

[0011] Zu entspannendes Abgas ist der Turbine 11 über einen Abgaseinlass 13 zuführbar. Entspanntes Abgas ist von der Turbine 11 über einen Abgasauslass 14 abführbar.For relaxing exhaust gas of the turbine 11 via an exhaust inlet 13 can be fed. Relaxed exhaust gas can be removed from the turbine 11 via an exhaust gas outlet 14.

[0012] Zu verdichtende Ladeluft ist dem Verdichter 12 über einen Lufteinlass 15 zuführbar. Verdichtete Ladeluft ist vom Verdichter 12 über einen Ladeluftauslass 16 abführbar.To be compressed charge air is the compressor 12 via an air inlet 15 can be fed. Compressed charge air can be discharged from the compressor 12 via a charge air outlet 16.

[0013] Der Lufteinlass 15 und der Ladeluftauslass 16 werden von einem statorseitigen Verdichtergehäuse 17 des Verdichters 12 bereitgestellt.The air inlet 15 and the charge air outlet 16 are provided by a stator-side compressor housing 17 of the compressor 12.

[0014] Der Abgaseinlass 13 und der Abgasauslass 14 werden von einem statorseitigen Turbinengehäuse 18 der Turbine 11 bereitgestellt.The exhaust gas inlet 13 and the exhaust gas outlet 14 are provided by a turbine-side stator housing 18 of the turbine 11.

[0015] Die Turbine 11 umfasst neben dem statorseitigen Turbinengehäuse 18 einen beschaufeiten Turbinenrotor 19. Der Turbinenrotor 19 ist im Turbinengehäuse 18 drehbar gelagert.The turbine 11 comprises, in addition to the stator-side turbine housing 18, a blown-on turbine rotor 19. The turbine rotor 19 is rotatably mounted in the turbine housing 18.

[0016] Der Verdichter 12 verfügt neben dem statorseitigen Verdichtergehäuse 17 übereinen beschaufeiten Verdichterrotor 20, der in dem Verdichtergehäuse 17 drehbar gelagert ist.The compressor 12 has in addition to the stator-side compressor housing 17 via a beschaufeiten compressor rotor 20 which is rotatably mounted in the compressor housing 17.

[0017] Der Verdichterrotor 20 ist ausgehend vom Turbinenrotor 19 antreibbar, wobei der Turbinenrotor 19 und der Verdichterrotor 20 über eine Welle 21 gekoppelt sind, um den Verdichterrotor 20 ausgehend vom Turbinenrotor 19 anzutreiben. Zur Lagerung der Welle 21 ist eine verdichterseitige Lagerbüchse 22 und eine Turbinen-seitige Lagerbüchse 23 vorhanden, die in einem Lagergehäuse 24 aufgenommen sind.The compressor rotor 20 is drivable starting from the turbine rotor 19, wherein the turbine rotor 19 and the compressor rotor 20 are coupled via a shaft 21 to drive the compressor rotor 20, starting from the turbine rotor 19. For supporting the shaft 21, a compressor-side bearing bush 22 and a turbine-side bearing bush 23 are provided, which are accommodated in a bearing housing 24.

[0018] Die Lagerung für die Welle 21, welche den Turbinenrotor 19 mit dem Verdichterrotor 20 koppelt, verfügt über ein Axiallager 25. Das Axiallager 25 wirkt mit einem Widerlager 26 zusammen, wobei zwischen dem Axiallager 25 und dem Widerlager 26 einerseits eine Axiallagerscheibe 27 und andererseits ein Stützring 28 positioniert ist.The bearing for the shaft 21, which couples the turbine rotor 19 with the compressor rotor 20, has a thrust bearing 25. The thrust bearing 25 cooperates with an abutment 26, wherein between the thrust bearing 25 and the abutment 26 on the one hand a thrust washer 27 and on the other hand, a support ring 28 is positioned.

Claims (8)

[0019] Die Axiallagerscheibe 27 ist im Sinne der Erfindung aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Insbesondere ist die Axiallagerscheibe 27 aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff, besonders bevorzugt aus mit Kohlestofffasern verstärktem Siliziumcarbid-Werkstoff, gefertigt. [0020] Ein solcher mit Kohlestofffasern verstärkter Siliziumcarbid-Werkstoff verfügt über eine hohe Verschleissunanfällig-keit und eignet sich besonders bevorzugt zur Ausbildung der Axiallagerscheibe 27. [0021] Bevorzugt findet ein kohlestofffaserverstärkter Siliziumcarbid-Werkstoff mit folgenden Eigenschaften Verwendung: Dichte: 1,8-2,8 g/cm3; Bruchdehnung: 0,05-0,8%; Hochtemperaturbeständigkeit bis 1350 °C; Wärmedehnung: 1,5-3,8 10-6/K; Koeffizient der Thermoschockbeständigkeit: 46-83 kW/m; spezifische Wärmekapazität: 0,6-1,7 J/(g*K); Wärmeleitfähigkeit: 20-125 W/(m*K). [0022] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in die Axiallagerscheibe 27 aus dem kohlestofffaserverstärkten Siliziumcarbid-Werkstoff Ölführnuten 29 eingebracht. Über diese Ölführnuten 29 kann das Axiallager 24 definiert und gezielt mit Öl zur Schmierung und/oder Kühlung versorgt werden. [0023] Gemäss Fig. 2 erstrecken sich diese Ölführnuten 29 in Radialrichtung der Axiallagerscheibe 27, wobei die Ölführnuten 29 über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt positioniert sind. [0024] In Fig. 2 sind insgesamt zehn Ölführnuten über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt angeordnet. Hierbei handelt es sich jedoch nur um eine exemplarische Anzahl von Ölführnuten 29. Es können auch sechs oder acht Ölführnuten über den Umfang der Axiallagerscheibe 27 gleichverteilt angeordnet sein. Bezugszeichenliste [0025] 10 Turbolader 11 Turbine 12 Verdichter 13 Abgaseinlass 14 Abgasauslass 15 Lufteinlass 16 Ladeluftauslass 17 Verdichtergehäuse 18 Turbinengehäuse 19 Turbinenrotor 20 Verdichterrotor 21 Welle 22 Lagerbüchse 23 Lagerbüchse 24 Lagergehäuse 25 Axiallager 26 Widerlager 27 Axiallagerscheibe 28 Axiallagerring 29 Ölführnut PatentansprücheThe thrust washer 27 is made in the context of the invention of a fiber composite material. In particular, the axial bearing washer 27 is made of a carbon fiber reinforced, ceramic material, more preferably made of carbon fiber reinforced silicon carbide material. Such carbon fiber-reinforced silicon carbide material has a high wear susceptibility and is particularly preferably suitable for forming the axial bearing washer 27. [0021] A carbon fiber-reinforced silicon carbide material having the following properties is preferably used: Density: 1.8- 2.8 g / cm3; Elongation at break: 0.05-0.8%; High temperature resistance up to 1350 ° C; Thermal expansion: 1.5-3.8 10-6 / K; Coefficient of thermal shock resistance: 46-83 kW / m; specific heat capacity: 0.6-1.7 J / (g * K); Thermal conductivity: 20-125 W / (m * K). According to an advantageous embodiment of the invention 27 Ölführnuten 29 are introduced into the Axiallagerscheibe 27 from the kohlestofffasernverstärkten silicon carbide material. About this Ölführnuten 29, the thrust bearing 24 can be defined and selectively supplied with oil for lubrication and / or cooling. 2, these Ölführnuten 29 extend in the radial direction of the thrust washer 27, wherein the Ölführnuten 29 are positioned over the circumference of the thrust washer 27 evenly distributed. In Fig. 2, a total of ten Ölführnuten 27 are arranged uniformly distributed over the circumference of the thrust washer. However, this is only an exemplary number of Ölführnuten 29. It can also be arranged evenly distributed over the circumference of the Axiallagerscheibe 27 six or eight Ölführnuten. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbocharger 11 Turbine 12 Compressor 13 Exhaust inlet 14 Exhaust outlet 15 Air inlet 16 Charge air outlet 17 Compressor housing 18 Turbine housing 19 Turbine rotor 20 Compressor rotor 21 Shaft 22 Bearing bush 23 Bearing bushing 24 Bearing housing 25 Thrust bearing 26 Abutment 27 Axial bearing washer 28 Axial bearing ring 29 Oil guide groove Patent claims 1. Turbolader, mit einer einen beschaufeiten Turbinenrotor (19) und ein Turbinengehäuse (18) aufweisenden Turbine (11) zur Entspannung von Abgas und mit einem einen beschaufeiten Verdichterrotor (20) und ein Verdichtergehäu se (17) aufweisenden Verdichter (12) zur Verdichtung von Ladeluft, wobei der Verdichterrotor (20) ausgehend vom Turbinenrotor (19) antreibbar und hierzu mit dem Turbinenrotor (19) über eine ein Axiallager (25) aufweisende Welle (21) gekoppelt ist, wobei das Axiallager (25) eine Axiallagerscheibe (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.1. turbocharger, comprising a turbine a turbine (19) and a turbine housing (18) having turbine (11) for expansion of exhaust gas and with a beschaufeiten compressor rotor (20) and a compressor housing se (17) having compressor (12) for compression charge air, wherein the compressor rotor (20), starting from the turbine rotor (19) drivable and this with the turbine rotor (19) via a thrust bearing (25) having a shaft (21) is coupled, wherein the thrust bearing (25) has a thrust washer (27) characterized in that the axial bearing disc (27) is made of a fiber composite material. 2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt ist.2. Turbocharger according to claim 1, characterized in that the axial bearing disc (27) is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. 3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (27) aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Siliiziumcarbid-Werkstoff gefertigt ist.3. turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the axial bearing disc (27) is made of a reinforced with carbon fibers Siliiziumcarbid material. 4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Axiallagerscheibe (27) Ölführnuten (29) eingebracht sind.4. turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the axial bearing disc (27) Ölführnuten (29) are introduced. 5. Axiallagerscheibe für einen Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.5. Axiallagerscheibe for a turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is made of a fiber composite material. 6. Axiallagerscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt ist.6. Axiallagerscheibe according to claim 5, characterized in that it is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material. 7. Axiallagerscheibe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Siliziumcarbid-Werkstoff gefertigt ist.7. Axiallagerscheibe according to claim 5 or 6, characterized in that it is made of a carbon fiber reinforced silicon carbide material. 8. Axiallagerscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dieselbe Ölführnuten (29) eingebracht sind.8. Axiallagerscheibe according to one of claims 5 to 7, characterized in that in the same Ölführnuten (29) are introduced.
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