DE102010054905A1

DE102010054905A1 - Lagereinheit für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102010054905A1
Application number: DE102010054905A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20130259416A1; CN103261721A; WO2012079883A1; CN103261721B; US9261105B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363), eine innerhalb des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367), sowie ein am Lagergehäuse (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnetes Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367) innerhalb des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363). Hierbei ist die Summe der auf den äußeren Lagerring (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367) wirkenden Kräfte im Wesentlichen null. Eine derartige Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) verhindert ein Verdrehen des äußeren Lagerrings (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367), ohne dabei die schwingungsdämpfende Wirkung des Quetschölfilms zu reduzieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring, sowie ein am Lagergehäuse angeordnetes Sicherungselement zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses.
Hintergrund der Erfindung
Ein Turbolader dient üblicherweise der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen durch die Nutzung von Abgasenergie. Der Turbolader besteht hierzu aus einem Verdichter und einer Turbine, die über eine innerhalb eines Lagergehäuses gelagerte Welle miteinander verbunden sind. Im Betrieb wird die Turbine durch einen Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt über die Welle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird in den Motor geleitet, wobei durch den erhöhten Druck während des Ansaugtaktes eine große Menge Luft in die Zylinder gelangt. Hierdurch steigt der zur Verbrennung von Kraftstoff benötigte Sauerstoffgehalt entsprechend an, so dass bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangt.
Dies führt zu einer Steigerung des maximalen Drehmoments, wodurch die Leistungsabgabe, also die maximale Leistung bei konstantem Arbeitsvolumen, erhöht wird. Diese Steigerung erlaubt insbesondere den Einsatz eines leistungsstärkeren Motors mit annähernd gleichen Abmessungen oder ermöglicht alternativ eine Verringerung der Motorabmessungen, also das Erzielen einer vergleichbaren Leistung bei kleineren und leichteren Maschine.
Im Betrieb eines Turboladers rotiert die Welle bei steigender Motordrehzahl mit hoher Drehgeschwindigkeit. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit können beispielsweise durch die Rotation der Welle hervorgerufene Schwingungen auf die einzelnen Komponenten der Lagereinheit übertragen werden. Grundsätzlich dient ein im Zwischenraum zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse ausgebildeter sogenannter Quetschölfilm dazu, diese Schwingungen zu dämpfen und somit den Kontakt zwischen den Lagerkomponenten zu verhindern, um einen störungsfreien Betrieb eines Turboladers gewährleisten zu können.
Aus der DE 35 31 313 C3 ist eine Lagervorrichtung für einen Turbolader der eingangs genannten Art bekannt. Die Lagereinheit umfasst ein als Kugellager ausgebildetes Lager, welches in einer Buchse aufgenommen ist. Die Buchse wiederrum ist in einem Lagergehäuse positioniert. In der Außenumfangsfläche der Buchse sowie in der Innenumfangsfläche des Lagergehäuses sind Ausnehmungen eingebracht, die zusammen eine Bohrung bilden. Zur Positionierung der Buchse innerhalb des Lagergehäuses ist ein als Stift ausgebildetes Sicherungselement vorgesehen, das lose in die Ausnehmungen bzw. die Bohrung eingesetzt ist. Auf diese Weise kann die Drehung des äußeren Lagerrings verhindert werden.
Nachteilig bei der vorgenannten Ausgestaltung ist jedoch, dass aufgrund des Einsatzes des Sicherungselements an der vorgesehenen Position eine ungedämpfte Kraftübertragung begünstigt wird. Hierdurch besteht die Gefahr eines unerwünschten Kontakts zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse, so dass ein störungsfreier Betrieb des Turboladers nicht gewährleistet werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Möglichkeit zur sicheren Positionierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses anzugeben, welche ein Verdrehen des äußeren Lagerrings verhindert, ohne dabei die schwingungsdämpfende Wirkung des Quetschölfilms zu reduzieren.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagereinheit für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse, eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring, sowie ein am Lagergehäuse angeordnetes Sicherungselement zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses. Hierbei ist vorgesehen, dass die Summe der über die Verdrehsicherung auf den äußeren Lagerring wirkenden Kräfte im Wesentlichen null ist.
Die Erfindung berücksichtigt, dass durch die bislang eingesetzten Sicherungselemente zwar eine Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings in einem Lagegehäuse erreicht werden kann. Allerdings wird der äußere Lagerring innerhalb des Lagergehäuses über die durch die Verdrehsicherung eingeleitete Kraft in eine der Kraftrichtung entsprechende Vorzugsrichtung gedrückt, wobei der im Zwischenraum ausgebildete Quetschölfilm reduziert und im ungünstigsten Fall ganz aufgehoben wird. Dies kann im Betrieb des Turboladers zu einem unerwünschten Kontakt des äußeren Lagerrings mit dem Lagergehäuse und damit zu einer ungedämpften Kraftübertragung zwischen diesen Komponenten führen. Neben einer hohen Geräuschbelastung ist hierbei insbesondere auch eine ermüdungsbedingte verkürzte Lebensdauer der Lagereinheit zu beobachten.
Mit anderen Worten kann durch die bislang verwendeten Sicherungselemente zwar die Verdrehung des äußeren Lagerrings verhindert werden, allerdings ist die benötigte Zentrierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses aufgrund der eingeleiteten Kräfte gestört.
Unter Berücksichtigung dessen erkennt die Erfindung, dass die vorgenannte Problematik überwunden werden kann, wenn die die Summe der auf den äußeren Lagerring wirkenden Kräfte im Wesentlichen null ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass der äußere Lagerring in eine Vorzugsrichtung gedrückt wird und es zu einem unerwünschten Kontakt zwischen der Lagerkartusche bzw. dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse kommt.
Hierbei sind Abhängigkeit der Ausgestaltung der Lagereinheit verschiedene Kraftkomponenten zu berücksichtigen, die die Zentrierung und die koaxiale Ausrichtung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses beeinflussen. Insbesondere sind die über das Sicherungselement Kräfte auf den äußeren Lagerring übertragenen Kräfte, ebenso wie die durch den Öldruck und die Schwerkraft hervorgerufenen Kräfte berücksichtigt werden.
Grundsätzlich kann das Sicherungselement verschiedenen Formen und Größen haben. Das Sicherungselement kann beispielsweise als ein Zapfen, ein Bolzen oder auch als ein Federelement ausgebildet sein, wobei beispielsweise ein Abschnitt des Sicherungselements für den Eingriff in eine Ausnehmung oder eine Bohrung innerhalb des Lagergehäuses ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Sicherungselement aus einem temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff gefertigt. Weiterhin kann das Sicherungselement beispielsweise entweder gehäusefest mit dem Lagergehäuse verbunden sein oder in innerhalb des Lagergehäuses ausgebildeten Bohrungen positioniert sein. Hierbei bildet sich insbesondere eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sicherungselement und dem äußeren Lagerring aus.
Die Lagerkartusche umfasst üblicherweise zumindest ein Lager mit einem inneren und einem äußeren Lagerring, zwischen denen eine Anzahl von Wälzkörpern geführt ist. Die Wälzkörper sind in Wälzkörperlaufbahnen geführt, die am Außenumfang des inneren Lagerrings bzw. am Innenumfang des äußeren Lagerrings eingebracht sind. Beide Lagerringe können entweder einteilig oder zweiteilig gefertigt sein.
Das Lagergehäuse kann aus verschiedenen Materialien gefertigt sein. Aufgrund der hohen Belastungen im Betrieb eines Turboladers eignen sich hierbei insbesondere temperaturfeste und korrosionsbeständige metallische Werkstoffe. Das Lagergehäuse ist insbesondere mit einer Aufnahmebohrung für das Lager ausgebildet, wobei der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des äußeren Lagerrings. Der hierbei für die Ausbildung des Ölfilms entstehende Zwischenraum, der beispielsweise als ein Spalt zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse ausgebildet ist, ist entsprechend durch die Abmessungen der Aufnahmebohrung und dem äußeren Lagerring bestimmt.
Zur Ölversorgung des Zwischenraums kann eine Anzahl von Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse ausgebildet sein, die im Einbauzustand mit jeweils den Außenumfang der Lagerkartusche umlaufenden Nuten kommunizierend verbunden sind. Auf diese Weise kann Öl aus dem Motorölkreislauf in den Zwischenraum gedrückt werden und so zur Versorgung des Quetschölfilms genutzt werden. Von den Nuten in der Lagerkartusche wird ein Teil des Öls dann beispielsweise über eine mit der Nut verbundene Spritzölbohrung in den Lagerinnenraum gedrückt und steht zur Schmierung der Lagerkomponenten zur Verfügung.
Zum Ablauf des Öls ist bevorzugt weiterhin eine Auslassbohrung im Lagergehäuse vorgesehen. Diese Auslassbohrung kann mit am Außenumfang des äußeren Lagerrings eingebrachten Ablaufnut in kommunizierender Verbindung stehen, so dass das über die Versorgungsbohrung dem Zwischenraum zugeführte Öl kontinuierlich abfließen kann.
Das Lager selbst kann beispielsweise als ein Wälzlager ausgebildet sein. Hierbei ist eine Ausgestaltung mit innerhalb eines Käfigs gehaltenen Wälzkörpern als auch eine vollkugelige Variante ohne Käfig denkbar. Das Lager ist üblicherweise mit einem inneren und einem äußeren Lagerring ausgebildet. Über den inneren Lagerring kann das Lager bzw. die Lagereinheit auf einer Welle positioniert werden. Im Hinblick auf die Belastungen der Lagereinheit und unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse, wie beispielsweise Temperatureinflüsse oder Korrosion, sind die Lagerringe insbesondere aus temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien, wie beispielsweise aus durchgehärteten Stählen gefertigt. An der Innenseite der Lagerringe ist vorzugsweise jeweils eine Laufbahn für die Führung von Wälzkörpern ausgebildet. Weiterhin ist sowohl eine einteilige als auch eine mehrteilige Fertigung beider Lagerringe möglich. Bei einer zweiteiligen Fertigung des äußeren Lagerrings ist beispielsweise eine Beanstandung der beiden Teilringe mittels eines vorgespannten Federelements denkbar.
Alternativ kann das Lager als ein Gleitlager ausgebildet sein. Bei einer Gleitlagerung haben die beiden sich relativ zueinander bewegenden Teile direkten Kontakt und gleiten aufeinander. Der hierbei entstehende Reibwiderstand kann insbesondere durch die Erzeugung eines Schmierfilms überwunden werden. Weiterhin kann durch die Wahl reibungsarmer Materialpaarungen der sich berührenden Teile eine Verringerung des Reibwiderstands erreicht werden. Der Einsatz eines Gleitlagers zur Lagerung einer Welle eines Turboladers eignet sich beispielsweise deswegen, da das über die Versorgungsbohrungen zugeführte Öl auch zur Schmierung des Gleitlagers genutzt werden kann.
Weiterhin kann die Lagerkartusche beispielsweise zusätzlich oder alternativ zum äußeren Lagerring einen Trägerring umfassen, in dem das Lager bzw. der äußere Lagerring angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, die Lagerkartusche entsprechend der jeweiligen Anforderung flexibel auszugestalten. Beispielsweise kann die Lagerkartusche Kundenwünschen entsprechend vormontiert werden. Bei einer Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring ist der Ölfilm zwischen diesem und dem Lagergehäuse ausgebildet. Wenn die Lagerkartusche zusätzlich noch einen Trägerring umfasst, so sind das Lager bzw. die weiteren Lagerkomponenten der Lagerkartusche im eingebauten Zustand innerhalb des Trägerrings positioniert. Der Zwischenraum für den Ölfilm ist entsprechend zwischen dem Außenumfang des Trägerrings und der Innenwand des Lagergehäuses ausgebildet. Die Nuten zur Ölversorgung des Quetschölfilms sind dann zweckmäßigerweise entweder im Außenumfang des äußeren Lagerrings oder des Trägerrings ausgebildet und stehen im eingebauten Zustand des Lagers mit den Versorgungsbohrungen im Lagergehäuse in kommunizierender Verbindung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die auf den äußeren Lagerring wirkende Gesamtkraft im Wesentlichen der Summe der durch das Sicherungselement eingeleiteten Kräfte, der Kraft des Öldrucks, sowie der Gewichtskraft der Lagerkartusche. Mit anderen Worten setzt sich die Gesamtkraft im Wesentlichen aus allen Kräften zusammen, die im Betrieb des Turboladers
Über das Sicherungselement werden Kräfte auf den äußeren Lagerring übertragen, die sich auf die Positionierung der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses und damit auf die störungsfreie Funktion des Turboladers auswirken.
Die Anzahl der Sicherungselemente hierbei grundsätzlich frei wählbar. Sie ist insbesondere an die Größe der Lageranordnung angepasst, wobei die Positionierung insbesondere hinsichtlich der gewünschten Krafteinleitung flexibel ist. Bei einer Mehrzahl von Sicherungselementen ist hierbei bevorzugt die Summe der durch diese eingeleiteten und auf den äußeren Lagerring wirkenden Kräfte im Wesentlichen null, so dass die Sicherungselemente die Zentrierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses nicht behindern.
Durch die gezielte Positionierung und Dimensionierung des eingesetzten Sicherungselements können diese Kräfte ausgeglichen werden, so dass kein Kontakt zwischen dem äußeren Lagerring und dem Lagergehäuse entsteht. Das Sicherungselement kann hierzu an verschiedenen Stellen der Lagereinheit positioniert werden. Beispielsweise kann das Sicherungselement stirnseitig am Lagergehäuse parallel zur Mittenachse des Lagergehäuses angeordnet sein.
Die durch den Öldruck auf die Lagerkartusche wirkende Kraft ist insbesondere abhängig von der Position und der Ausrichtung der zur Beaufschlagung des Ölfilms benötigten Versorgungsbohrung. Grundsätzlich nimmt der Öldruck von der Stelle der Beaufschlagung in Richtung des Ölabflusses ab. Beispielsweise nimmt im Fall einer Ölversorgung im Einbauzustand von oben der auf die Lagerkartusche wirkende Öldruck nach unten hin ab. Die resultierende Kraft auf die Lagerkartusche wirkt entsprechend nach unten, so dass der benötigte Abstand zwischen der Lagerkartusche und dem Lagergehäuse im ungünstigsten Fall null wird.
Zusätzlich zu den durch die Verdrehsicherung eingeleiteten Kräften und der durch den Öldruck hervorgerufenen Kraft ist auch das Gewicht der Lagerkartusche als Teil der auf den äußeren Lagerring wirkenden Gesamtkraft zu berücksichtigen. Durch das Eigengewicht wird die Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses nach unten gedrückt und muss ebenfalls bei der Positionierung und die Dimensionierung des Sicherungselements berücksichtigt werden.
Grundsätzlich ist hierbei auch die Anzahl der eingesetzten Sicherungselemente zu berücksichtigen. Bei einer Mehrzahl von Sicherungselementen kann die Summe der durch diese eingeleiteten und auf den äußeren Lagerring wirkenden Kräfte nahezu null sein, so dass die Sicherungselemente die Zentrierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses nicht behindern. Alternativ kann beispielsweise dann, wenn die Summe der Kräfte ungleich null ist, diese Differenz durch die Kraft des Öldrucks und/oder durch die Kraft des Eigengewichts der Lagerkartusche ausgeglichen werden, so dass die auf den äußeren Lagerring wirkende resultierende Gesamtkraft im Wesentlichen null ist.
Die Anzahl der Sicherungselemente hierbei grundsätzlich frei wählbar. Sie ist insbesondere an die Größe der Lageranordnung angepasst, wobei die Positionierung insbesondere hinsichtlich der gewünschten Krafteinleitung flexibel ist.
Insgesamt lässt sich so bereits vor der Montage der Lagerkartusche durch die Abstimmung der einzelnen Kraftkomponenten aufeinander die Gesamtkraft bestimmen, so dass eine sichere Zentrierung der Lagerkartusche im Betrieb des Turboladers erreicht werden kann.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement um seine Achse frei drehbar. Bei einer Drehung des äußeren Lagerrings im Betreib des Turboladers stößt diese am Sicherungselement an. Durch die freie Drehbarkeit des Sicherungselements dreht sich dieses dann entsprechend auch, bis es am Lagergehäuse zur Anlage kommt. Hierbei entsteht dann der zur Befestigung erwünschte Formschluss, der ein weiteres Verdrehen des äußeren Lagerrings verhindert. Das Sicherungselement ist weiterhin vorzugsweise in radialer Richtung fest, so dass es bei einem Verdrehen des äußeren Lagerrings das Sicherungselement nicht in radialer Richtung gedrückt werden kann. Bei einer Drehung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses schlagen der Lagerring und das Sicherungselement aneinander an und behindern sich gegenseitig. Der hierbei entstehende Formschluss verhindert eine Drehung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Sicherungselementen umfasst ist, die entlang des Umfangs des Lagergehäuses im Wesentlichen in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Beim Einsatz mehrerer Sicherungselemente, die im Wesentlichen in gleichem Abstand zueinander entlang des Umfangs des Lagergehäuses angeordnet sind, erfolgt die Krafteinleitung an mehreren Stellen gleichzeitig. Die Summe der durch die Sicherungselemente auf den äußeren Lagerring wirkenden Kräfte wird somit idealerweise nahezu null, so dass ein Kontakt des äußeren Lagerrings mit dem Lagergehäuse unterbunden werden kann. Auf diese Weise wird die Selbstzentrierung des äußeren Lagerrings bzw. der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses unterstützt.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann Anzahl der Sicherungselemente frei gewählt werden. Bei der Verwendung von zwei Sicherungselementen, die entlang des Umfangs des Lagergehäuses in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind, bedeutet dies beispielsweise, dass die Sicherungselemente einander gegenüberliegend in einem Winkel von 180° zueinander am Umfang angeordnet sind. Die Sicherungselemente sind sozusagen drehsymmetrisch bezüglich der Mittenachse des Lagergehäuses angeordnet. Beim Einsatz mehrerer Sicherungselemente wird der Abstand zwischen diesen kleiner. Bei drei oder auch vier Sicherungselementen verringert sich der Abstand zwischen diesen beispielsweise auf 120° bzw. auf 90° entlang des Umfangs.
Mit anderen Worten kann durch die in gleichem Abstand angeordneten Sicherungselemente, unabhängig von deren Anzahl und Größe, ein Verdrehen des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses verhindert werden, ohne dabei die schwingungsdämpfende Wirkung des Quetschölfilms zu reduzieren.
Vorzugsweise ist das oder jedes Sicherungselement stirnseitig am Lagergehäuse angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Fertigung ebenso wie einen vereinfachten Zusammenbau der Lagereinheit. Das oder jedes Sicherungselement kann nach der Montage der Lagereinheit, also nach dem Positionieren der Lagerkartusche innerhalb des Lagergehäuses, an der Stirnseite des Lagergehäuses befestigt werden. Dies ermöglicht auch die einfache Montage direkt beim Kunden.
Zweckmäßigerweise sind Bohrungen zur Befestigung des oder jedes Sicherungselements umfasst. Die Bohrungen können im Lagergehäuse eingebracht sein oder zusätzlich oder alternativ auch im äußeren Lagerring als Teil der Lagerkartusche. Die Bohrungen können beispielsweise kreisrunde oder rechteckige Querschnitte aufweisen oder auch als ein sogenanntes Langloch ausgebildet sein. Die Sicherungselemente werden auf diese Weise an der Lagereinheit befestigt. Sie können beispielsweise in die Bohrungen eingeschoben und lose in diesen gehalten werden. Der Durchmesser der Bohrungen kann entsprechend geringfügig größer sein, als der Durchmesser der Bohrungen. Auch ein Einpressen der Sicherungselemente in die Bohrungen ist möglich. In diesem Fall entspricht der Durchmesser der Bohrungen in etwa dem Durchmesser der der Sicherungselemente oder ist geringfügig kleiner. Beide Möglichkeiten bieten eine ausreichende Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings.
Vorteilhafterweise sind die Bohrungen an der Stirnseite des Lagergehäuses ausgebildet. Die Bohrungen können sich beispielsweise in axialer Richtung parallel zur Lagergehäuseachse erstrecken. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfach zu handhabende Möglichkeit, die Sicherungselemente am Lagergehäuse zu befestigen, da die Stirnseite des Lagergehäuses einen besonders gut zugänglichen Bereich der Lagereinheit darstellt. Der in die Bohrungen eingebrachte Abschnitt der Sicherungselemente verläuft dann parallel zur Lagergehäuseachse.
Alternativ können die Bohrungen beispielsweise auch quer zur Lagergehäuseachse ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch möglich, die Bohrungen so in den Mantel des äußeren Lagerrings und/oder des Trägerrings einzubringen, dass sich das oder jedes Sicherungselemente, bzw. jeweils der in der Bohrung aufgenommene Abschnitt des Sicherungselements radial vom Lagergehäuse weg in Richtung der Welle erstreckt.
Besonders bevorzugt ist das oder jedes Sicherungselement jeweils als ein Sicherungspin mit einer Abflachung zur Anlage an einer Gegenabflachung der Lagerkartusche ausgebildet. Der oder jeder Sicherungspin kann einfach in hierfür vorgesehene Bohrungen innerhalb des Lagergehäuses gesteckt werden. Die Sicherungspins können beispielsweise mit einem runden Querschnitt oder auch mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein. Die Sicherungspins können entweder aus vollmassiv oder auch, beispielsweise bei einem runden Querschnitt, in Form eines Rohres mit einer entsprechenden Wandung ausgebildet sein. Die zur Aufnahme im Lagergehäuse ausgebildeten Bohrungen sind dann der Form der Sicherungspins entsprechend ausgebildet.
Die Abflachung des Sicherungspins liegt im eingebauten Zustand an einer Gegenabflachung der Lagerkartusche bzw. des äußeren Lagerrings an. Zusätzlich umfasst der Sicherungspin vorzugsweise eine weitere Abflachung zur Anlage am Lagergehäuse. Das Lagergehäuse selbst ist vorzugsweise auch mit einer entsprechenden Gegenabflachung ausgebildet. Durch die Anlage der jeweiligen Abflachungen aneinander ergibt sich eine Haltekraft durch Formschluss im Anlagenrandbereich zwischen den Abflachungen eines Sicherungspins und den Gegenabflachungen der Lagereinheit.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das oder jedes Sicherungselement jeweils als ein Bolzen ausgebildet, der gehäusefest in der Mantelfläche des Lagergehäuses angeordnet. Hierdurch kann ebenfalls eine Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses erreicht werden. Die Bolzen erstrecken sich beispielsweise in Bohrungen, die radial nach innen gerichtet in Richtung der Welle in der Mantelfläche des äußeren Lagerrings eingebracht sind. Alternativ können die die Bolzen auch parallel zur Gehäuseachse verlaufen. Die Anzahl der Bolzen kann hierbei ebenfalls entsprechend der Dimension der Lagereinheit gewählt werden. Bei dem Einsatz mehrerer Bolzen gilt, wie bereits eingangs genannt, dass durch eine Anordnung in gleichem Anstand zueinander entlang des Umfangs der Lagereinheit die über den Formschluss eingeleiteten Kräfte sich gegenseitig
Vorteilhafterweise ist an der Stirnseite des Lagergehäuses eine Sicherungsplatte angeordnet. Die Sicherungsplatte dient ebenfalls der verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses. Die Sicherungsplatte kann beispielsweise gehäusefest am Lagergehäuse angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Sicherungsplatte an ihrer dem Lagergehäuse zugewandten Seite mit Abflachungen ausgebildet, die an entsprechenden Gegenabflachungen des äußeren Lagerrings zur Anlage kommen. Über die Abflachungen wirken entgegengesetzt gerichtete Kräfte gleicher Größe auf den äußeren Lagerring, die sich in der Summe aufheben, wodurch eine verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings gewährleistet werden kann. Zusätzlich zur Sicherungsplatte können bedarfsabhängig selbstverständlich auch weitere Sicherungselemente eingesetzt werden.
Weiter bevorzugt ist an der Sicherungsplatte ein Sicherungselement angeordnet. Hierbei ist die Anzahl der Sicherungselemente variabel. In jedem Fall sind auch beim Einsatz einer Sicherungsplatte mit Sicherungselementen diese jeweils in gleichem Abstand zueinander an der Sicherungsplatte angeordnet. Die Krafteinleitung erfolgt auch hier derart, dass sich die über die Verdrehsicherung eingeleiteten Kräfte in der Summe aufheben. Die Sicherungsplatte kann einteilig mit den Sicherungselementen gefertigt sein. Alternativ können die Sicherungselemente als separate Teile gefertigt und an der Sicherungsplatte befestigt werden.
Hinsichtlich der Geometrie und der Größe der Sicherungselemente sind diese insbesondere an die Größe der Sicherungsplatte ebenso wie an die Abmessungen der Lagereinheit angepasst. Grundsätzlich können auch die an einer Sicherungsplatte angeordneten Sicherungselemente als Zapfen, Pins oder als Federelemente ausgebildet sein. Für den Eingriff der Sicherungselemente sind an der Stirnseite der Lagereinheit zweckmäßigerweise Nuten ausgebildet. Die Nuten können sich beispielsweise in axialer Richtung unterschiedlich weit in das Lagegehäuse hinein erstrecken und ermöglichen insbesondere beim Einsatz einer gehäusefesten Sicherungsplatte eine Unterbindung der Drehung des äußeren Lagerrings im Lagergehäuse.
Grundsätzlich ist neben den bereits genannten Ausführungsformen der Sicherungselemente weiterhin eine Vielzahl von Sicherungselementen denkbar, die ausreichend stabil sind, um den im Betrieb eines Turboladers wirkenden Kräften standzuhalten und die eine verdrehsichere Anordnung des äußeren Lagerrings innerhalb des Lagergehäuses ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
2 die Lagereinheit gemäß 1 in einer Aufsicht,
3 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
4 die Lagereinheit gemäß 3 in einer Aufsicht,
5 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Sicherungsplatte und Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
6 die Lagereinheit gemäß 5 in einer Aufsicht,
7 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit einer Sicherungsplatte und Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
8 die Lagereinheit gemäß 7 in einer Aufsicht,
9 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
10 die Lagereinheit gemäß 9 in einer Aufsicht,
11 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
12 die Lagereinheit gemäß 11 in einer Aufsicht,
13 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
14 die Lagereinheit gemäß 13 in einer Aufsicht,
15 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
16 die Lagereinheit gemäß 15 in einer Aufsicht,
17 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt,
18 eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader mit Sicherungselementen in einem Längsschnitt, sowie
19 die Lagereinheit gemäß 17 in einer Aufsicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen jeweils mögliche Ausgestaltungen einer Lagereinheit, bei denen Sicherungselemente zur verdrehsicheren Positionierung eines äußeren Lagerrings innerhalb eines Lagergehäuses eingesetzt sind.
In 1 ist eine Lagereinheit 1 für einen Turbolader in einem Längsschnitt gezeigt. Die Lagereinheit 1 hat ein sich axial erstreckendes metallisches Lagergehäuse 3, in dem ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Lager 5 positioniert ist. Das Lager 5 ist mit einem äußeren Lagerring 7 sowie mit einem inneren Lagerring 9 ausgebildet. Der innere Lagerring 9 ist zweiteilig ausgeführt und auf einer Welle 11 angeordnet. Als Wälzkörper 13 sind zwischen den Lagerringen 7, 9 Kugeln eingesetzt.
Zwischen dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 7 und dem Lagergehäuse 3 ist ein Zwischenraum 15 in Form eines Spalts mit einem Ölfilm 17 ausgebildet. Der Ölfilm 17 wird im eingebauten Zustand über nicht gezeigte Versorgungsbohrungen mit Öl versorgt. Die Versorgungsbohrungen sind jeweils mit den äußeren Lagerring auf seinem Außenumfang umlaufenden Nuten 19, 21 kommunizierend verbunden. Das innerhalb des Zwischenraums 15 befindliche Öl wirkt vorliegend als Quetschölfilm und somit schwingungsdämpfend.
Weiterhin ist der äußere Lagerring 7 an seinem Außenumfang mit einer Ablaufnut 23 versehen, über die das Öl des Ölfilms 17 ablaufen kann. Die Ablaufnut 23 ist im eingebauten Zustand des Lagers 5 kommunizierend mit einer Auslassbohrung verbunden, so dass das kontinuierlich zugeführte Öl abfließen und ein gleichbleibender Ölfilm 17 gewährleistet werden kann.
Zur Befestigung des Lagers 5 bzw. zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings 7 sind stirnseitig am Lagergehäuse 3 zwei Sicherungselemente 25 angeordnet. Die Sicherungselemente 25 sind als Sicherungspins ausgebildet und in Bohrungen 27 an der Stirnseite des Lagergehäuses befestigt. Die Sicherungselemente 25 sind einander gegenüberliegend in einem Abstand von 180° zueinander angeordnet. Sie sind in radialer Richtung fest und um ihre Achse frei drehbar. Die Sicherungselemente 25 sind jeweils mit zwei Abflachungen 29, 31 ausgebildet. Die erste Abflachung 29 liegt im eingebauten Zustand an der Gegenabflachung 33 des äußeren Lagerrings 7 an. Die zweite Abflachung 31 kommt an der Gegenabflachung 35 des Lagergehäuses 3 zur Anlage. Durch diese Kombination wird der äußere Lagerring 7 am Verdrehen innerhalb des Lagergehäuses 3 gehindert.
Die Sicherungspins 25 lassen hierbei dem äußeren Lagerring 7 in radialer Richtung ausreichend Platz, so dass dieser den gesamten Quetschölfilmspalt zum Gehäuse ausnutzen kann. Die von den Sicherungspins 25 auf den äußeren Lagerring 7 übertragenen Kräfte sind gleich groß und wirken in entgegengesetzter Richtung, so dass ein Ausgleich der wirkenden Kräfte gewährleistet ist.
Insgesamt wird durch die Krafteinleitung an zwei sich gegenüberliegenden Stellen ein unerwünschtes Verdrehen des äußeren Lagerrings 7 innerhalb des Lagergehäuses 3 verhindert, ohne dass dabei die Zentrierung im Quetschölfilm negativ beeinflusst wird.
Die axiale Sicherung wird vorliegend durch die Anlage der Stirnflächen des äußeren Lagerrings 7 an jeweils gehäusefeste Gegenflächen realisiert, was aufgrund der Darstellung nicht zu sehen ist.
2 ist die Lagereinheit 1 gemäß 1 in einer Aufsicht gezeigt. Man erkennt deutlich die Positionierung der Sicherungspins 25 entlang des Umfangs des Lagergehäuses. Der Abstand zwischen den Sicherungspins 25 beträgt 180°, so dass sie drehsymmetrisch bezüglich der Mittenachse des Lagergehäuses 3 angeordnet sind.
Diese Anordnung ermöglicht eine Krafteinleitung beiden Stellen, wobei die Summe der eingeleiteten Kräfte null ist. Hierdurch wird der äußere Lagerring 7 nicht in eine Vorzugsrichtung gedrückt, sondern ist verdrehsicher innerhalb des Lagergehäuses 3 angeordnet. Der Quetschölfilm 17 im Zwischenraum 15 ist entsprechend an jeder Stelle nahezu gleich dick, so dass das Lager 5 innerhalb des Lagergehäuses 3 sicher positioniert ist.
3 zeigt eine Lagereinheit 41 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 41 hat wie in 1 ein sich axial erstreckendes metallisches Lagergehäuse 43 mit einem als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 55 positioniert ist. Das Lager 45 hat einen äußeren Lagerring 47 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 49, der auf einer Welle 51 angeordnet. Als Wälzkörper 53 sind Kugeln eingesetzt. Der im Zwischenraum 55 zwischen dem Lagergehäuse 43 und dem äußeren Lagerring 47 ausgebildete Quetschölfilm 57 wirkt als Schwingungsdämpfer.
Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 41 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung in den 1 und 2 verwiesen, die sinngemäß übertragen werden kann.
Vorliegend sind drei Sicherungselemente 65 zur Befestigung des Lagers 45 bzw. zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings 47 an der Stirnseite des Lagergehäuses 43 angeordnet. Im Unterschied zu 1 sind in 3 jedoch drei Sicherungselemente 65 an der Stirnseite des Lagergehäuses angeordnet.
Die Sicherungselemente 65 weisen hier über den Umfang des Lagergehäuses verteilt den gleichen Abstand von 120° zueinander auf. Entsprechend geht die auf den äußeren Lagerring wirkende resultierende Kraft in der Summe nahezu null. Auch die Sicherungselemente 65 gemäß 3 sind jeweils mit Abflachungen 69, 71 ausgebildet, die jeweils an den Gegenabflachungen 73, 75 anliegen und so eine Verdrehsicherung ermöglichen.
In 4 ist die Lagereinheit gemäß 3 in einer Aufsicht zu sehen. Hierbei ist der gleichbleibende Abstand von 120° entlang des Umfangs des Lagergehäuses 43 deutlich zu erkennen. Diese Anordnung ermöglicht nun eine Krafteinleitung an drei Stellen, wobei auch hier die Summe der eingeleiteten Kräfte null ist.
5 zeigt eine weitere Lagereinheit 81 für einen Turbolader mit in einem Längsschnitt mit einem sich axial erstreckenden metallisches Lagergehäuse 83 und einem als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 95. Als Wälzkörper 93 zwischen dem äußeren Lagerring 87 und dem inneren Lagerring 89 sind ebenfalls Kugeln eingesetzt. Die Beschreibung der einzelnen Komponenten der Lagereinheit 81 kann sinngemäß der detaillierten Beschreibung zu den 1 bis 4 entnommen werden.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren ist an der Stirnseite des Lagergehäuses 83 eine Sicherungsplatte 105 angeordnet. Die Sicherungsplatte 105 ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und fest am Lagergehäuse 83 angeordnet. Die Sicherungsplatte 105 dient ebenfalls der verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings 87 innerhalb des Lagergehäuses 83.
Die Sicherungsplatte 105 weist zwei einander gegenüberliegend angebrachte als Federelemente ausgebildete Sicherungselemente 107 auf, die jeweils in an der Stirnseite des äußeren Lagerrings 87 einbrachte Nuten 109 eingreifen. Die Federelemente 107 prägen dem äußeren Lagerring 87 über die Nuten 109 Abstützkräfte in entgegengesetzter Richtung auf, die sich in der Summe aufheben, so dass die die Funktion des Quetschölfilms 97 als Schwingungsdämpfer sichergestellt ist.
In 6 ist die Lagereinheit gemäß 5 in einer Aufsicht gezeigt. Hier wird deutlich, dass die Federelemente 107 die einander gegenüberliegend an der Sicherungsplatte 105 angeordnet sind. Sie weisen entlang des Umfangs des Lagergehäuses 83 einen Abstand von 180° auf.
7 zeigt eine weitere Lagereinheit 121 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 121 hat ein sich axial erstreckendes metallisches Lagergehäuse 123, in dem mit einem als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 125 positioniert ist. Das Lager 125 hat einen äußeren Lagerring 127 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 129. Der innere inneren Lagerring 129 ist auf einer Welle 131 angeordnet. Zwischen den Lagerringen 127, 129 sind als Wälzkörper 133 Kugeln eingesetzt. Der im Zwischenraum 135 zwischen dem Lagergehäuse 123 und dem äußeren Lagerring 127 ausgebildete Quetschölfilm 137 wirkt als schwingungsdämpfend.
Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 121 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung in den vorhergehenden Figuren verwiesen.
Zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings 127 im Lagergehäuse 123 ist vorliegend eine gehäusefeste Sicherungsplatte 145 an der Stirnseite des Lagergehäuses 123 angeordnet. Die gehäusefeste Sicherungsplatte 145 besitzt vorliegend zwei gegenüberliegende Abflachungen 147. Der äußere Lagerring 127 weist entsprechend eine Gegenabflachung 149 auf. Durch die Anlage der Abflachungen 147 der Sicherungsplatte 145 an die Gegenabflachung 149 des äußeren Lagerrings 123 wird dieser gegen ein unerwünschtes Verdrehen gesichert.
Die Abflachungen 147, 149 sind vorliegend derart gestaltet, dass sich der äußere Lagerring 123 frei im Zwischenraum 135 zum Lagergehäuse 123 bewegen kann und damit die Funktion des Quetschöldämpfers sichergestellt ist.
In 8 ist die Lagereinheit 121 gemäß 7 in einer Aufsicht gezeigt. Hier ist die Anlage der Abflachungen 147, 149 gut zu sehen. Die Anordnung ermöglicht eine Krafteinleitung an den beiden sich gegenüberliegenden Stellen, an welchen die Abflachungen 129 des äußeren Lagerrings 127 an den Abflachungen 147 des Lagergehäuses 123 anliegen. Die Summe der eingeleiteten Kräfte ergibt null, so dass auf diese Weise eine verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings 127 bzw. des Lagers 125 innerhalb des Lagergehäuses 123 ermöglicht wird. Der Quetschölfilm 137 im Zwischenraum 135 ist entsprechend an jeder Stelle nahezu gleich dick, so dass das Lager 125 innerhalb des Lagergehäuses 123 sicher positioniert ist.
9 zeigt eine weitere Lagereinheit 161 für einen Turbolader in einem Längsschnitt mit einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 163 und einem in diesem positionierten, als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 165 positioniert ist. Das Lager 165 hat einen äußeren Lagerring 167 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 169, der auf einer Welle 171 angeordnet. Als Wälzkörper 173 sind Kugeln eingesetzt. Der im Zwischenraum 175 zwischen dem Lagergehäuse 163 und dem äußeren Lagerring 167 ausgebildete Quetschölfilm 177 kann die von der Welle 151 im Betrieb auf die Lagerkomponenten wirkenden Schwingungen aufnehmen.
Für die weitere Beschreibung der einzelnen Komponenten der Lagereinheit 161 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung zu den 1 bis 8 verwiesen.
Das Lagergehäuse 163 weist zwei als gehäusefeste Bolzen ausgebildete Sicherungselemente 185 auf. Die Sicherungselemente 185 sind einander gegenüberliegend im Mantel des Lagergehäuses 163 angeordnet und vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet. Sie erstrecken sich vom Lagergehäuse 163 ausgehend radial nach innen in Richtung der Welle 171. Um eine verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings 167 innerhalb des Lagergehäuses 163 zu gewährleisten, weist der äußere Lagerring 167 zwei einander ebenfalls gegenüberliegende kreisförmige Bohrungen 187 auf, in welchen die Sicherungselemente 185 aufgenommen sind.
Durch den Eingriff der Bolzen 185 in die Bohrungen 187 im eingebauten Zustand wird der äußere Lagerring 167 an einem Verdrehen gehindert. Weiterhin sind die Bolzen 185 und die Bohrungen 187 derart gestaltet, dass sich der äußere Lagerring 167 frei im Zwischenraum zum Lagergehäuse 163 bewegen kann und damit die Funktion des Quetschölfilms 177 als Schwingungsdämpfer sichergestellt ist.
Die Bohrungen 187 sind kreisförmig ausgebildet, wodurch die in ihnen aufgenommenen Sicherungselemente 185 auch die axiale Sicherung des äußeren Lagerrings 167 zusätzlich zur Verdrehsicherung mit übernehmen können.
In 10 ist die Lagereinheit 161 gemäß 9 in einer Aufsicht zu sehen. Man erkennt hierbei die einander gegenüberliegenden Bolzen 185, die gehäusefest mit dem Lagergehäuse 123 verbunden sind. Die Krafteinleitung erfolgt aufgrund der Anordnung der Bolzen 185 an zwei Stellen gleichzeitig, so dass die Summe der eingeleiteten Kräfte null wird. Somit kann ein Verdrehen des äußeren Lagerrings 127 innerhalb des Lagergehäuses 123 verhindert werden, ohne dabei die schwingungsdämpfende Wirkung des Quetschölfilms zu reduzieren.
In 11 ist eine weitere Lagereinheit 201 für einen Turbolader in einem Längsschnitt gezeigt. Die Lagereinheit 201 hat ein sich axial erstreckendes metallisches Lagergehäuse 203 mit einem als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 205 positioniert ist. Das Lager 205 hat einen äußeren Lagerring 207 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 209, zwischen denen als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 213 Kugeln eingesetzt sind. Im Zwischenraum 215 zwischen dem Lagergehäuse 203 und dem äußeren Lagerring 207 ist ein Quetschölfilm 217 ausgebildet.
Die Ausgestaltung gemäß 11 entspricht grundsätzlich derjenigen gemäß den 9 und 10, so dass die weitere Beschreibung der Lagerkomponenten analog übernommen werden kann.
Der Unterschied zu den vorhergehenden Figuren besteht in der Ausgestaltung der Sicherungselemente 225. Die Sicherungselemente 225 sind vorliegend als Rohre mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, und gehäusefest in dem Lagergehäuse 203 angeordnet. Die Sicherungselemente 225 sind ebenfalls einander gegenüberliegend im Mantel des Lagergehäuses 203 angeordnet und vertikal zur Lagergehäuseachse ausgerichtet. Die Rohre 225 erstrecken sich in Bohrungen 227 innerhalb des äußeren Lagerrings 207 hinein, so dass eine verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings 207 innerhalb des Lagergehäuses 203 sichergestellt ist.
Zusätzlich sind innerhalb des Lagergehäuses 203 zwei Aussparungen 228 eingebracht, die die Sicherungselemente 225 umlaufen. Die Aussparungen 228 erhöhen die freie Biegelänge im Lagergehäuse 203, wodurch sich die Nachgiebigkeit erhöht. Hierdurch ist die Kraftübertragung auf den äußeren Lagerring 207 weniger stark, was die sichere Lagerung des äußeren Lagerrings 207 bzw. des Lagers 205 selbst innerhalb des Lagergehäuses 203 erhöht, bzw. die Schwingungsanregung des Lagergehäuses 203 reduziert.
12 zeigt die Lagereinheit 201 gemäß 11 in einer Aufsicht. Auch hier sind die Aussparungen 228 zur Verringerung der Kraftüberragung deutlich zu erkennen. Insgesamt lassen die Sicherungselemente 225 dem äußeren Lagerring 207 in radialer Richtung ausreichend Platz, so dass dieser den gesamten Zwischenraum 215 zum Lagergehäuse ausnutzen kann. Die von den Sicherungselementen 225 auf den äußeren Lagerring 207 übertragenen Kräfte sind gleich groß und wirken in entgegengesetzter Richtung, so dass ein Ausgleich der Kräfte gewährleistet ist.
13 zeigt eine weitere Lagereinheit 241 für einen Turbolader in einem Längsschnitt. Die Lagereinheit 241 hat ein sich axial erstreckendes metallisches Lagergehäuse 243 mit einem als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 245 positioniert ist. Das Lager 245 hat einen äußeren Lagerring 247 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 249, der auf einer Welle 251 angeordnet ist. Als Wälzkörper 253 sind Kugeln eingesetzt.
Für die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 261 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung zu den vorhergehenden Figuren verwiesen, die sinngemäß übertragen werden kann.
Im Lagergehäuse 243 sind ebenfalls gehäusefeste und als Bolzen ausgebildete Sicherungselemente 265 angeordnet. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Figuren sind die Sicherungselemente 265 in 13 allerdings als Bolzen mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die Bolzen erstrecken sich ebenfalls in im äußeren Lagerring 247 eingebrachte Bohrungen 267. Sowohl die Bohrungen 267 als auch die Sicherungselemente 265 sind einander gegenüberliegend ausgebildet, so dass die eingeleiteten Kräfte entgegengerichtet sind. Insgesamt kann also auch durch diese Ausgestaltung eine verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings 247 im Lagergehäuse unterstützt werden.
In 14 ist die Lagereinheit gemäß 13 in einer Aufsicht zu sehen. Man erkennt den rechteckigen Querschnitt der als Bolzen ausgebildeten Sicherungselemente 265 deutlich. Auch die gegenüberliegende Anordnung der Sicherungselemente 265, die die Verdrehsicherung des äußeren Lagerrings 247 gewährleistet, ist zu erkennen.
15 zeigt eine weitere Lagereinheit 281 für einen Turbolader in einem Längsschnitt mit einem sich axial erstreckenden metallischen Lagergehäuse 283 und einem in diesem positionierten, als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lager 285 positioniert ist. Das Lager 285 hat einen äußeren Lagerring 287 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 289, der auf einer Welle 291 angeordnet. Der Zwischenraum 295 zwischen dem Lagergehäuse 283 und dem äußeren Lagerring 287 ist unter Ausbildung eines schwingungsdämpfenden Quetschölfilms 297 mit Öl beaufschlagt.
Die weitere Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten kann der Beschreibung zu den 11 und 12 sowie den weiteren vorbeschriebenen Figuren entnommen werden.
Die innerhalb des Lagergehäuses 283 einander gegenüberliegend positionierte Sicherungselemente 305 sind als gehäusefeste Bolzen mit rechteckigem Querschnitt ausgestaltet. Zusätzlich sind im Lagergehäuse 283 zwei Aussparungen 308 eingebracht, die die Sicherungselemente 305 umlaufen. Die Aussparungen 308 verringern Kraftübertragung auf den äußeren Lagerring 287 und erhöhen die freie Biegelänge im Lagergehäuse 283, was die sichere Lagerung des äußeren Lagerrings 287 bzw. des Lagers 285 selbst innerhalb des Lagergehäuses 283 erhöht.
In 16 ist die Lagereinheit gemäß 15 in einer Aufsicht gezeigt. Anhand dieser Darstellung sind die Aussparungen zur verringerten Kraftübertragung zwischen Lagergehäuse 283 und äußerem Lagerring 287 besonders deutlich zu erkennen. Durch die verringerte Kraftübertragung wird zusätzlich zu der Positionierung der Sicherungselemente 305 gewährleistet, dass der im Zwischenraum 295 zwischen dem Lagergehäuse 283 und dem äußeren Lagerring 287 ausgebildete Quetschölfilm 297 seine Funktion als Schwingungsdämpfer ausüben kann.
In 17 ist eine weitere Lagereinheit 321 für einen Turbolader in einem Längsschnitt mit einem in einem Lagergehäuse 323 positionierten Lager 325. Das Lager 325 hat einen äußeren Lagerring 327 sowie einen zweiteiligen inneren Lagerring 329. Als Wälzkörper 333 zwischen den Lagerringen 327, 329 sind Kugeln eingesetzt. Der im Zwischenraum 335 zwischen dem Lagergehäuse 323 und dem äußeren Lagerring 327 ausgebildete Quetschölfilm 337 kann die von der Welle 331 im Betrieb auf die Lagerkomponenten wirkenden Schwingungen aufnehmen.
Für die Beschreibung der einzelnen Lagerkomponenten der Lagereinheit 321 wird an dieser Stelle auf die detaillierte Beschreibung in den vorhergehenden Figuren verwiesen, die sinngemäß auf 17 übertragen werden kann.
An der Stirnseite des Lagergehäuses 323 ist eine Sicherungsplatte 345 angeordnet. Die Sicherungsplatte 345 ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und fest am Lagergehäuse 323 angeordnet. An der Sicherungsplatte 345 sind zusätzlich als Zapfen ausgebildete Sicherungselemente 347 angeordnet. Die Zapfen 347 sind an der Sicherungsplatte einander gegenüberliegend angeordnet und stellen so die Verdrehsicherung für den äußeren Lagerring 327 dar.
Der äußere Lagerring 327 und das Lagergehäuse 323 stellen zur Aufnahme jeweils eines Zapfens eine aus zwei Ausnehmungen gebildete Bohrung 349 zur Verfügung. Die Zapfen 347 prägen dem äußeren Lagerring 327 Abstützkräfte in entgegengesetzter Richtung auf, die sich in der Summe aufheben, so dass die Funktion des im Zwischenraum 335 ausgebildeten Quetschölfilms 337 als Schwingungsdämpfer sichergestellt ist.
18 zeigt eine weitere Lagereinheit 361 für einen Turbolader in einem Längsschnitt mit einem Lagergehäuse 363 und einem Lager 365 auf. Das Lagergehäuse 363 der Lagereinheit 361 weist zwei als Bolzen ausgebildete Sicherungselemente 385 auf. Die Sicherungselemente 385 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Hierbei werden sie jeweils in einer Bohrung 387 gehalten zwischen der Innenseite des Lagergehäuses 363 und dem Außenumfang des äußeren Lagerrings 367 gehalten.
Wie bereits in den vorhergehenden Figuren erläutert, prägen die Bolzen 385 dem äußeren Lagerring 367 Abstützkräfte in entgegengesetzter Richtung auf, die sich in der Summe aufheben. Die Funktion des Quetschölfilms 377 als Schwingungsdämpfer bleibt entsprechend bestehen.
In 19 ist die Lagereinheit gemäß 18 in einer Aufsicht zu sehen. Man erkennt in dieser Darstellung deutlich die Ausrichtung und die gegenüberliegender Anordnung der Sicherungselemente 385 in den Bohrungen 387 zu erkennen. Die von den Sicherungselementen 385 auf den äußeren Lagerring 367 übertragenen Kräfte wirken in entgegengesetzter Richtung. Hierbei heben sie sich gegenseitig auf und ermöglichen so die verdrehsichere Positionierung des äußeren Lagerrings 367 innerhalb des Lagergehäuses 363.
Bezugszeichenliste

1: Lagereinheit
3: Lagergehäuse
5: Lager
7: äußerer Lagerring
9: innerer Lagerring
11: Welle
13: Wälzkörper
15: Zwischenraum
17: Ölfilm
19: Nut
21: Nut
23: Ablaufnut
25: Sicherungselemente
27: Bohrungen
29: Abflachung
31: Abflachung
33: Gegenabflachung
35: Gegenabflachung
41: Lagereinheit
43: Lagergehäuse
45: Lager
47: äußerer Lagerring
49: innerer Lagerring
51: Welle
53: Wälzkörper
55: Zwischenraum
57: Ölfilm
59: Nut
61: Nut
63: Ablaufnut
65: Sicherungselemente
67: Bohrungen
69: Abflachung
71: Abflachung
73: Gegenabflachung
75: Gegenabflachung
81: Lagereinheit
83: Lagergehäuse
85: Lager
87: äußerer Lagerring
89: innerer Lagerring
91: Welle
93: Wälzkörper
95: Zwischenraum
97: Ölfilm
99: Nut
101: Nut
103: Ablaufnut
105: Sicherungsplatte
107: Sicherungselement
109: Nut
121: Lagereinheit
123: Lagergehäuse
125: Lager
127: äußerer Lagerring
129: innerer Lagerring
131: Welle
133: Wälzkörper
135: Zwischenraum
137: Ölfilm
139: Nut
141: Nut
143: Ablaufnut
145: Sicherungsplatte
147: Abflachung
149: Gegenabflachung
161: Lagereinheit
163: Lagergehäuse
165: Lager
167: äußerer Lagerring
169: innerer Lagerring
171: Welle
173: Wälzkörper
175: Zwischenraum
177: Ölfilm
179: Nut
181: Nut
183: Ablaufnut
185: Sicherungselement
187: Bohrung
201: Lagereinheit
203: Lagergehäuse
205: Lager
207: äußerer Lagerring
209: innerer Lagerring
211: Welle
213: Wälzkörper
215: Zwischenraum
217: Ölfilm
219: Nut
221: Nut
223: Ablaufnut
225: Sicherungselement
227: Bohrungen
228: Aussparungen
241: Lagereinheit
243: Lagergehäuse
245: Lager
247: äußerer Lagerring
249: innerer Lagerring
251: Welle
253: Wälzkörper
255: Zwischenraum
257: Ölfilm
259: Nut
261: Nut
263: Ablaufnut
265: Sicherungselement
267: Bohrung
281: Lagereinheit
283: Lagergehäuse
285: Lager
287: äußerer Lagerring
289: innerer Lagerring
291: Welle
293: Wälzkörper
295: Zwischenraum
297: Ölfilm
299: Nut
301: Nut
303: Ablaufnut
305: Sicherungselement
307: Bohrung
308: Aussparungen
321: Lagereinheit
323: Lagergehäuse
325: Lager
327: äußerer Lagerring
329: innerer Lagerring
331: Welle
333: Wälzkörper
335: Zwischenraum
337: Ölfilm
339: Nut
341: Nut
343: Ablaufnut
345: Sicherungsplatte
347: Sicherungselement
349: Bohrung
361: Lagereinheit
363: Lagergehäuse
365: Lager
367: äußerer Lagerring
369: innerer Lagerring
371: Welle
373: Wälzkörper
375: Zwischenraum
377: Ölfilm
379: Nut
381: Nut
383: Ablaufnut
385: Sicherungselement
387: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3531313 C3 [0005]

Claims

Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) für einen Turbolader, umfassend ein sich in einer axialen Richtung erstreckendes Lagergehäuse (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363), eine innerhalb des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnete Lagerkartusche mit einem äußeren Lagerring (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367), sowie eine am Lagergehäuse (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnete Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) zur verdrehsicheren Positionierung des äußeren Lagerrings (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367) innerhalb des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363), dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der auf den äußeren Lagerring (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367) wirkenden Kräfte im Wesentlichen null ist.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den äußeren Lagerring (7, 47, 87, 127, 167, 207, 247, 287, 327, 367) wirkende Gesamtkraft im Wesentlichen der Summe der durch das Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) eingeleiteten Kräfte, der Kraft des Öldrucks, sowie der Gewichtskraft der Lagerkartusche entspricht.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) um seine Achse frei drehbar ist.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Sicherungselementen (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) umfasst ist, die entlang des Umfangs des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) im Wesentlichen in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) stirnseitig am Lagergehäuse (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnet ist.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen (67, 187, 227, 267, 349, 387) zur Befestigung des oder jedes Sicherungselements (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) umfasst sind.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) jeweils als ein Sicherungspin mit einer Abflachung (29, 31, 69, 71) zur Anlage an einer Gegenabflachung (33, 35, 73, 75, 149) der Lagerkartusche ausgebildet ist.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) jeweils als ein Bolzen ausgebildet ist, der gehäusefest in der Mantelfläche des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) angeordnet ist
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Lagergehäuses (3, 43, 83, 123, 163, 203, 243, 283, 323, 363) eine Sicherungsplatte (105, 145, 345) angeordnet ist.
Lagereinheit (1, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sicherungsplatte (105, 145, 345) ein als Feder ausgebildetes Sicherungselement (25, 65, 107, 185, 225, 265, 305, 347, 385) angeordnet ist.