DE102010046594A1 - Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (1) für eine Welle (4) eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager (2), wobei das Lager (2) eine die Welle umfassend ausgestaltete Lagerhülse (3) aufweist. Erfindungsgemäß weist die Lagervorrichtung (1) eine Wärmequelle (8) zur mittelbaren oder unmittelbaren Temperierung des Lagers (2) auf.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
- Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 060 369 A1 geht eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers hervor, mit mindestens einem Lager, wobei das Lager eine, eine Welle umfassend ausgestaltete, Lagerhülse aufweist. Zur Verbesserung eines hydrodynamischen Zustands zwischen einer Außenfläche der Welle und einer Innenfläche der Lagerhülse wird vorgeschlagen, mindestens einer der beiden Flächen, die Außenfläche der Welle oder die Innenfläche der Lagerhülse, mit einer riefenartigen Struktur, im Sinne einer reproduzierbaren Oberflächenrauheit, zu versehen. Es wird dabei bevorzugt eine gleichmäßige Struktur vorgeschlagen. Diese Struktur ist mit Hilfe entsprechender Verfahren, bspw. Lasergravurtechnik, Ätzverfahren oder ähnlichem auf der entsprechenden Fläche aufzubringen. Dies sind zum einen aufwendige zusätzliche Verfahren zur Herstellung der Lagervorrichtung, und zum anderen ist, aufgrund der entsprechenden Reibmomente, welche durch Festkörperkontakte zwischen der Außenfläche der Welle und der Innenfläche der Lagerhülse insbesondere bei einem Kaltstart in Erscheinung treten, dem hohen Wärmeverlust als Teil des Reibleistungsverlustes im Betrieb des Abgasturboladers nicht ausreichend Rechnung getragen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung bereitzustellen, mit Hilfe derer eine weitere Reduzierung von Reibleistungsverlusten der Lagervorrichtung bei gleichzeitiger Steigerung eines Abgasturboladerwirkungsgrades realisierbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und nicht-triviale Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß weist eine Lagervorrichtung für eine Welle eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager, wobei das Lager eine die Welle umfassend ausgestaltete Lagerhülse aufweist, eine Wärmequelle zur mittelbaren oder unmittelbaren Erwärmung des Lagers auf. Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass durch die mittelbare oder unmittelbare Erwärmung des Lagers mit Hilfe der Wärmequelle ein für die Reibleistung und somit auch für den Wirkungsgrad des Abgasturboladers ausschlaggebender hydrodynamischen Zustand im Lager einstellbar ist. So liegt beispielsweise bei einem so genannten Kaltstart einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche den Abgasturbolader aufweist, eine gesteigerte Schmiermittelviskosität des Schmiermittels vor, die eine erhöhte Lagertragfähigkeit aufweist. Mit Hilfe der Wärmequelle wird nun das Lager soweit erwärmt, bis die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert ist, wobei als Folge davon die Reibung und somit die Reibleistung minimiert ist. Eine Reduzierung dieser Reibleistung hat eine Steigerung des Wirkungsgrades des Abgasturboladers als Folge.
- In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist ein Innendurchmesser der Lagerhülse mit Hilfe der Wärmequelle einstellbar. Weisen die Welle und die Lagerhülse unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, kann mit Hilfe der Wärmequelle ein Lagerspalt eingestellt werden. Der Lagerspalt entspricht einem radialen Abstand zwischen einer Innenfläche der Lagerhülse und einer Außenfläche der Welle. Aufgrund der Erwärmung der Lagerhülse mit Hilfe der Wärmequelle dehnt sich die Lagerhülse aus, wodurch ein Innendurchmesser der Lagerhülse vergrößert und somit ebenfalls der Lagerspalt vergrößert wird. Aufgrund der Vergrößerung des Lagerspaltes wird die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Lagertemperatur vorgesehen, so dass vorteilhafterweise die aktuelle Lagertemperatur ermittelbar ist und eine entsprechende Regelung der Wärmequelle in Abhängigkeit der aktuellen Lagertemperatur durchgeführt werden kann.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist die Lagertemperatur mit Hilfe der Wärmequelle kennfeldabhängig einstellbar. Das Kennfeld, mit Hilfe dessen die Lagertemperatur eingestellt wird, wurde zuvor beispielsweise an einem Motorprüfstand oder einem Abgasturboladerprüfstand ermittelt. Das Kennfeld weist so genannte optimale Soll-Lagertemperaturwerte in Abhängigkeit bspw. einer Motorlast oder einer Motordrehzahl auf. Jedem Soll-Lagertemperaturwert ist ein Lagerspaltwert zugeordnet. Es wird entsprechend einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder das Abgasturboladers – je nachdem in welcher Abhängigkeit das Kennfeld ermittelt wurde – die dem Betriebspunkt zugeordnete optimale Soll-Lagertemperatur im Kennfeld ermittelt. Der Vorteil dabei ist, dass jederzeit und für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder des Abgasturboladers die entsprechende Soll-Lagertemperatur abrufbar ist, welcher ein entsprechender Lagerspalt zuordenbar ist. Eine tatsächliche, die sogenannten Ist-Lagertemperatur des Lagers ist mit Hilfe der Wärmequelle so einzustellen, dass sie, zumindest weitestgehend, der Soll-Lagertemperatur entspricht. Weist die Ist-Lagertemperatur den Wert der Soll-Lagertemperatur auf, liegt der dieser Lagertemperatur entsprechende Lagerspalt vor.
- In einer Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist das Kennfeld veränderbar. Das bedeutet, dass bspw. im Betrieb des Abgasturboladers mit Hilfe eines Programms aus dem Informatikbereich der Künstlichen Intelligenz dem Kennfeld weitere Lagertemperaturdaten hinzugefügt werden können, wobei diese Daten mit Hilfe eines entsprechenden in dem Programm angelegten Algorithmus ermittelbar sind.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Lagervorrichtung ist vorteilhafterweise ein Leistungsverstärker zur Steuerung eines Energieflusses zwischen der Wärmequelle und dem Lager vorgesehen.
- 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:
-
1 In einer prinzipielle Darstellung die erfindungsgemäßen Lagervorrichtung und -
2 In einer prinzipiellen Darstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einer Variante. - In
1 ist in einer prinzipiellen Darstellung die erfindungsgemäße Lagervorrichtung1 abgebildet. Die Lagervorrichtung1 weist ein Lager2 , insbesondere ein Radiallager, mit einer Lagerhülse3 auf. In dieser Lagerhülse3 ist eine Welle4 eines nicht näher dargestellten Laufzeugs eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers drehbar gelagert. Zwischen einer Außenfläche5 der Welle4 und einer Innenfläche6 der Lagerhülse3 ist im Betrieb des Abgasturboladers ein im Wesentlichen gleichmäßiger Lagerspalt7 ausgebildet. - Des Weiteren umfasst die Lagervorrichtung
1 eine Wärmequelle8 , mit deren Hilfe das Lager2 temperierbar ist. Zur definierten Temperierung ist die Wärmequelle8 mit einer Regel- und Steuereinrichtung9 verbunden, welche zur Regel- und Steuerung ein mit Betriebsdaten bestücktes elektronisches Kennfeld aufweist. - Das Kennfeld weist in Abhängigkeit eines Betriebspunktes des Abgasturboladers entsprechende Soll-Temperaturwerte auf. Diese Soll-Temperaturwerte werden mit tatsächlichen, so genannten Ist-Temperaturwerten des Lagers
2 verglichen, wobei die Ist-Temperaturwerte mit Hilfe eines dem Lager2 zugeordneten Temperatursensors, bspw. in Form eines Thermoelementes, gemessen und als Messsignale an die Regel- und Steuereinrichtung9 weitergegeben werden - Ergibt der Vergleich des Soll-Temperaturwerte mit dem Ist-Temperaturwert eine Differenz, so wird entweder die Wärmequelle
8 derart gesteuert, dass mehr Wärme an das Lager2 abgegeben wird, damit das Lager2 erwärmt wird und die Ist-Temperatur gesteigert werden kann. Oder die Wärmequelle8 wird so gesteuert, dass sie weniger oder keine Wärme abgibt, damit eine Reduzierung der Ist-Temperatur herbeigeführt werden kann. - Eine Steuerung der Wärmequelle
8 erfolgt mit Hilfe eines Verstärkers11 , welcher zwischen der Regel- und Steuervorrichtung und der Wärmequelle8 angeordnet ist. Es wird dabei ein Signal von der Regel- und Steuereinrichtung9 an den Verstärker11 weitergegeben, welcher beispielsweise einen Stromfluß zur Wärmequelle8 beeinflusst. - In einer einfachen Ausführungsform der Lagervorrichtung
1 weist die Regel- und Steuereinrichtung9 ein vollständig belegtes und somit auch nicht veränderbares Kennfeld auf. In einer aufwendigeren Ausführungsform weist die Regel- und Steuervorrichtung9 ein veränderbares Kennfeld auf. Diesem veränderbaren Kennfeld liegt ein in der Regel- und Steuereinrichtung9 abgebildetes Programm aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz der Informationstechnologie zugrunde. - Bei einer Lagerhülse
3 , welche aus einem metallischen Material hergestellt ist, ist ein Induktor als Wärmequelle8 ausgebildet, wie in2 dargestellt, wobei dieser Induktor innerhalb eines nicht näher dargestellten Lagerabschnitts des nicht näher dargestellten Abgasturboladers integriert ist. - Die Erwärmung der Lagerhülse
3 führt zu einer Änderung eines Innendurchmessers Di der Lagerhülse3 und somit zu einer Änderung des Lagerspaltes7 . Ein optimaler Lagerspalt7 liegt dann vor, wenn eine Reibleistung minimiert ist und das Lager2 selbst in Verbindung mit einem zwischen der Innenfläche6 der Lagerhülse3 und der Außenfläche5 der Welle4 angeordneten Schmiermittel ausreichende Tragfähigkeit aufweist. - Mit Hilfe der Wärmequelle
8 wird somit in Abhängigkeit einer Schmiermittelbetriebstemperatur des nicht näher dargestellten Abgasturboladers ein Lagerspalt7 erzielt, welcher als optimaler Lagerspalt7 für den entsprechenden Betriebspunkt des Abgasturboladers angesehen werden kann. - So liegt beispielsweise bei einem so genannten Kaltstart einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche den Abgasturbolader aufweist, eine gesteigerte Schmiermittelviskosität des Schmiermittels vor, die eine erhöhte Lagertragfähigkeit aufweist. Mit Hilfe der Wärmequelle
8 wird nun die Lagerhülse3 soweit erwärmt, dass der Lagerspalt7 vergrößert wird und die Tragfähigkeit des Schmiermittels auf einen ausreichenden Wert reduziert wird, wobei als Folge davon die Reibung minimiert wird. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008060369 A1 [0002]
Claims (6)
- Lagervorrichtung für eine Welle (
4 ) eines Laufzeugs eines Abgasturboladers, mit mindestens einem Lager (2 ), wobei das Lager (2 ) eine die Welle (4 ) umfassend ausgestaltete Lagerhülse (3 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (1 ) eine Wärmequelle (8 ) zur mittelbaren oder unmittelbaren Temperierung des Lagers (2 ) aufweist. - Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (Di) der Lagerhülse (
3 ) mit Hilfe der Wärmequelle (8 ) einstellbar ist. - Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (
10 ) zur Bestimmung einer Lagertemperatur vorgesehen ist. - Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertemperatur mit Hilfe der Wärmequelle (
8 ) kennfeldabhängig einstellbar ist. - Lagervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld veränderbar ist.
- Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker (
11 ) zur Steuerung eines Energieflusses zwischen der Wärmequelle (8 ) und dem Lager (2 ) vorgesehen ist.
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---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |