CN108368777A - 用于涡轮增压机的具有抗扭转件的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的压缩机的轴承装置。轴承装置包括外圈(3)，外圈具有外周侧面，外周侧面具有第一和第二轴向区段(14、15)。轴承装置包括定位构件(20)，定位构件表现出具有内周边的缺口(21)，其中，定位构件(20)在第二轴向区段(15)的区域中包围外圈(3)，而且其中，定位构件(20)和外圈(3)以能彼此相对运动的方式来布置。本发明提供了一种可供选择的抗扭转件以及一种可供选择的轴向止挡件，其中，定位构件(2)的缺口(21)的内周边具有至少一个距中点(16)有不一致的间距的子区段，而且其中，第二轴向区段(15)的横截面沿着周边具有至少一个表现出了外周侧面的轮廓的可变的半径的子区段(半径变化部18)。在第一周边区段(25)中，在第二轴向区段(15)的外周侧面的轮廓与转动轴线(16)之间的间距大于在第二周边区段中在定位构件(20)的缺口(21)的内周边的轮廓与转动轴线(16)之间的间距。

Description

用于涡轮增压机的具有抗扭转件的轴承装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的压缩机的轴承装置，尤其是一种由用于支撑和引导涡轮增压机的动子轴的角接触球轴承组成的轴承装置。球轴承包含球作为滚动体，以及外圈和必要时的内圈，在其上分别形成滚子轨道。球在外圈与内圈之间在滚子轨道上滚动并且借助于具有分布在其周边上的滚动体兜部的保持架彼此间隔开。保持架可以在滚动体上引导或者在圈之一上引导；在涡轮增压机中一般在外圈上进行引导，但是在内圈上进行引导也是可能的。涡轮增压机的特殊的运行条件提出了对支承装置的设计的特殊的挑战。动子轴以如下转速旋转：该转速由于其绝对值以及其波动而将高负载引入到轴承中。涡轮增压机以不断改变的转速来运行，该转速在峰值方面可以为直至300000转每分钟。此外，尤其是在涡轮增压机附近占据着高运行温度，这些高运行温度对润滑剂和所使用的材料起作用。类似的运行条件也适用于压气机和所谓的涡轮复合机的动子轴的支承装置。
背景技术
通常，滚动轴承筒的抗扭止动通过贴靠面来实现，贴靠面安装在壳体和轴承外圈上。轴向拦挡通常分别通过在外部的轴承护套的外端部上的止挡件来进行。在这种变型方案中，在轴向方向上在壳体上的两个不同的位置上进行支撑。在这种情况下，在构件变热时由于不同的热膨胀系数而导致轴向间隙提高：也就是说该壳体可以由轻金属、如铝或铝合金制成，而轴承护套尤其是由钢或钢合金制成。
EP 2 299 066A1示例性地示出了一种用于内燃机的压缩机的轴承装置。示出了具有轴承筒的外圈并且具有紧固在壳体上的定位构件的轴承装置，该定位构件贴靠在外圈的端侧面上。定位构件表现出了具有内周边的中间的缺口。在定位构件与外圈之间的贴靠面的区域中布置有两个销。销嵌接到外圈上的相对应的缺口中并且形成抗扭转件。定位构件与外圈之间的接触区形成单侧的推力轴承。在一些应用中感受到不利的是，在抗扭转件和轴向止挡件的区域中的配合由于相邻构件的热造成的膨胀而应被设计为具有大的最小间隙的间隙配合。在一些应用情况中，以后可能导致噪声生成。
发明内容
因而，本发明的任务是提供一种轴承装置、一种具有这种轴承装置的压缩机和一种具有这种轴承装置的涡轮增压机，它们的抗扭转性被改善。
该任务的解决方案从独立权利要求1的特征中得到，本发明的有利的扩展方案和设计方案能从从属权利要求中得知。因此，该任务通过一种用于内燃机的压缩机的轴承装置解决，该轴承装置具有外圈，外圈具有外周侧面，该外周侧面具有第一和第二轴向区段，其中，第一轴向区段的横截面表现出了外周侧面的轮廓的基本上恒定的半径，由此限定了在转动轴线上的中点，而且该轴承装置具有定位构件，该定位构件表现出了具有内周边的缺口，其中，定位构件在第二轴向区段的区域中包围外圈，而且其中，定位构件和外圈以能彼此相对运动的方式来布置。定位构件的缺口的内周边具有至少一个距中点有不一致的间距的子区段，而且第二轴向区段的横截面沿着周边具有至少一个表现出了外周侧面的轮廓的可变的半径的子区段(半径变化部)，其中，在第一周边区段中，在第二轴向区段的外周侧面的轮廓与转动轴线之间的间距大于在第二周边区段中的在内周边的轮廓与转动轴线之间的间距。
本发明所基于的认识在于：可以按如下方式实现定位构件相对于外圈的布置，即，使得在外圈的转动轴线上的中点与定位构件的缺口的内周边之间的间距沿着内周边发生变化。外圈的第二轴向区段的外周侧面用作配对件。第二轴向区段的横截面沿着周边具有至少一个表现出了外周侧面的轮廓的可变的半径的子区段。因此，定位构件的缺口的内周边和第二轴向区段的外周侧面可以形成彼此间的确定的关系：在第一周边区段中，在第二轴向区段的外周侧面的轮廓与转动轴线之间的间距大于在第二周边区段中在内周边的轮廓与转动轴线之间的间距，其中，“周边区段”的表达表示定位构件的内周边的角度范围以及外周侧面的轮廓的角度范围。
通过这种几何关系可以防止外圈的扭转，其中，发生外圈与定位构件之间的相切的接触条件。从中得到在噪声生成和磨损方面的优点。此外，可以在对制造容差的只有很小的要求的同时实现小的轴向以及径向间隙。
在一个有利的实施方式中，具有外周侧面的第三轴向区段在背离第一区段的一侧上与第二轴向区段邻接，其中，在横截面中第三轴向区段的外周侧面的轮廓具有如下子区段：该子区段在相同的圆周角范围中与第二轴向区段的半径变化部的子区段相比具有更大的距中点的间距(推力轴承区段)。因此，有利地可以形成推力轴承，该推力轴承尤其是用于对外圈和轴承筒进行轴向拦挡。此外，无花费地实现了拦挡，该拦挡能以不依赖于力的轴向作用方向的方式吸收力。
在另一有利的实施方式中，定位构件能与壳体连接，由此第一周边区段和第二周边区段的相对位置被固定。以这种方式可以无花费地使构件对准。定位构件尤其是被构造为盘形，而且优选地借助于螺丝连接来与壳体连接。螺丝连接优选地不对称地布置，由此确保了定位构件的位置正确的布置。
在另一有利的实施方式中，在第三周边区段中，在第二轴向区段的外周侧面的轮廓与转动轴线之间的间距大于在第二和/或第四周边区段中在内周边的轮廓与转动轴线之间的间距。以这种方式可以确保沿两个周向方向起作用的抗扭转。还可以通过布置第四周边区段来形成第二区域，使得在小的扭转角度的情况下就已经防止了扭转。
在另一有利的实施方式中，半径变化部是圆弧形的子区段，该圆弧形的子区段的中点处在第二轴线上(第二中点)，该第二轴线的位置不同于转动轴线。有利地，第二中点与圆弧形的子区段围住在外圈的转动轴线上的中点。
在另一有利的实施方式中，缺口基本上是圆形的，其中，圆形的缺口的半径大于或等于第二轴向区段的外周侧面的横截面的轮廓的最小半径，而且小于第二轴向区段的外周侧面的横截面的轮廓的最大半径。以这种方式可以保证：在小的扭转角度的情况下就已经防止了轴承外圈的扭转。
在该实施方式的一个有利的扩展方案中，圆形的缺口的中点(第三中点)与中点偏心地布置，其中，该中点比第三中点距间距变化的子区段更近。
在另一有利的实施方式中，第二轴向区段的半径变化部由偏心的坡口产生。尤其是，第二和第三轴向区段基本上可以具有相同的基体。因此，可以成本有利地实现第二轴向区段的轮廓。
该任务还通过一种用于内燃机的具有壳体并且具有所描述的实施方式之一的轴承装置的压缩机来解决，其中，定位构件固定在壳体上。
该任务还通过一种用于内燃机的涡轮增压机来解决，该涡轮增压机具有涡轮机轮和压缩机轮，涡轮机轮和压缩机轮通过轴来彼此连接，以及涡轮增压机具有根据上述实施方式之一的轴承装置，其中，该轴承装置至少部分地被壳体容纳。此外，与涡轮压缩机、涡轮复合机和类似的应用、例如由电动机驱动的压缩机一起进行应用原则上是可能的。
附图说明
现在，本发明依据实施例进一步予以阐述，其中，对附图进行参考。所阐述的实施方式的功能相同的元件用相同的附图标记来表征。
图1示出了根据现有技术的具有轴承筒的涡轮增压机的中央壳体；
图2示出了具有偏心的坡口的轴承筒的立体图；
图3示出了具有图2的轴承筒的中央壳体的纵剖面；
图4示出了来自图3的细节Z；
图5示出了来自图3的轴承筒的端侧面的俯视图；
图6以俯视图示出了定位构件；
图7以横截面B-B示出了图3的轴承筒；
图8示出了来自图7的细节Y；
图9示出了具有偏心的坡口的轴承筒；
图10以横截面C-C示出了图9的轴承筒。
具体实施方式
图1示出了中央壳体1的片段，中央壳体与轴承筒2、轴(未示出)和在端侧紧固在轴上的涡轮机轮和压缩机轮(未示出)共同形成涡轮增压机。被中央壳体1容纳的轴承筒2包括双列角接触球轴承装置，其具有连贯的外圈3、分开的内圈4和作为滚动体的球5。借助于机油来对轴承进行润滑，机油可以经由机油孔6被输送给轴承筒2。机油经由喷油孔7到达轴承筒2的内部。经由出口开口8进行排放。
在轴承筒2两侧，在中央壳体1上布置有轴向止挡件9，其中，轴向止挡件9在端部之一上通过能与中央壳体1螺丝拧紧的盖子10形成。对扭转的拦挡例如可以通过径向上嵌接到筒中的销来实现(未示出)。在一些应用中感受到不利的是，在抗扭转件和轴向止挡件的区域中的配合由于相邻构件的热造成的膨胀而应被设计为具有大的最小间隙的间隙配合。在一些应用情况中，以后可能导致噪声生成。
按照本发明的具有偏心的坡口11的轴承筒2在图2中以立体图来示出。环绕式凹槽13邻接所示出的外圈3的轴向中间部段12，在轴向中间部段的周边上勾画出出口开口8，该环绕式凹槽用于将机油从中央壳体1的机油孔6输送到喷油孔7。在端侧示出了具有第一和第二轴向区段(14和15)的外周侧面的造型，其中，第一轴向区段14的横截面表现出了外周侧面的轮廓的基本上恒定的半径，由此限定了在转动轴线上的中点16。
第二轴向区段15的横截面沿着周边具有至少一个表现出了外周侧面的轮廓的可变的半径的子区段。可变的半径、即轮廓的在下文被限定为半径变化部18的变化走向由偏心的坡口11产生。具有外周侧面的第三轴向区段19在背离第一轴向区段14的一侧上与第二轴向区段15邻接，其中，在横截面中第三轴向区段19的外周侧面的轮廓具有如下子区段：该子区段在相同的圆周角范围中与第二轴向区段的半径变化部的子区段相比具有更大的距中点16的间距。以这种方式可以形成轴向止挡件和抗扭转件，其工作原理从图3得知。
图3示出了具有在图2中示出的轴承筒2的中央壳体1的纵剖图。除了按类属的轴承筒2的一般的、在图1中已经阐述的组成部分之外，还有定位构件20，定位构件表现出了具有内周边的缺口21，其中，定位构件20在第二轴向区段15的区域中包围外圈3，而且其中，定位构件20和外圈3以能彼此相对运动的方式来布置。定位构件20被构建为盘并且借助于螺丝连接22与中央壳体1固定连接。
图4示出了来自图3的轴承筒2的细节Z。定位构件20嵌接到由坡口11形成的凹槽中并且在轴向方向上限制轴承筒2的轴向可运动性。因此，不同于从现有技术公知的轴承筒，只在一侧上进行轴向拦挡，由此可以降低材料的与温度有关的膨胀的负面影响。
图5以俯视图示出了具有轴承筒2的中央壳体1的端侧。呈盘的形式的定位构件20借助于螺丝连接22紧固在中央壳体1上。中间的缺口21在半径变化部18的区域中嵌接到坡口11中。在被紧固的状态下，定位构件20的缺口21的内周边具有子区段，该子区段距通过轴承筒的转动轴线限定的中点16有不一致的间距。
图6以俯视图示出了定位构件。三个孔23能够实现在定位构件20与中央壳体1之间的螺丝连接22，其中，使用了不对称的钻孔格局。以这种方式能够实现定向的装配。
缺口21基本上是圆形的，其中，圆形的缺口21的半径大于或等于第二轴向区段15的外周侧面的横截面的轮廓的最小半径，而且小于第二轴向区段15的外周侧面的横截面的轮廓的最大半径。圆形的缺口21的中点(第三中点24)与中点16偏心地布置，其中，中点16在装配的状态下比第三中点24距半径变化部18的子区段更近。以这种方式保证了定位构件20嵌接到图4中示出的坡口11中。
图7以横截面B-B阐明了图3的轴承筒2。示出了内圈4、滚动体5和在第二轴向区段15的区域中的外圈3。尤其是阐明了半径变化部18的轮廓。还阐明了坡口11与定位构件20之间用于实现抗扭转的合作：在第一周边区段25中，在第二轴向区段15的外周侧面的轮廓与转动轴线之间的间距大于在第二周边区段26中在定位构件20的缺口21的内周边的轮廓与转动轴线之间的间距。
该关联在图8的细节Y中示出：逆时针的扭转由于所描述的几何关系而导致在外圈3与定位构件20之间的接触，由此防止了继续扭转。在对置侧的相对应的造型防止了顺时针的转动：在第三周边区段中，在第二轴向区段15的外周侧面的轮廓与转动轴线16之间的间距大于在第二周边区段26中在内周边的轮廓与转动轴线之间的间距。因此，沿两个转动方向发生相切的接触条件，这对磨损性能有正面作用。
图9示出了具有偏心的坡口的轴承筒2的另一视图，图10以横截面C-C示出了轴承筒2。阐明了坡口11的偏心性，该坡口的半径变化部18导致相对于中点16的推移：在所示出的实施例中，半径变化部17是圆弧形的子区段，该圆弧形的子区段的中点处在第二轴线上(第二中点27)，该第二轴线的位置不同于转动轴线。
附图标记列表
1 中央壳体
2 轴承筒
3 外圈
4 内圈
5 滚动体
6 机油孔
7 喷油孔
8 出口开口
9 轴向止挡件
10 盖子
11 坡口
12 中间的部段
13 凹槽
14 第一轴向区段
15 第二轴向区段
16 在转动轴线上的中点
17 子区段
18 半径变化部
19 第三轴向区段
20 定位构件
21 缺口
22 螺丝连接
23 孔
24 第三中点
25 第一周边区段
26 第二周边区段
27 第二中点

Claims (10)

1.用于内燃机的压缩机的轴承装置，所述轴承装置具有外圈(3)，所述外圈具有外周侧面，所述外周侧面具有第一和第二轴向区段(14、15)，其中，第一轴向区段(14)的横截面表现出了所述外周侧面的轮廓的基本上恒定的半径，由此限定了在转动轴线上的中点(16)，并且所述轴承装置具有定位构件(20)，所述定位构件表现出了具有内周边的缺口(21)，其中，所述定位构件(20)在第二轴向区段(15)的区域中包围所述外圈(3)，而且其中，所述定位构件(20)和所述外圈(3)以能彼此相对运动的方式来布置，其特征在于，所述定位构件(20)的缺口(21)的内周边具有至少一个距中点(16)有不一致的间距的子区段，而且所述第二轴向区段(15)的横截面沿着周边具有至少一个表现出了所述外周侧面的轮廓的可变的半径的子区段(半径变化部18)，其中，在第一周边区段(25)中，在所述第二轴向区段(15)的外周侧面的轮廓与所述转动轴线(16)之间的间距大于在第二周边区段中在所述定位构件(20)的缺口(21)的内周边的轮廓与所述转动轴线(16)之间的间距。
2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，具有外周侧面的第三轴向区段(19)在背离所述第一轴向区段(14)的一侧上与所述第二轴向区段(15)邻接，其中，在横截面中所述第三轴向区段(19)的外周侧面的轮廓具有如下子区段：该子区段在相同的圆周角范围中与所述第二轴向区段的半径变化部(18)的子区段相比具有更大的距中点(16)的间距(推力轴承区段)。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其特征在于，所述定位构件(20)能与壳体(1)连接，由此所述第一周边区段(25)和所述第二周边区段(26)的相对位置被固定。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其特征在于，在第三周边区段中，在所述第二轴向区段(15)的外周侧面的轮廓与所述转动轴线(16)之间的间距大于在第二和/或第四周边区段中在所述定位构件(20)的缺口(21)的内周边的轮廓与所述转动轴线(16)之间的间距。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其特征在于，所述半径变化部(18)是圆弧形的子区段，所述圆弧形的子区段的中点处在第二轴线上(第二中点27)，所述第二轴线的位置不同于所述转动轴线(16)。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其特征在于，所述缺口(21)基本上是圆形的，其中，圆形的缺口(21)的半径大于或等于所述第二轴向区段(15)的外周侧面的横截面的轮廓的最小半径，而且小于所述第二轴向区段(15)的外周侧面的横截面的轮廓的最大半径。
7.根据权利要求6所述的轴承装置，其特征在于，所述圆形的缺口的中点(第三中点24)与所述中点(16)偏心地布置，其中，所述中点(16)比所述第三中点(24)距所述间距变化(18)的子区段更近。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其特征在于，所述第二轴向区段(15)的半径变化部(18)由偏心的坡口(11)产生。
9.用于内燃机的压缩机，所述压缩机具有壳体(1)并且具有根据上述权利要求中任意一项所述的轴承装置，其中，定位构件(20)固定在壳体上。
10.用于内燃机的涡轮增压机，所述涡轮增压机具有涡轮机轮和压缩机轮，所述涡轮机轮和压缩机轮通过轴彼此连接，以及所述涡轮增压机具有根据权利要求1至8中任意一项所述的轴承装置，其中，所述轴承装置至少部分地被壳体(1)容纳。
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