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Die Erfindung betrifft ein Axiallager, insbesondere für einen eine Drehwelle aufweisenden Abgasturbolader, sowie einen Abgasturbolader mit einem solchen Axiallager. Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Abgasturbolader.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Axiallager werden typischerweise in Abgasturboladern eingesetzt, wenn eine gemeinsame Drehwelle von Turbinen- und Verdichterrad an einem Lagergehäuse gelagert werden soll. Solche Axiallager bestehen dabei aus verschiedenen Funktionselementen wie etwa Rastflächen, Keilflächen, axiale Dichtflächen, Schmiermittelkanäle, Schmiermittelzuführungsbohrungen, Schmiermittelabflussbohrungen sowie einer Durchgangsbohrung für die Drehwelle.
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Vor diesem Hintergrund sei die
DE 10 2007 060 226 A1 erwähnt, welche ein Axiallager mit ringförmig angeordneten Rastflächen und Keilflächen zur Aufnahme von Axialkräften beschreibt. Derartige Funktionselemente sorgen dafür, dass das Axiallager besonders effektiv dem Wirkprinzip eines Hydrolagers folgen kann, d.h. die eigentliche Lagerung der Drehwelle am Axiallager erfolgt über einen zwischen Drehlager und Axiallager eingebrachten Schmiermittelfilm. Da ein direkter Materialkontakt zwischen Drehwelle und Lagerkörper vermieden wird, lässt sich die Drehwelle unter Ausbildung nur sehr geringer Gleitreibungskräfte im Axiallager drehen.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, eine verbesserte Ausführungsform für ein Axiallager zu schaffen. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Abgasturbolader mit einem solchen Axiallager anzugeben.
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Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht schließlich darin, ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Abgasturbolader zu schaffen.
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Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen im Wesentlichen scheibenförmigen Lagerkörper des Axiallagers mit einer an einer Stirnseite des Lagerkörper vorgesehenen Rastfläche zu versehen, die in Umfangsrichtung des Lagerkörpers in eine erste Keilfläche und entgegen der Umfangsrichtung in eine zweite Keilfläche übergeht. Der Lagerkörper besitzt dabei im Bereich der Rastfläche eine in Axialrichtung gemessene konstante Dicke, die im Bereich der beiden Keilflächen entlang der Umfangsrichtung jeweils von der Rastfläche weg abnimmt. Mit anderen Worten, die Dicke des Lagerkörpers ist im Bereich der Rastfläche maximal und wird im Bereich der beiden Keilflächen in bzw. entgegen der Umfangsrichtung von besagter Rastfläche weg kleiner.
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Eine derartige Beschaffenheit des Lagerkörpers mit einer bezüglich des Rastkörpers in Umfangsrichtung symmetrischen Anordnung verleiht der am Lagerkörper gelagerten Drehwelle die Fähigkeit, sich sowohl in als auch entgegen der Umfangsrichtung des Axiallagers gleitreibungsarm zu drehen. Denn der erfindungsgemäß in Axialrichtung gemessene, bezüglich der Umfangsrichtung symmetrische Dickenverlauf des Lagerkörpers unterstützt eine solche, reibungsarme Drehung der Drehwelle gleichermaßen sowohl in als auch entgegen der Umfangsrichtung des Lagerkörpers.
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Der entscheidende Vorteil des hier vorgestellten Axiallagers gegenüber herkömmlichen Axiallagern, die für die Lagerung einer Drehwelle nur mit einer bestimmten Drehrichtung optimiert sind, besteht insofern darin, dass ein solches Axiallager bezüglich der zu erwartenden Drehrichtung der Drehwelle im Lager verwechslungssicher im Lagergehäuse des Abgasturboladers verbaut werden kann.
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Denn im Abgasturbolader sind üblicherweise ein erstes und ein zweites Axiallager vorgesehen, welche die Drehwelle axial im Abstand zueinander lagern, wobei besagte Funktionsflächen zum Aufbau eines jeweiligen Hydrolagers einander zugewandt sind. Das erfindungsgemäße Axiallager eignet sich nunmehr aufgrund seines symmetrischen Aufbaus gleichermaßen zur Verwendung als erstes und als zweites Axiallager. Der hier vorgestellte, erfindungsgemäße Ansatz birgt daher enorme fertigungstechnische Vorteile, da keine individuellen Ausführungsvarianten des Axiallagers zur Verwendung entweder als erstes Axiallager oder, alternativ dazu, als zweites Axiallager, mehr gefertigt werden müssen.
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Eine besonders einfache Fertigung des Lagerkörpers wird durch eine Ausführungsform begünstigt, gemäß welcher die Dicken der beiden Keilflächen von der Rastfläche weg in und entgegen der Umfangsrichtung jeweils linear abnehmen.
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Die bei der Drehbewegung der Drehwelle lagerungsbedingt entstehende Gleitreibung zwischen Lagerkörper und Drehwelle lässt sich in besonderem Maße minimieren, indem die in Axialrichtung gemessene Dicke im Übergangsbereich zwischen Rastfläche und erster/zweiter Keilfläche mit einem stetigen Verlauf versehen wird. Mit einem unstetigen Verlauf der Dicke einhergehende Kanten im Profil des Lagerkörpers, die sich negativ auf die Verschleißbeständigkeit des Lagerkörpers auswirken könnten, werden auf diese Weise vermieden.
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Eine hinsichtlich der durch die Drehwelle auf den Lagerkörper ausgeübten Axialkräfte besonders günstige Konfiguration ergibt sich, wenn entlang der entlang der Umfangsrichtung des Lagerkörpers nicht nur eine einzige, sondern wenigstens zwei, vorzugsweise fünf, Rastflächen mit jeweiligen ersten und zweiten Keilflächen vorgesehen sind. Eine derartige Beschaffenheit des Lagerkörpers verleiht diesem die Fähigkeit, die von der Drehwelle ausgeübten Axialkräfte besonders gleichmäßig aufzunehmen, wodurch die Lebensdauer des Axiallagers in nicht unerheblichem Maße erhöht werden kann.
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Auf der Stirnseite des Lagerkörpers können eine oder mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sein, durch welche die Kontaktfläche zwischen Drehwelle und Lagerkörper mit einem Schmiermittel wie z.B. einem Schmieröl versorgt werden können. Eine solche Schmierung von Drehwelle und Lagerkörper mindert die zwischen den beiden Bauteilen auftretenden Gleitreibungskräfte, was wiederum eine reibungsarme Drehbewegung der Drehwelle begünstigt.
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Um das im Wege der Schmierung einer gewissen Zersetzung unterworfene Schmiermittel wieder aus dem Axiallager abführen zu können, empfiehlt es sich, zusätzlich zu den Rast- und Keilflächen im Lagerkörper auch Schmiermittelablaufflächen vorzusehen. Diese zeichnen sich durch eine gegenüber den Keil- und Rastflächen reduzierte axiale Dicke aus, was ihnen die Eigenschaften eines Fluidkanals verleiht, durch welchen das verschlissene Schmiermittel aus dem Bereich von Rast- und Keilflächen abfließen kann.
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Als konstruktiv besonders vorteilhaft erweist sich indes eine Ausführungsform, gemäß welcher die erste Keilfläche in Umfangsrichtung in eine erste Schmiermittelablauffläche und die zweite Keilfläche entgegen der Umfangsrichtung in eine zweite Schmiermittelablauffläche. beide zum Abführen von Schmiermittel aus dem Axiallager, übergeht. Dies bedeutet, dass die erste Keilfläche bezüglich der Umfangsrichtung des Lagerkörpers sandwichartig zwischen Rastfläche und erster Schmiermittelablauffläche angeordnet wird. Entsprechendes gilt mutatis mutandis für die zweite Schmiermittelablauffläche in Bezug auf Rastfläche und zweite Keilfläche; mit anderen Worten, die wenigstens eine Rastfläche ist bezüglich der Umfangsrichtung von zwei Keilflächen und zwei Schmiermittelablaufflächen eingefasst. Eine derartige Geometrie unterstützt eine besonders gleichmäßige Ableitung von Schmiermittel entlang der Umfangsrichtung des Lagerkörpers. Die in Axialrichtung des Lagerkörpers gemessene Dicke im Bereich der ersten und zweiten Keilfläche ist dabei größer zu dimensionieren als im Bereich der beiden Schmiermittelablaufflächen. Dies verleiht den Schmiermittelablaufflächen die gewünschte Eigenschaft eines Fluidkanals.
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Eine besonders effektive Schmierung der Grenzfläche zwischen Drehlager und Lagerkörper lässt sich erreichen, indem sowohl oben genannte Austrittsöffnungen zur Bereitstellung von Schmiermittel als auch besagte Schmiermittelablaufflächen in möglichst geringem Abstand zur Drehwelle am Lagerkörper angeordnet sind. Daher empfiehlt es sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der oben beschriebenen Ausführungsform, die Rastfläche und/oder die Keilfläche und/oder die Schmiermittelablauffläche bezüglich einer radialen Richtung des Lagerkörpers jeweils in einem radial innenliegenden Endabschnitt des Lagerkörpers anzuordnen.
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Um das sich in den Schmiermittelablaufflächen ansammelnde, verschlissene Schmiermittel in effizienter Weise vom Lagerkörper abführen zu können, wird vorgeschlagen, auf besagter Stirnseite des Lagerkörpers entlang der Umfangsrichtung und in Bezug auf die Schmiermittelablaufflächen radial außen einen sich wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollumfänglich, in Umfangsrichtung erstreckenden Schmiermittelkanal vorzusehen. Dabei bietet es sich an, die Dicke des Lagerkörpers im Bereich des Schmiermittelkanals so zu dimensionieren, dass sie jener im Bereich der Schmiermittelablaufflächen entspricht. Auf diese Weise wird die Ausbildung unerwünschter Stufen im Übergangsbereich zwischen Schmiermittelkanal und Schmiermittelablaufflächen vermieden.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer Drehwelle sowie mit einem Axiallager mit einem oder mehreren der vorangehend vorgestellten Merkmale.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasturbolader.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein erfindungsgemäßes Axiallager in einer perspektivischen Darstellung,
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2a/b das erfindungsgemäße Axiallager grobschematisch in einer Draufsicht,
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3 das erfindungsgemäße Axiallager grobschematisch in einem Schnitt entlang der Schnittlinie B der 2b.
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1 illustriert in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäßes Axiallager 1. 2a zeigt ein solches Axiallager in einer Draufsicht. Dieses umfasst einen ausreichend dimensionierten und im Wesentlichen scheibenförmigen Lagerkörper 2, der eine zentrierte Durchgangsöffnung 3 zur Aufnahme einer Drehwelle (nicht gezeigt) besitzt. Durch eine Erstreckungsrichtung besagter Durchgangsöffnung 3 wird eine Axialrichtung A des Lagerkörpers 2 definiert, welche folglich identisch mit einer Rotationsachse der in der Durchgangsöffnung 3 aufgenommenen Drehwelle ist.
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Der 2a entnimmt man nunmehr, dass auf einer Stirnseite 4 des Lagerkörpers 2 entlang dessen Umfangsrichtung U fünf Rastflächen 5 vorgesehen sind, welche zur Aufnahme der von der Drehwelle auf den Lagerkörper 2 ausgeübten Axialkräfte dienen. Eine einzelne solche Rastfläche 5 ist exemplarisch in der Detaildarstellung der 2b detailliert gezeigt. Jede der fünf Rastflächen 5 geht entlang der Umfangsrichtung U des Lagerkörpers 2 in eine erste Keilfläche 6a und entgegen der Umfangsrichtung U in eine zweite Keilfläche 6b über. Dabei weist der Lagerkörper 2 im Bereich der Rastflächen 5 eine in Axialrichtung A gemessene konstante Dicke D auf, die im Bereich der beiden Keilflächen 6a, 6b entlang der Umfangsrichtung jeweils von der Rastfläche 5 weg abnimmt. Dieses Szenario ist exemplarisch anhand einer einzelnen Rastfläche 5 in der 3 dargestellt, welche den Lagerkörper 2 in einem Schnitt entlang der in 2b gezeigten Schnittlinie B-B zeigt.
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Der 3 lässt sich entnehmen, dass im Beispielszenario die in Axialrichtung A gemessene Dicke D des Lagerkörpers 2 der Keilflächen 6a, 6b von der Rastfläche 5 weg jeweils linear abnimmt. Die Dicke D des Lagerkörpers 2 weist dabei im Übergangsbereich zwischen Rastfläche 5 und den beiden Keilflächen 6a, 6b einen stetigen Verlauf auf, wodurch sich die bei der Drehbewegung der Drehwelle lagerungsbedingt entstehenden Gleitreibungskräfte zwischen Lagerkörper 3 und Drehwelle (nicht gezeigt) in besonderem Maße minimieren lassen. Mit einem unstetigen Verlauf der Dicke D einhergehende Kanten im Profil des Lagerkörpers 2, die sich negativ auf dessen Verschleißbeständigkeit auswirken könnten, werden auf diese Weise ebenfalls unterbunden.
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Auf der Stirnseite des Lagerkörpers, etwa im Bereich einer jeden Rastfläche 5, ist jeweils eine Austrittsöffnung 7 (vgl. 2b) vorgesehen, durch welche die Kontaktfläche zwischen Drehwelle und Lagerkörper 3 mit einem Schmiermittel wie z.B. einem Schmieröl versorgt werden kann. Eine solche Schmierung von Drehwelle und Lagerkörper 2 mindert die zwischen beiden Bauteilen auftretenden Gleitreibungskräfte, was eine reibungsarme Drehbewegung der Drehwelle im Axiallager 1 begünstigt. Zur Abführung des Schmiermittels aus dem Axiallager 1 sind am Lagerkörper 2 zusätzlich zu den Rast- und Keilflächen auch Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b vorgesehen. Diese sind gegenüber den Keil- und Rastflächen 5, 6a, 6b durch eine reduzierte in Axialrichtung A gemessene Dicke D des Lagerkörpers 2 gekennzeichnet, wodurch ihnen die Eigenschaften eines Fluidkanals verliehen werden, welcher die Abführung des Schmiermittel aus dem Bereich von Rast- und Keilflächen 5, 6a, 6b gestattet.
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Im Beispielszenario (vgl. die 2b und 3) geht also jede erste Keilfläche 6a in Umfangsrichtung U des Lagerkörpers 2 in eine erste Schmiermittelablauffläche 8a und jede zweite Keilfläche 8b entgegen der Umfangsrichtung U in eine zweite Schmiermittelablauffläche 8b über. Dies bedeutet wiederum, dass die erste Keilfläche 6a bezüglich der Umfangsrichtung U sandwichartig zwischen Rastfläche 5 und erster Schmiermittelablauffläche 8a angeordnet ist. Entsprechendes gilt mutatis mutandis für die zweite Schmiermittelablauffläche 8b in Bezug auf die Rastfläche 5 und zweite Keilfläche 6b. Folglich ist die wenigstens eine Rastfläche bezüglich der Umfangsrichtung von zwei Keilflächen 6a, 6b und zwei Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b eingefasst.
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Für den – auch im Beispielszenario auftretenden – Fall, dass der Lagerkörper 2 mehr als nur eine einzige Rastfläche 5 aufweist, mag eine jeweilige Schmiermittelablauffläche 8a, 8b zum Abführen zweier benachbarter Rastflächen 5 dienen; hierzu kann sie bezüglich der Umfangsrichtung U sandwichartig zwischen einer ersten Keilfläche 6a einer bestimmten Rastfläche 5 und einer zweiten Keilfläche 6b einer in Umfangsrichtung zur vorgenannten Rastfläche 5 benachbarten, weiteren Rastfläche 5 angeordnet sein. Mit anderen Worten, die einer bestimmten Rastfläche 5 zugeordnete erste Schmiermittelablauffläche 8a sowie eine zweite Schmiermittelablauffläche 8b, die einer in Umfangsrichtung U benachbarten Rastfläche 5 zugeordnet ist, sind in diesem Szenario identisch.
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Im Beispielszenario der 1 bis 3 sind die Rastflächen 5, die Keilflächen 6a, 6b und die Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b bezüglich einer radialen Richtung des Lagerkörpers 2 jeweils in einem radial innenliegenden Endabschnitt 9 des Lagerkörpers 2 angeordnet. Dies gestattet eine besonders effektive Abführung des Schmiermittel, da die als Fluidkanal für das Schmiermittel wirkenden Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b sowie die in den Rastflächen angeordneten Austrittsöffnungen 5 nur einen geringen Abstand zur Durchgangsöffnung 3 des Lagerkörpers 2 und somit zur Drehwelle aufweisen.
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Um das sich in den Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b ansammelnde Schmieröl in effizienter Weise vom Lagerkörper abführen zu können, ist auf der Stirnseite 3 des Lagerkörpers 2 – in Bezug auf die Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b radial außen – ein sich entlang der Umfangsrichtung U erstreckender Schmiermittelkanal 10 vorgesehen. Die Dicke D des Lagerkörpers 2 im Bereich des Schmiermittelkanals 20 entspricht jener im Bereich der Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b. Im Schmiermittelkanal 20 wird das Schmiermittel aus den Schmiermittelablaufflächen 8a, 8b gesammelt und über Schmiermittelabführungsöffnungen 11 aus dem Axiallager 1 abgeführt.
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Konstruktiv lassen sich besagte Rast- und Keilflächen 5, 6a, 6b in Form von separaten Bauelementen realisieren, um die der eigentliche Lagerkörper 2 ergänzt wird. Diese können dann auf der Stirnseite 4 auf geeignete Weise befestigt werden; zu nennen seien in diesem Zusammenhang dem Fachmann geläufige Verbindungstechniken wie etwa das Verpressen, Verklemmen, Verkleben, Verschweißen oder Verlöten. Ein derartiger Ansatz gestattet es, die die eigentliche Lagerfunktion übernehmenden Komponenten, also insbesondere die Rast- und Keilflächen 5, 6a, 6b, aus einem besonders verschleißbeständigen Material wie beispielsweise einer hochwertigen Kupferlegierung zu fertigen, wohingegen der eigentliche Lagerkörper 2 aus einem kostengünstig herzustellenden Material wie etwa einem Kunststoff oder einer einfachen Stahllegierung hergestellt werden kann.
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In einer alternativen Variante können der Lagerkörper 2 sowie die Rast- und Keilflächen 5, 6a, 6b jedoch auch einstückig ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007060226 A1 [0003]
