DE102016209149A1

DE102016209149A1 - Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine und Lagerung mit einer solchen Lagereinheit

Info

Publication number: DE102016209149A1
Application number: DE102016209149.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brack
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine – mit wenigstens einem Lagerinnenring; – mit wenigstens zwei Lageraußenringen; – mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen, umfassend eine erste Wälzkörperreihe im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem ersten der beiden Lageraußenringe und dem wenigstens einen Lagerinnenring und eine zweite Wälzkörperreihe im Bereich eines zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem zweiten der beiden Lageraußenringe und dem wenigstens einen Lagerinnenring; – mit einem Zwischenstück, das zumindest teilweise in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen positioniert ist. Die erfindungsgemäße Lagereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lageraußenring mit jeweils mindestens einem Federelement elastisch gegenüber dem Zwischenstück in Axialrichtung abgestützt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine sowie eine Lagerung eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine.
Die Lagerung der Turbinenwelle bei einem Abgasturbolader oder einer Abgasnutzturbine, die im Abgasstrom insbesondere eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, stellt ein neuralgisches Bauteil dar, weil aufgrund der hohen Drehzahlen der Turbinenwelle von häufig mehr als 100.000 Umdrehungen pro Minute und aufgrund der großen Temperaturbeanspruchung, hervorgerufen durch die hohen Abgastemperaturen, die Lagereinheit einer erheblichen Schwingungsbelastung und thermischen Belastung ausgesetzt ist. Besonders ungünstig sind dabei die erhebliche Drehzahlspreizung und die Temperaturvariationen in der Lagereinheit, die häufig das Durchfahren von Resonanzdrehzahlen sowie die Kompensation stark variierender thermischer Dämpfungen erfordern.
Im Hinblick auf den besseren Wirkungsgrad werden bei gattungsgemäßen Lagereinheiten Wälzlagerungen bevorzugt, die jedoch insbesondere mit einer Schwingungsdämpfung in Form von Quetschöldämpfern kombiniert werden. Wenn entsprechend ein Ölfilm oder Ölring radial außerhalb des Lageraußenrings solcher Wälzlager vorgesehen wird, so hat der Lageraußenring keine definierte Drehposition innerhalb des Gehäuses des Abgasturboladers beziehungsweise der Abgasnutzturbine mehr, sondern kann sich in Umfangsrichtung gegenüber dem Gehäuse und gegenüber der Turbinenwelle mehr oder minder drehen. Durch das Mitdrehen des Lageraußenringes kann es zu einem Verschleiß an den Außenflächen des Lageraußenringes kommen, welcher die Lagerfunktion negativ beeinträchtigt. Ferner ist das Abrollverhalten der Wälzkörper auf der Laufbahn des Lageraußenringes undefiniert und die Ölzufuhr zur Lagerung kann gestört werden. Auch dies kann sich besonders im Langzeitbetrieb der Lagereinheit negativ auswirken.
Auch in Axialrichtung undefinierte Stellungen der einzelnen Bauteile der Lagereinheit zueinander, insbesondere der Lageraußenringe zueinander, aufgrund deren axialen Beweglichkeit in der Axialrichtung können sich ungünstig auf die Lebensdauer der Lagereinheit auswirken und es können unerwünschte Laufgeräusche und Vibrationen in der Lagereinheit entstehen.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die Lageraußenringe einer entsprechenden Lagereinheit mittels einer Druckfeder elastisch gegeneinander abzustützen und ferner mittels einer Verdrehsicherung im Gehäuse eines Abgasturboladers zu arretieren. Gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2010 054 996 A1 wird hierfür vorgeschlagen, die Lagereinheit innerhalb eines Trägerrings zu montieren, der dann in eine entsprechende Bohrung eines Turboladergehäuses eingesetzt werden kann. Die Lageraußenringe innerhalb des Trägerrings sind über eine Druckfeder, die innen im Trägerring anliegt, elastisch gegeneinander abgestützt und über Stifte, Zapfen oder Bolzen innerhalb des Trägerringes gegen Verdrehen gesichert. Als Verdrehsicherung kommen dabei auch Stifte oder Bolzen in Betracht, die radial in das Gehäuse eingesetzt sind und damit auch den Trägerring gegen Verdrehen sichern. Somit sind die äußeren Lagerringe beider Wälzkörperreihen, die an den axialen Enden der Lagereinheit innerhalb des Trägerrings vorgesehen sind, relativ zum Trägerring rotatorisch und axial gesichert.
Der Trägerring ist über einen schwingungsdämpfenden Ölfilm im Gehäuse gelagert und umschließt die Lageraußenringe vollständig und unmittelbar. Somit wirkt die Öldämpfung über den Trägerring auf den Lageraußenring.
Bei Ausgestaltung des Trägerrings mit einer fest verbundenen Buchse wird eine transportgesicherte Lagerkartusche erreicht. Alternativ kann hierfür der Lagerinnenring einteilig ausgeführt sein und selbst als Transportsicherung dienen.
Besonders nachteilig bei der genannten Ausgestaltung ist die Vielzahl verschiedener Einzelteile, die separat voneinander hergestellt und bei der Montage zusammengefügt werden müssen. Dies macht die Herstellung und die Montage der Lagereinheit teuer. Insbesondere die Verschachtelung von radial innen liegender Druckfeder, diese teilweise umgreifenden Lageraußenringen und diese wiederum umgreifendem Trägerring vergrößern den notwendigen Bauraum und die Komplexität bei der Montage.
Nachteilig bei der genannten Ausgestaltung ist ferner, dass zum einen die Herstellung des die Lageraußenringe aufnehmenden Trägerrings, insbesondere in Form einer über die gesamte axiale Länge der Lagereinheit reichenden Buchse, aufwändig und teuer ist. Da die Lageraußenringe in Radialrichtung exakt in den Trägerringen eingesetzt werden müssen, um die notwendige Zentrierung zu erreichen, müssen die Innenseite des Trägerrings und die Außenseite der Lageraußenringe exakt bearbeitet werden. Auch der axiale Anschlag für die Außenringe muss exakt gefertigt werden, da er das Axialspiel des Rotors im Gehäuse beschränkt. Ferner findet die Ölfilmdämpfung zwischen dem Trägerring und dem Gehäuse statt, was den Einbau der Lagereinheit in dem Gehäuse verkompliziert. Außerdem wird durch den Trägerring der maximal mögliche Lagerdurchmesser reduziert, weshalb bei konstantem Bohrungsdurchmesser im Gehäuse nur weniger tragfähige Lager eingesetzt werden können.
EP 2 520 809 A2 offenbart eine weitere Lagereinheit für einen Turbolader, bei welcher zwischen den beiden Lageraußenringen ein Abstandshalter positioniert ist, der eine Ölbohrung aufweist, um Öl an die axialen Stirnseiten des Abstandshalters zu fördern. Dadurch kann stirnseitig zwischen den Lageraußenringen und dem Abstandshalter ein schwingungsdämpfender Ölring erzeugt werden. Gegebenenfalls wird wiederum ferner eine axiale Druckfeder, welche die beiden Lageraußenringe in Axialrichtung elastisch gegeneinander abstützt, vorgesehen. Die Wälzlager selbst werden über Radialbohrungen in den Lageraußenringen mit Öl versorgt.
Der Abstandshalter kann im Gehäuse des Turboladers arretiert werden, sodass die Ölversorgung sicher gewährleistet ist. Da sich die Lageraußenringe zur Sicherstellung der axialen Öldämpfung relativ zum Abstandshalter drehen müssen, treten in der Ölversorgung der Wälzlager hingegen undefinierte Zustände auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine sowie eine entsprechende Lagerung anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik darin verbessert ist, dass zum einen Schwingungen und Laufgeräusche durch axiale Verlagerungen der Lageraußenringe reduziert sind und die Lagertoleranzen exakt einstellbar sind, bevorzugt vom Lagerhersteller, derart, dass die Lagereinheit als vormontierte Baueinheit in das Gehäuse eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine eingesetzt werden kann, wobei jedoch die Herstellungskosten reduziert werden und die Montage erleichtert wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Lagereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch eine Lagereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 3 und durch eine Lagereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine Lagerung mit einer entsprechenden Lagereinheit angegeben.
Eine erfindungsgemäße Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine weist wenigstens einen Lagerinnenring auf. Vorteilhaft sind zwei getrennte Lagerinnenringe vorgesehen, die insbesondere in Axialrichtung unmittelbar oder über ein Abstandselement aneinander abgestützt sind. Die zwei getrennten Lagerringe können somit die Form einer zweigeteilten Hohlwelle aufweisen. Der wenigstens eine Lagerinnenring kann insbesondere mit seiner Innenfläche auf eine Turbinenwelle gepresst oder aufgeschrumpft werden, entsprechend mit einer verdrehsicheren Presspassung.
Ferner sind wenigstens zwei Lageraußenringe vorgesehen sowie wenigstens zwei Wälzkörperreihen, beispielsweise in Form von Kugellagerreihen, umfassend eine erste Wälzkörperreihe im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem ersten der beiden Lageraußenringe und dem wenigstens einen Lagerinnenring und eine zweite Wälzkörperreihe im Bereich eines zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem zweiten der beiden Lageraußenringe und dem wenigstens einen Lagerinnenring. Wenn zwei Lagerinnenringe vorgesehen sind, ist insbesondere je eine Wälzkörperreihe zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring an dem ersten axialen Ende und zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring an dem zweiten axialen Ende vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Lagereinheit weist gemäß einer Ausführungsform ein Zwischenstück auf, das zumindest teilweise in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen positioniert ist. Zumindest teilweise bedeutet, dass das Zwischenstück gemäß einer Ausführungsform die Lageraußenringe auf deren äußeren Umfang vollständig umschließen kann, jedoch gemäß einer weiteren Ausführungsform in Axialrichtung vollständig zwischen den beiden Lageraußenringen positioniert ist oder besonders günstig, nur einen Abschnitt jedes Lageraußenringes in Axialrichtung überlappt, radial innerhalb oder radial außerhalb.
Erfindungsgemäß ist nun jeder der beiden Lageraußenringe mit jeweils mindestens einem Federelement elastisch gegenüber dem Zwischenstück in Axialrichtung abgestützt. Somit kann ein zentrales Federelement, mit welchem die beiden Lageraußenringe direkt gegeneinander abgestützt sind, entfallen, was die Herstellung und die Montage der Lagereinheit erleichtert und den notwendigen Bauraum optimiert.
Besonders günstig ist jeweils mindestens eine Verdrehsicherung zwischen dem Zwischenstück und jedem der beiden Lageraußenringe vorgesehen, sodass sich die Lageraußenringe nicht frei drehen können, um das eingangs genannte Mitdrehen zu vermeiden. Um nun die Teilevielfalt weiter zu reduzieren, kann das jeweils mindestens eine Federelement, mit welchem ein Lageraußenring elastisch gegenüber dem Zwischenstück in Axialrichtung abgestützt ist, zugleich die Verdrehsicherung zwischen dem Zwischenstück und dem jeweiligen Lageraußenring ausbilden.
Die erfindungsgemäße Lagereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens zwei Wälzkörperreihen, nämlich wenigstens eine erste Wälzkörperreihe im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit und wenigstens eine zweite Wälzkörperreihe im Bereich eines zweiten axialen Endes der Lagereinheit auf. Das zweite axiale Ende ist dem ersten axialen Ende entgegengesetzt.
Ferner ist wenigstens ein erster Lageraußenring vorgesehen, der die erste Wälzkörperreihe umschließt, sowie wenigstens ein zweiter Lageraußenring, der die zweite Wälzkörperreihe umschließt.
Ferner ist ein Zwischenstück vorgesehen, das in Axialrichtung zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Lageraußenring positioniert ist. Dies umfasst sowohl eine Ausführungsform, bei welcher das Zwischenstück vollständig zwischen dem ersten und dem zweiten Lageraußenring positioniert ist, als auch eine solche Ausführungsform, bei welcher das Zwischenstück sich teilweise mit dem ersten und/oder dem zweiten Lageraußenring in Axialrichtung überlappt.
Erfindungsgemäß ist ein ortsfestes Bauteil vorgesehen, dass das Zwischenstück und die Lageraußenringe umschließt. Ein solches ortsfestes Bauteil kann beispielsweise das Gehäuse des Abgasturboladers oder der Abgasnutzturbine sein, sodass das Zwischenstück und die Lageraußenringe radial außen unmittelbar vom Gehäuse umschlossen werden. Das ortsfeste Bauteil kann jedoch auch ein separates, beispielsweise in einem Gehäuse des Abgasturboladers oder der Abgasnutzturbine fixiertes Bauteil sein, von welchem das Zwischenstück und die Lageraußenringe auf ihrer radialen Außenseite dann unmittelbar umschlossen werden. Ortsfest bedeutet demnach, dass das Bauteil nicht umläuft.
Erfindungsgemäß ist das Zwischenstück im ortsfesten Bauteil fixiert, wohingegen die Lageraußenringe jeweils über einen Ölring zumindest in Radialrichtung beweglich im ortsfesten Bauteil gelagert sind. Die Fixierung des Zwischenstücks im ortsfesten Bauteil bewirkt, dass sich das Zwischenstück gegenüber dem ortsfesten Bauteil insbesondere weder in Axialrichtung, noch in Radialrichtung oder in der Umfangsrichtung bewegen kann. Durch den vorgesehenen Ölring radial außen zwischen den Lageraußenringen und dem ortsfesten Bauteil wird hingegen eine zumindest geringe Beweglichkeit zwischen den Lageraußenringen und dem ortsfesten Bauteil in der Radialrichtung erreicht, wobei die Ölringe insbesondere als Quetschölfilm oder Quetschöldämpfer ausgeführt sind, um die Lager zu dämpfen.
Durch die direkte Lagerung des Zwischenstücks und der wenigstens zwei Lageraußenringe in einem gemeinsamen ortsfesten Bauteil, wobei das Zwischenstück nicht vollständig über die Lageraußenringe in der Axialrichtung hinaus reicht, sodass die Ölringdämpfung unmittelbar zwischen den Lageraußenringen und dem ortsfesten Bauteil vorgesehen werden kann, in Kombination mit der Fixierung des Zwischenstücks im ortsfesten Bauteil wird eine Lagereinheit geschaffen, die axial in der Mitte fixiert ist und bei welcher sich im Betrieb alle Axialspiele ausgehend von dieser axialen Mitte einstellen, was hinsichtlich einer minimalen Spieladdition vorteilhaft ist. Zugleich wird durch Vermeiden des eingangs beschriebenen die Lageraußenringe umschließenden Trägerrings, der seinerseits mit einem Ölring im Gehäuse gelagert ist, das dargestellte Problem der exakten Anpassung der Lageraußenringe an die Kontur des Trägerrings vermieden. Vielmehr lässt die Anordnung der Ölringe zwischen der äußeren Oberfläche der Lageraußenringe und der inneren Oberfläche des ortsfesten Bauteils, insbesondere des Gehäuses, Toleranzen bei der Herstellung dieser Oberflächen zu.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Verdrehsicherung zwischen dem Zwischenstück und jedem der beiden Lageraußenringe vorgesehen, sodass sich die beiden Lageraußenringe nicht in eine undefinierte Position verdrehen können.
Günstig ist ferner auch bei dieser Ausführungsform, wenn die Lageraußenringe mittels wenigstens einem Federelement in Axialrichtung elastisch gegenüber dem Zwischenstück oder elastisch gegeneinander abgestützt sind, um in Axialrichtung undefinierte Positionen der Lageraußenringe zu vermeiden.
Von Vorteil bildet das jeweilige Federelement zwischen einem Lageraußenring und dem Zwischenstück zugleich die Verdrehsicherung aus.
Besonders vorteilhaft ist bei allen der zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung das Federelement als Spiralfeder oder als Wellfeder mit wenigstens einem radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Vorsprung ausgeführt. Eine solche Wellfeder weist vorteilhaft einzelne diskret über dem Umfang verteilt angeordnete Anlageflächen auf, von denen eine erste Anzahl beziehungsweise Vielzahl am Zwischenstück und eine zweite Anzahl beziehungsweise Vielzahl am jeweiligen Lageraußenring anliegt. Der radial nach innen oder radial nach außen gerichtete Vorsprung kann das Zwischenstück in Radialrichtung durchdringen und in den jeweiligen Lageraußenring in Radialrichtung zumindest eingreifen oder diesen auch durchgreifen. Alternativ kann der radial nach innen oder radial nach außen gerichtete Vorsprung den jeweiligen Lageraußenring in Radialrichtung durchdringen und in das Zwischenstück in Radialrichtung wenigstens eingreifen oder dieses durchgreifen, um so die Verdrehsicherung herzustellen.
Bei einer Ausgestaltung mit einer Wellfeder kann diese über ihrem Umfang unterbrochen ausgeführt sein, mit zwei Umfangsenden, die einander überlappen oder die mit Abstand zueinander angeordnet sind. Im letzteren Fall reicht die Wellfeder somit nicht über 360° des Umfangs, sondern nur über einen kleineren Winkelbereich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jeder der beiden Lageraußenringe einen in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bund mit gegenüber dem sich axial nach außen anschließenden Bereich der Lageraußenringe reduziertem Außendurchmesser auf, und das Zwischenstück umschließt in Axialrichtung nur den jeweiligen Bund der Lageraußenringe in Umfangsrichtung, wobei vorteilhaft die jeweils wenigstens eine Verdrehsicherung in dem jeweiligen Bund und dem Zwischenstück vorgesehen ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Zwischenstück oder der sich jeweils in Axialrichtung anschließende Lageraußenring eine randoffene Umfangsnut auf, in welcher das Federelement positioniert ist. Das Federelement kann sich damit in Axialrichtung auf der einen Seite gegen eine die randoffene Nut begrenzende Stirnseite des Zwischenstücks oder des Lageraußenringes abstützen und auf der anderen Seite entsprechend gegen eine Stirnseite des jeweils anderen Bauteils, bei Ausbildung der randoffenen Umfangsnut im Zwischenstück des Lageraußenringes beziehungsweise bei Ausbildung der randoffenen Umfangsnut im Lageraußenring des Zwischenstücks.
Besonders vorteilhaft ist das Federelement radial innerhalb des Außendurchmessers des Zwischenstücks in der Umfangsnut positioniert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Lagereinheit wenigstens ein Federelement auf, das in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen vorgesehen ist und die beiden Lageraußenringe unter elastischer Druckbeaufschlagung axial gegeneinander abstützt. Die Abstützung kann eine direkte oder eine indirekte sein. Bei einer direkten Abstützung ist nur das wenigstens eine Federelement zwischen den beiden Lageraußenringen zu deren gegenseitiger Abstützung positioniert. Bei einer indirekten Abstützung sind weitere Bauteile zwischen den beiden Lageraußenringen und dem wenigstens einen Federelement im Kraftfluss der gegenseitigen Abstützung angeordnet, wie beispielsweise zuvor anhand der möglichen erfindungsgemäßen Gestaltung beschrieben wurde. Somit erhalten die beiden Wälzkörperreihen vorteilhaft über die Lageraußenringe eine Vorspannung in Axialrichtung und werden insbesondere aufgrund der Vorspannung in jedem Betriebszustand gegen eine radial nach außen vorstehende Schulter der Lagerinnenringe abgestützt. Somit liegen die Lageraußenringe und die Lagerinnenringe in jedem Betriebszustand der Lagereinheit über die Wälzkörper in Axialrichtung und insbesondere in Radialrichtung aneinander an und unbestimmte Lagerzustände werden vermieden.
Bei der genannten erfindungsgemäßen Gestaltung ist ein Zwischenstück in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen vorgesehen sowie jeweils eine Verdrehsicherung zwischen dem Zwischenstück und jedem der beiden Lageraußenringe. Hierdurch wird, insbesondere wenn das Zwischenstück verdrehsicher in einem Gehäuse des Abgasturboladers oder der Abgasnutzturbine gehalten wird, beispielsweise über einen Presssitz in einer entsprechenden Bohrung des Gehäuses gehalten wird, ein Verdrehen der beiden Lageraußenringe relativ zueinander und relativ zum Gehäuse vermieden. Dies trägt ebenfalls zu einem definierten Abrollverhalten im Lager und zu verminderten Schwingungen und einem verminderten Verschleiß bei.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung weist nun jeder der beiden Lageraußenringe einen in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bund auf, der gegenüber dem sich jeweils axial nach außen anschließenden Bereich der Lageraußenringe einen reduzierten Außendurchmesser aufweist. Die beiden Bünde der beiden Lageraußenringe sind demnach aufeinander zu gerichtet und zwischen den Bereichen der beiden Lageraußenringe mit vergleichsweise größerem, insbesondere konstantem, Außendurchmesser positioniert.
Gemäß dieser Ausgestaltung umschließt nun das Zwischenstück die beiden Lageraußenringe in Umfangsrichtung nur über dem Axialabschnitt des jeweiligen Bundes, demnach nicht im Bereich des vergleichsweise größeren Außendurchmessers am jeweiligen axialen Ende der Lagereinheit. Somit überlappt das Zwischenstück den jeweiligen Bund des Lageraußenrings, vorteilhaft jedoch nicht den Bereich der Wälzkörperreihen.
In der Regel sind die beiden Bünde in Axialrichtung mit Abstand zueinander angeordnet, wobei dieser Abstand vom Zwischenstück, das insbesondere einteilig ausgeführt ist, überbrückt wird. In dem Abstand kann das Federelement vorgesehen sein, das vorteilhaft als Wellfeder ausgeführt ist, die mit einzelnen diskreten über dem Umfang verteilt angeordneten Anlageflächen stirnseitig an den Lageraußenringen und somit axial an den Lageraußenringen anliegt, um diese in Axialrichtung der Lagereinheit auseinanderzudrücken.
Besonders günstig ist, wenn eine oder beide der wenigstens zwei Verdrehsicherungen als über dem Umfang unterbrochener Schnappring mit wenigstens einem das Zwischenstück in Radialrichtung durchdringenden Vorsprung ausgeführt ist/sind, wobei der Vorsprung in den jeweiligen Lageraußenring in Radialrichtung eingreift oder diesen durchdringt. Mit einem solchen Schnappring, auch Sprengring genannt, kann eine besonders einfache verdreh- und demontagesichere Lagereinheit geschaffen werden, bei welcher die einzustellenden Spiele zwischen den einzelnen Bauteilen in einem vormontierten Zustand erreicht werden, sodass die Lagereinheit als vormontierte Baugruppe in einen entsprechenden Abgasturbolader oder einer Abgasnutzturbine zur Lagerung der Turbinenwelle in einem Gehäuse eingebaut werden kann. Dadurch, dass die Vormontage beim Lagerhersteller erfolgen kann, und somit nicht der belieferte Abgasturboladerhersteller oder Nutzturbinenhersteller die Ausrichtung der einzelnen Lagerbauteile relativ zueinander ausführen muss, kann eine optimale Montage erreicht werden, in der Montagefehler zum Großteil vermieden werden können und gleichzeitig niedrige Lagerspiele und Lagerspieltoleranzen realisierbar sind. Dies führt zu einer verlängerten Lebensdauer und besseren Performance der Lagereinheit und damit des gesamten Abgasturboladers beziehungsweise der Abgasnutzturbine.
Das Zwischenstück weist vorteilhaft wenigstens eine, insbesondere zwei Umfangsnuten auf, sodass ein Schnappring als Verdrehsicherung in einer Umfangsnut montiert werden kann. Dabei kann der Schnappring radial innerhalb des Außendurchmessers des Zwischenstücks in der Umfangsnut positioniert sein, das heißt er steht nicht über den Außendurchmesser des Zwischenstücks heraus, was die Montage des Zwischenstücks im Gehäuse erleichtert und zugleich eine weitere Sicherung des Schnapprings, der insbesondere elastisch ausgeführt ist, bewirkt. Bis auf die wenigstens eine, vorteilhaft zwei Umfangsnuten kann das Zwischenstück einen zumindest im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweisen.
Günstig ist, wenn das Zwischenstück zwei axial äußere Stirnseiten aufweist, die jeweils einer axial nach innen gerichteten Schulter der Lageraußenringe mit einem Axialspiel gegenüberstehen. Dabei erstreckt sich das Zwischenstück nur von der einen äußeren Stirnseite zur anderen äußeren Stirnseite, an welche sich dann die beiden Lageraußenringe in Axialrichtung anschließen.
Die Verdrehsicherungen können vorteilhaft als kostengünstiges Stanzteil hergestellt werden und einfach auf das Zwischenstück und in die beiden Lageraußenringe eingeclipst werden.
Günstig ist, wenn sich das Zwischenstück in Axialrichtung nur zwischen den Wälzkörperreihen erstreckt, demnach nicht über die Wälzkörperreihen hinaus reicht. Gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform weist das Zwischenstück zwei axial äußere Stirnseiten auf, die jeweils einer axial nach innen gerichteten Schulter der Lageraußenringe mit einem Axialspiel gegenüberstehen. Diese Stirnseiten können beispielsweise bei Ausbildung einer randoffenen Umfangsnut im Zwischenstück am axial äußeren Ende der Umfangsnut positioniert sein.
Der äußere Durchmesser des Zwischenstücks entspricht vorteilhaft im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser der Lageraußenringe. Gemäß einer Ausführungsform ist der äußere Durchmesser des Zwischenstücks jedoch geringfügig größer als der äußere Durchmesser der Lageraußenringe, damit das Zwischenstück in einer Presspassung im Gehäuse montiert werden kann, wohingegen zwischen den Lageraußenringen und dem Gehäuse ein Spiel verbleibt, insbesondere zur Ausbildung eines Ölfilms beziehungsweise Ölspalts, insbesondere zur Herstellung eines Quetschöldämpfers.
Insbesondere ist der maximale äußere Durchmesser des Zwischenstücks um weniger als 10%, vorteilhaft weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% größer als der maximal äußere Durchmesser der beiden Lageraußenringe.
Die beiden Lageraußenringe weisen gemäß einer Ausführungsform identische Außendurchmesser und insbesondere identische Innendurchmesser auf.
Das Zwischenstück ist vorteilhaft mit einem Radialspiel auf den hervorstehenden Bünden der Lageraußenringe positioniert.
Das Zwischenstück kann aus einem anderen, insbesondere günstigeren Werkstoff als die Lageraußenringe hergestellt sein.
Die Verdrehsicherungen weisen vorteilhaft gegenüber dem Zwischenstück und/oder den Lageraußenringen ein Spiel in Axialrichtung und/oder Umfangsrichtung auf.
Die Wälzkörper in den Wälzkörperreihen werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Käfigen gehalten. Die Käfige können außen geführt sein, das heißt in einem radialen Kontakt mit dem Lageraußenring stehen. Andere Gestaltungen sind jedoch möglich.
Je nach Einbaubedingungen ist es günstig, wenn zur Schmierölversorgung der Wälzkörperreihen Ölbohrungen in den Lageraußenringen vorgesehen sind, nicht jedoch in dem Zwischenstück. Vorteilhaft sind die Ölbohrungen in axialer Richtung zwischen den Laufbahnen der Wälzkörperreihen und dem Zwischenstück angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Ölzuführung über die Bohrungen erfolgen, die von den Federelementvorsprüngen durchdrungen werden. Sie befinden sich insbesondere radial im Zwischenstück und im Bund der Lageraußenringe und sind nach Montage der Federelemente über den jeweiligen Federelementvorsprung fluchtend aufeinander ausgerichtet, sodass das Öl ins Lagerinnere geleitet werden kann.
Die beiden Wälzkörperreihen können zusammen mit den Lageraußenringen und dem wenigstens einen Lagerinnenring, insbesondere den beiden Lagerinnenringen eine Wälzlagerung mit sogenannter O-Anordnung ausbilden. Bei einer solchen O-Anordnung in einem Lager ist die Anstellung derart, dass die Kraftflusslinien durch die Lager einen Druckmittelpunkt axial außerhalb der Wälzkörperreihen, zumindest außerhalb der axialen Mitte derselben aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung können die Lageraußenringe vergleichsweise massiv mit einem großen Außendurchmesser ausgeführt sein, sodass die Tragfähigkeit der Lagereinheit verbessert ist. Zudem wird die radiale Beweglichkeit reduziert, was sich günstig auf die Lebensdauer auswirkt.
Bei einer erfindungsgemäßen Lagerung eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine können die beiden Lageraußenringe und das Zwischenstück unmittelbar von dem Gehäuse umschlossen werden, das heißt ohne Zwischenschaltung weiterer Bauteile. Gemäß einer Ausführungsform ist lediglich ein Ölfilm oder Ölring zwischen den Lageraußenringen und dem Gehäuse vorgesehen, um eine Öldämpfung zu erreichen. Das Zwischenstück ist vorteilhaft in einer anliegenden Passung oder sogar Presspassung in das Gehäuse eingebracht.
An die erfindungsgemäße Lagerung des Turboladers kann ebenfalls mittels der Turbinenwelle ein Turbinenrad oder ein Verdichterrad sowie ein elektrischer Generator montiert werden.
Vorteilhaft ist eine axiale Arretierung zwischen der Lagereinheit und dem Gehäuse nur im Bereich des Zwischenstücks, insbesondere durch das genannte Einpressen des Zwischenstücks in das Gehäuse, hergestellt.
Insbesondere dann, wenn zwischen den Lageraußenringen und dem Gehäuse ein Spiel verbleibt, kann eine kostenaufwändige genaue Nachbearbeitung der Außenfläche der Lageraußenringe und der Lagergehäusebohrung zumindest im Bereich der Lageraußenringe entfallen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung muss nur die radial äußere Oberfläche des Zwischenstücks nach der Herstellung geschliffen oder feingedreht werden und insbesondere die den Lageraußenringen zugewandten Stirnseiten.
Bei der genannten Ausgestaltung, gemäß welcher jeder der beiden Lageraußenringe einen in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bund aufweist, sind die beiden Bünde der beiden Lageraußenringe aufeinander zu gerichtet und zwischen den Bereichen der beiden Lageraußenringe mit vergleichsweise größerem, insbesondere konstanten, Außendurchmesser positioniert. Das Zwischenstück umschließt bei dieser Ausgestaltung die beiden Lageraußenringe nicht im Bereich des vergleichsweise größeren Außendurchmessers am jeweiligen axialen Ende der Lagereinheit und überlappt den jeweiligen Bund des Lageraußenrings, vorteilhaft jedoch nicht den Bereich der Wälzkörperreihen.
Die beiden Bünde können in Axialrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sein, wobei der Abstand ein Vielfaches der axialen Bundlänge betragen kann. Dies ist jedoch nicht zwingend.
Die an den Lageraußenringen nach innen hervorstehenden Bünde mit vergleichsweise reduziertem Durchmesser können einen konstanten Durchmesser aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Zwischenstück einen konstanten Innendurchmesser auf.
Die in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bünde der Lageraußenringe können über dem Umfang geschlossen ausgeführt sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind sie jedoch über dem Umfang unterbrochen.
Besonders bei der Gestaltung mit dem Federelement als Spiralfeder oder als Wellfeder mit wenigstens einem radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Vorsprung kann eine besonders einfache verdreh- und demontagesichere Lagereinheit geschaffen werden, bei welcher die einzustellenden Spiele zwischen den einzelnen Bauteilen in einem vormontierten Zustand erreicht werden, sodass die Lagereinheit als vormontierte Baugruppe in einen entsprechenden Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine zur Lagerung der Turbinenwelle in einem Gehäuse eingebaut werden kann. Dadurch, dass die Vormontage beim Lagerhersteller erfolgen kann und somit nicht der belieferte Abgasturboladerhersteller oder Nutzturbinenhersteller die Ausrichtung der einzelnen Lagebauteile relativ zueinander ausführen muss, kann eine optimale Montage erreicht werden, in der Montagefehler zum Großteil vermieden werden können und gleichzeitig niedrige Lagerspiele und Lagerspieltoleranzen realisierbar sind. Dies führt zu einer verlängerten Lebensdauer und besseren Performance der Lagereinheit und damit des gesamten Abgasturboladers beziehungsweise der Abgasnutzturbine.
Die Ausführungsform des Federelementes als Wellfeder bewirkt eine verbesserte Dämpfung von Schwingungen. Dabei ist die bei einer Einfederung im Vergleich zu einer zylindrischen Druckfeder weniger geradlinige Federkonstante aufgrund des im Betrieb auftretenden geringen Hubs zu vernachlässigen.
Wenn das Zwischenstück axial im Gehäuse des Abgasturboladers beziehungsweise der Abgasnutzturbine arretiert wird und die beiden Lageraußenringe in Axialrichtung zumindest begrenzt gegenüber dem Gehäuse beweglich sind, kann ein optimiertes Temperaturverhalten im Betrieb erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist ein Gehäuse und eine im Gehäuse gelagerte Turbinenwelle auf. Die Turbinenwelle ist dabei mittels einer erfindungsgemäßen Lagereinheit in dem Gehäuse gelagert. Dabei kann das ortsfeste Bauteil der Lagereinheit im Gehäuse fixiert sein, vorteilhaft in Axialrichtung, Radialrichtung und in Umfangsrichtung. Besonders bevorzugt wird jedoch das ortsfeste Bauteil durch das Gehäuse selbst gebildet, sodass das Zwischenstück unmittelbar im Gehäuse fixiert ist und die beiden Lageraußenringe dem Gehäuse nur unter Zwischenschaltung jeweils des Ölrings gegenüberstehen.
Die Lageraußenringe bilden äußere Wälzkörperlaufbahnen für die Wälzkörperreihen. Innere Wälzkörperlaufbahnen für die Wälzkörperreihen können entweder durch die Turbinenwelle selbst gebildet werden, welche dann auch als Integralwelle bezeichnet wird, oder durch separate Lagerinnenringe, welche die Turbinenwelle aufnehmen.
Das Zwischenstück ist bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft in das Gehäuse des Abgasturboladers beziehungsweise der Abgasnutzturbine eingepresst.
Auch hier kann das Zwischenstück aus einem anderen, insbesondere günstigeren Werkstoff als die Lageraußenringe hergestellt sein.
An der Turbinenwelle kann ein Turbinenrad und ein Verdichterrad und/oder ein elektrischer Generator montiert werden. Bei Ausführung eines Turbocompoundsystems kann auch ein Turbinenrad in Kombination mit einem Ritzel an der Turbinenwelle montiert sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung muss nur die radial äußere Oberfläche des Zwischenstücks nach der Herstellung geschliffen oder feingedreht werden, sowie insbesondere die den Lageraußenringen zugewandten Stirnseiten des Zwischenstücks. Eine Nachbearbeitung der Außenfläche der Lageraußenringe und insbesondere der Lagergehäusebohrung zumindest im Bereich der Lageraußenringe kann entfallen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Lagereinheit;
2 eine stirnseitige Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lagereinheit;
3 einen Axialschnitt entsprechend der Schnittlinie A-A in der 2;
3a eine Detailansicht einer gegenüber der 3 geänderten Verdrehsicherung;
4 eine dreidimensionale Explosionsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Lagereinheit;
5 eine stirnseitige Draufsicht auf die weitere erfindungsgemäße Lagereinheit;
6 einen Axialschnitt entsprechend der Schnittlinie A-A in der 5.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Lagereinheit dargestellt, mit zwei Lagerinnenringen 1, 2 und zwei Lageraußenringen 3, 4, die mit entsprechenden Wälzkörperreihen 5, 6 zwei Wälzlager, hier Kugellager, ausbilden.
Die Wälzkörper der Wälzkörperreihen 5, 6 werden im gezeigten Ausführungsbeispiel in Käfigen 21, die zwischen den Lagerinnenringen 1, 2 und den Lageraußenringen 3, 4 positioniert sind, gehalten.
Die Lageraußenringe 3, 4 weisen einen in Axialrichtung hervorstehenden Bund 10 mit reduziertem Außendurchmesser auf. Im zusammengebauten Zustand greifen die Bünde 10 der Lageraußenringe 3, 4, wobei die Bünde 10 insbesondere einteilig mit dem jeweiligen Lageraußenring 3, 4 ausgeführt sind, in ein in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen 3, 4 positioniertes Zwischenstück 8 ein. Das Zwischenstück 8 umschließt oder umlappt nur jenen axialen Abschnitt der beiden Lageraußenringe 3, 4, der durch den jeweiligen Bund 10 gebildet wird, nicht jedoch die sich anschließenden Bereiche, in denen sich die Wälzkörperreihen 5, 6 befinden und die einen vergleichsweise größeren Durchmesser aufweisen. Vielmehr weisen die Bereiche mit vergleichsweise größerem Durchmesser der beiden Lageraußenringe 3, 4 und das Zwischenstück 8 im Wesentlichen denselben, insbesondere jeweils zylindrischen Außendurchmesser auf.
Die Lageraußenringe 3, 4 und das Zwischenstück 8 weisen an den einander zugewandten axialen Enden eine Bohrung auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel zum einen als Ölbohrung 16 dient, über welche die Wälzlager mit Schmieröl versorgt werden. Diese Ölbohrungen 16 sind axial zwischen den Laufbahnen der Wälzkörperreihen 5, 6 angeordnet.
Zugleich dienen diese Bohrungen zur Aufnahme von Verdrehsicherungen 9, die als über dem Umfang unterbrochenes Federelement 7 ausgeführt sind, wobei jedes Federelement 7 hier als Wellfeder ausgebildet ist, welche sich einerseits an einer Schulter 15 jeweils eines Lageraußenrings 3, 4 und andererseits an einer Schulter 26 des Zwischenstücks 8 abstützt, siehe hierzu auch die 3. Die Schulter 26 begrenzt eine randoffene Umfangsnut 13 an jedem axialen Ende des Zwischenstücks 8, wobei jede Umfangsnut 13 bis zur Stirnseite 14 des Zwischenstücks 8 reicht und diese Stirnseite 14 mit mehr oder weniger Axialspiel 22 der Schulter 15 des jeweiligen Lageraußenrings 3, 4 gegenübersteht. Je nach Betriebszustand kann das Axialspiel 22 auch vollständig überbrückt werden.
Durch die gezeigte Gestaltung werden die beiden Lageraußenringe 3, 4 in Axialrichtung elastisch über die Federelemente 7 und das Zwischenstück 8 gegeneinander abgestützt.
Die Montage der Federelemente 7 ist einfach, sie können elastisch aufgespreizt einfach in die Umfangsnuten 13 von radial außen eingeführt werden, sodass sie in die Umfangsnuten 13 und hier die Ölbohrungen 16 einschnappen. Die Federelemente 7 können daher auch als Schnappringe 11 bezeichnet werden.
Da zugleich radiale Vorsprünge 12 der Federelemente 7 das Zwischenstück 8 in Radialrichtung durchdringen und in jeweils einen der beiden Lageraußenringe 3, 4 eingreifen beziehungsweise dessen Wandstärke durchgreifen, wird ein Verdrehen der Lageraußenringe 3, 4 gegenüber dem Zwischenstück 8 verhindert. Das ist in der 3, der 3a als auch in der 6 zu sehen.
Dadurch, dass die Bohrungen im Zwischenstück 8 beziehungsweise in den Lageraußenringen 3, 4 in Axialrichtung größer ausgeführt sind als die radialen Vorsprünge 12, verbleibt ein ausreichender freier Querschnitt, sodass die Bohrungen, wie dargelegt, als Ölbohrung 16 verwendet werden können. Insbesondere, wenn die Vorsprünge 12 einen geometrisch anderen Querschnitt als die Bohrungen aufweisen, beispielsweise als Flachdraht ausgeführt sind, wird sicher ein verbleibender freier Querschnitt in den meist kreisrunden Bohrungen erreicht.
Die radialen Vorsprünge 12 müssen nicht an einem Umfangsende der Federelemente 7 vorgesehen sein, sondern könnten auch an einer anderen Position, beispielsweise im Bereich der Umfangsmitte vorgesehen sein.
Die Gestaltung der Lagereinheit aus der 1 ist auch nochmals in den 2 und 3 in einer stirnseitigen Draufsicht und einem Axialschnitt gezeigt. Sich entsprechende Bauteile sind mit sich entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Besonders aus der 2 ist ersichtlich, dass die Lageraußenringe, hier ersichtlich am Lageraußenring 3, mit einer verhältnismäßig großen Dicke in Radialrichtung ausgeführt werden können, was zur Steifigkeit des Lagers beiträgt.
Aus der 3 ist ersichtlich, dass die beiden Lagerinnenringe 1, 2 stirnseitig aneinander anliegen. Die Lagerringe 1, 2 können somit in Form einer zweigeteilten Hohlwelle 24, 25 ausgebildet sein. Die Hohlwelle 24, 25, bestehend aus den Lagerinnenringen 1, 2 kann beispielsweise auf eine hier nur durch gestrichelte Linien schematisch angedeutete Turbinenwelle 17 aufgeschrumpft sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Eine solche Turbinenwelle 17 kann mit einem Abgasturbinenrad und einem Verdichterrad verbunden werden, oder auch mit einem Abgasturbinenrad und einem Ritzel, letzteres für den Fall des Einsatzes in einem Turbocompoundsystem. Auch ist es möglich, die Turbinenwelle 17 mit einem elektrischen Generator beziehungsweise dessen Rotor zu verbinden. Vorzugsweise sind die Lagerinnenringe 1, 2 integral in die jeweilige Hohlwelle 24, 25 integriert.
Das Zwischenstück 8 kann in ein Gehäuse 18 eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine eingepresst sein, wohingegen die Lageraußenringe 3, 4 vorteilhaft ein Radialspiel gegenüber einer inneren Oberfläche des Gehäuses 18 aufweisen, sodass beispielsweise ein Ölfilm oder Ölring 20 zwischen dem Gehäuse 18 und den Lageraußenringen 3, 4 zur Schwingungsdämpfung vorgesehen sein kann.
Die Lagereinheit ist insbesondere in einer Bohrung 19 des Gehäuses 18 montiert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Zwischenstück 8 ferner eine Bohrung zur Ausbildung eines Ölablaufs 23 auf.
Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel das Federelement 7 in einer Umfangsnut 13 an jedem axialen Ende des Zwischenstücks 8 angeordnet ist, könnte ein entsprechendes Federelement 7 auch in einer entsprechenden Umfangsnut 13 des jeweiligen Lageraußenrings 3, 4 positioniert sein und mit seinem Vorsprung 12 zunächst den Lageraußenring 3, 4 durchgreifen. Dies ist schematisch in der Einzelheit a der 3 dargestellt. Auch ist es prinzipiell möglich, dass das Federelement 7 in einer radial nach innen gerichteten Umfangsnut 13 vorgesehen ist und einen entsprechend radial nach außen gerichteten Vorsprung 12 aufweist, der den jeweiligen Lageraußenring 3, 4 und das Zwischenstück 8 durchdringt oder zumindest teilweise in dieses/diesen eindringt.
In der 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Lagereinheit dargestellt, mit zwei Lagerinnenringen 1, 2 und zwei Lageraußenringen 3, 4, die mit entsprechenden Wälzkörperreihen 5, 6 zwei Wälzlager, hier Kugellager, ausbilden.
Die Wälzkörper der Wälzkörperreihen 5, 6 werden im gezeigten Ausführungsbeispiel in Käfigen 21, die zwischen den Lagerinnenringen 1, 2 und den Lageraußenringen 3, 4 positioniert sind, gehalten.
Die Lageraußenringe 3, 4 sind in Axialrichtung über ein Federelement 7, hier in Form einer Wellfeder, elastisch gegeneinander abgestützt. Die Lageraußenringe weisen jeweils wenigstens eine, insbesondere genau eine, Ölbohrung 16 auf, über welche die Wälzlager mit Schmieröl versorgt werden. Diese Ölbohrung 16 ist axial zwischen den Laufbahnen der Wälzkörperreihen 5, 6 und dem Zwischenstück 8 angeordnet.
Die Lageraußenringe 3, 4 weisen einen in Axialrichtung hervorstehenden Bund 10 mit reduziertem Außendurchmesser auf. Im zusammengebauten Zustand greifen die Bünde 10 der Lageraußenringe 3, 4, wobei die Bünde 10 insbesondere einteilig mit dem jeweiligen Lageraußenring 3, 4 ausgeführt sind, in ein in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen 3, 4 positioniertes Zwischenstück 8 ein. Das Zwischenstück 8 umschließt oder umlappt nur jenen axialen Abschnitt der beiden Lageraußenringe 3, 4, der durch den jeweiligen Bund 10 gebildet wird, nicht jedoch die sich anschließenden Bereiche, in denen sich die Wälzkörperreihen 5, 6 befinden und die einen vergleichsweise größeren Durchmesser aufweisen. Vielmehr weisen die Bereiche mit vergleichsweise größerem Durchmesser der beiden Lageraußenringe 3, 4 und das Zwischenstück 8 im Wesentlichen denselben, insbesondere jeweils zylindrischen Außendurchmesser auf.
In das Zwischenstück 8 sind zwei Umfangsnuten 13 eingebracht, genauer auf dessen äußeren Umfang. Jede der Umfangsnuten 13 nimmt eine Verdrehsicherung 9 auf, mit welcher die beiden Lageraußenringe 3, 4 verdrehsicher am Zwischenstück 8 montiert werden.
Die beiden Verdrehsicherungen 9 sind hier als über dem Umfang unterbrochener Schnappring 11 ausgeführt. Jeder Schnappring 11 weist wenigstens einen, hier genau einen, Vorsprung 12 auf, der das Zwischenstück 8 in Radialrichtung durchdringt und in jeweils einen der beiden Lageraußenringe 3, 4 eingreift beziehungsweise dessen Wandstärke durchgreift.
Die Gestaltung der Lagereinheit aus der 4 ist auch nochmals in den 5 und 6 in einer stirnseitigen Draufsicht und einem Axialschnitt gezeigt. Sich entsprechende Bauteile sind mit sich entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Besonders aus der 5 ist ersichtlich, dass die Lageraußenringe, hier ersichtlich am Lageraußenring 3, mit einer verhältnismäßig großen Dicke in Radialrichtung ausgeführt werden können, was zur Steifigkeit des Lagers beiträgt.
Aus der 6 ist ersichtlich, dass die beiden Lagerinnenringe 1, 2 stirnseitig aneinander anliegen. Die Lagerringe 1, 2 können somit in Form einer zweigeteilten Hohlwelle 24, 25 ausgebildet sein. Die Hohlwelle 24, 25, bestehend aus den Lagerinnenringen 1, 2 kann beispielsweise auf eine hier nur durch gestrichelte Linien schematisch angedeutete Turbinenwelle 17 aufgeschrumpft sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Eine solche Turbinenwelle 17 kann mit einem Abgasturbinenrad und einem Verdichterrad verbunden werden, oder auch mit einem Abgasturbinenrad und einem Ritzel, letzteres für den Fall des Einsatzes in einem Turbocompoundsystem. Auch ist es möglich, die Turbinenwelle 17 mit einem elektrischen Generator beziehungsweise dessen Rotor zu verbinden. Vorzugsweise sind die Lagerinnenringe 1, 2 integral in die jeweilige Hohlwelle 24, 25 integriert.
Das Zwischenstück 8 kann in ein Gehäuse 18 eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine eingepresst sein, wohingegen die Lageraußenringe 3, 4 vorteilhaft ein Radialspiel gegenüber einer inneren Oberfläche des Gehäuses 18 aufweisen, sodass beispielsweise ein Ölfilm oder Ölring 20 zwischen dem Gehäuse 18 und den Lageraußenringen 3, 4 zur Schwingungsdämpfung vorgesehen sein kann.
Die Lagereinheit ist insbesondere in einer Bohrung 19 des Gehäuses 18 montiert.
Aus der 6 ist auch ersichtlich, dass das Zwischenstück 8 zwei Stirnseiten 14 aufweist, von denen jede einer axial nach innen gerichteten Schulter 15 mit einem mehr oder minder großen Axialspiel 22 gegenübersteht. Je nach Betriebszustand kann das Axialspiel 22 auch vollständig überbrückt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Zwischenstück 8 ferner eine Bohrung zur Ausbildung eines Ölablaufs 23 auf.
Bezugszeichenliste

1: Lagerinnenring
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Lageraußenring
5: Wälzkörperreihen
6: Wälzkörperreihen
7: Federelement
8: Zwischenstück
9: Verdrehsicherung
10: Bünde
11: Schnappring
12: Vorsprung
13: Umfangsnuten
14: Stirnseiten
15: Schulter
16: Ölbohrung
17: Turbinenwelle
18: Gehäuse
19: Bohrung
20: Ölring
21: Käfige
22: Axialspiel
23: Ölablauf
24: Hohlwelle
25: Hohlwelle
26: Schulter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054996 A1 [0005]
EP 2520809 A2 [0010]

Claims

Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine 1.1 mit wenigstens einem Lagerinnenring (1, 2); 1.2 mit wenigstens zwei Lageraußenringen (3, 4); 1.3 mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen (5, 6), umfassend eine erste Wälzkörperreihe (5) im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem ersten der beiden Lageraußenringe (3) und dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2) und eine zweite Wälzkörperreihe (6) im Bereich eines zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem zweiten der beiden Lageraußenringe (4) und dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2); 1.4 mit einem Zwischenstück (8), das zumindest teilweise in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen (3, 4) positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, dass 1.5 jeder Lageraußenring (3, 4) mit jeweils mindestens einem Federelement (7) elastisch gegenüber dem Zwischenstück (8) in Axialrichtung abgestützt ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Verdrehsicherung (9) zwischen dem Zwischenstück (8) und jedem der beiden Lageraußenringe (3, 4) vorgesehen ist.
Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine 3.1 mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen (5, 6), umfassend eine erste Wälzkörperreihe (5) im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit und eine zweite Wälzkörperreihe (6) im Bereich eines zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Endes der Lagereinheit; 3.2 mit wenigstens einem ersten Lageraußenring (3), der die erste Wälzkörperreihe (5) umschließt, und wenigstens einem zweiten Lageraußenring (4), der die zweite Wälzkörperreihe (6) umschließt; 3.3 mit einem Zwischenstück (8), das in Axialrichtung zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Lageraußenring (3, 4) positioniert ist; 3.4 mit einem das Zwischenstück (8) und die Lageraußenringe (3, 4) umschließenden ortsfesten Bauteil; wobei 3.5 das Zwischenstück (8) im ortsfesten Bauteil fixiert ist, wohingegen die Lageraußenringe (3, 4) jeweils über einen Ölring (20) zumindest in Radialrichtung beweglich im ortsfesten Bauteil gelagert sind; dadurch gekennzeichnet, dass 3.6 jeweils mindestens eine Verdrehsicherung (9) zwischen dem Zwischenstück (8) und jedem der beiden Lageraußenringe (3, 4) vorgesehen ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Bauteil ein Gehäuse (18) für den Abgasturbolader oder die Abgasnutzturbine ist.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraußenringe (3, 4) mittels wenigstens einem Federelement (7) in Axialrichtung elastisch gegenüber dem Zwischenstück (8) oder gegeneinander abgestützt sind.
Lagereinheit gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2 oder gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils mindestens eine Federelement (7) zugleich die Verdrehsicherung (9) zwischen dem Zwischenstück (8) und dem jeweiligen Lageraußenring (3, 4) ausbildet.
Lagereinheit gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) als Spiralfeder oder als Wellfeder mit wenigstens einem radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Vorsprung (12) ausgeführt ist, welcher das Zwischenstück (8) in Radialrichtung durchdringt und in den jeweiligen Lageraußenring (3, 4) in Radialrichtung wenigstens eingreift oder welcher den jeweiligen Lageraußenring (3, 4) in Radialrichtung durchdringt und in das Zwischenstück (8) in Radialrichtung wenigstens eingreift.
Lagereinheit gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder über ihrem Umfang unterbrochen ist, mit zwei Umfangsenden, die einander überlappen oder die mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Lageraußenringe (3, 4) einen in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bund (10) mit gegenüber dem sich axial nach außen anschließenden Bereich der Lageraußenringe (3, 4) reduziertem Außendurchmesser aufweist und das Zwischenstück (8) in Axialrichtung nur den jeweiligen Bund (10) der Lageraußenringe (3, 4) in Umfangsrichtung umschließt, wobei jeweils wenigstens eine Verdrehsicherung (9) zwischen dem jeweiligen Bund (10) und dem Zwischenstück (8) vorgesehen ist.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (8) oder der sich jeweils in Axialrichtung anschließende Lageraußenring (3, 4) eine randoffene Umfangsnut (13) aufweist, in welcher das Federelement (7) positioniert ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) radial innerhalb des Außendurchmessers des Zwischenstücks (8) in der Umfangsnut (13) positioniert ist.
Lagereinheit für einen Abgasturbolader oder eine Abgasnutzturbine 12.1 mit wenigstens einem Lagerinnenring (1, 2); 12.2 mit wenigstens zwei Lageraußenringen (3, 4); 12.3 mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen (5, 6), umfassend eine erste Wälzkörperreihe (5) im Bereich eines ersten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem ersten der beiden Lageraußenringe (3) und dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2) und eine zweite Wälzkörperreihe (6) im Bereich eines zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Endes der Lagereinheit zwischen einem zweiten der beiden Lageraußenringe (4) und dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2); 12.4 mit wenigstens einem Federelement (7) in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen (3, 4), welches die beiden Lageraußenringe (3, 4) unter Druckbeaufschlagung direkt oder indirekt axial gegeneinander abstützt; 12.5 mit einem Zwischenstück (8) in Axialrichtung zwischen den beiden Lageraußenringen (3, 4); 12.6 mit wenigstens jeweils einer Verdrehsicherung (9) zwischen dem Zwischenstück (8) und jedem der beiden Lageraußenringe (3, 4); dadurch gekennzeichnet, dass 12.7 jeder der beiden Lageraußenringe (3, 4) einen in Axialrichtung nach innen hervorstehenden Bund (10) mit gegenüber dem sich axial nach außen anschließenden Bereich der Lageraußenringe (3, 4) reduziertem Außendurchmesser aufweist und das Zwischenstück (8) in Axialrichtung nur den jeweiligen Bund (10) der Lageraußenringe (3, 4) in Umfangsrichtung umschließt, wobei jeweils wenigstens eine Verdrehsicherung (9) zwischen dem jeweiligen Bund (10) und dem Zwischenstück (8) vorgesehen ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der wenigstens zwei Verdrehsicherungen (9) als über dem Umfang unterbrochener Schnappring (11) mit wenigstes einem das Zwischenstück (8) in Radialrichtung durchdringenden Vorsprung (12) ausgeführt ist/sind, welcher in den jeweiligen Lageraußenring (3, 4) in Radialrichtung eingreift oder diesen durchgreift.
Lagereinheit gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (8) wenigstens eine Umfangsnut (13) aufweist, in welcher der Schnappring (11) positioniert ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnappring (11) radial innerhalb des Außendurchmessers des Zwischenstücks (8) in der Umfangsnut (13) positioniert ist.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) als Wellfeder ausgeführt ist, die mit einzelnen diskreten über dem Umfang verteilt angeordneten Anlageflächen an dem jeweiligen Bund (10) der Lageraußenringe (3, 4) axial anliegt.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Zwischenstück (8) in Axialrichtung nur zwischen den Wälzkörperreihen (5, 6) erstreckt.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (8) zwei axial äußere Stirnseiten (14) aufweist, die jeweils einer axial nach innen gerichteten Schulter (15) der Lageraußenringe (3, 4) mit einem Axialspiel (22) gegenüberstehen.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Durchmesser des Zwischenstücks (8) im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser der Lageraußenringe (3, 4) entspricht.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraußenringe (3, 4) Ölbohrungen (16) zur Schmierölversorgung der Wälzkörperreihen (5, 6) aufweisen und das Zwischenstück (8) frei von solchen Ölbohrungen ist.
Lagereinheit gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet dass die Ölbohrungen (16) in Axialrichtung zwischen Laufbahnen der Wälzkörperreihen (5, 6) und dem Zwischenstück (8) angeordnet sind.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Axialrichtung aneinander anliegende Lagerinnenringe (1, 2) vorgesehen sind.
Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzkörperreihen (5, 6) zusammen mit den Lageraußenringen (3, 4) und dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2) eine Wälzlagerung mit O-Anordnung ausbilden.
Lagerung eines Abgasturboladers oder einer Abgasnutzturbine 24.1 mit einer Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23; 24.2 mit einer in dem wenigstens einen Lagerinnenring (1, 2) montierten Turbinenwelle (17); 24.3 mit einem die beiden Lageraußenringe (3, 4) und das Zwischenstück (8) umschließenden Gehäuse (18).
Lagerung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerinnenringe (1, 2) in Form einer zweigeteilten Hohlwelle (24, 25) ausgebildet sind und die Hohlwelle (24, 25) die Turbinenwelle (17) aufnimmt.
Lagerung gemäß Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lageraußenringe (3, 4) frei von einer diese umschließenden Buchse in einer Bohrung (19) im Gehäuse (18) aufgenommen sind.
Lagerung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (8) in das Gehäuse (18), insbesondere in die Bohrung (19) im Gehäuse (18), eingepresst ist.
Lagerung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraußenringe (3, 4) über einen Ölfilm oder Ölring (20) unmittelbar im Gehäuse (18) montiert sind.
Lagerung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Bereich des Zwischenstücks (8) eine axiale Arretierung zwischen der Lagereinheit und dem Gehäuse (18) hergestellt ist.
Abgasturbolader mit einer Lagerung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass an der Turbinenwelle (17) ein Abgasturbinenrad sowie ein Verdichterrad und/oder der Rotor eines elektrischen Generators montiert sind.
Abgasturbolader oder Abgasnutzturbine 31.1 mit einem Gehäuse (18); 31.2 mit einer Turbinenwelle (17); dadurch gekennzeichnet, dass 31.3 die Turbinenwelle (17) mittels einer Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11 in dem Gehäuse (18) gelagert ist, wobei das ortsfeste Bauteil im Gehäuse (18) fixiert ist oder durch dieses gebildet wird und die Turbinenwelle (17) in wenigstens einem in der Lagereinheit vorgesehenen Lagerinnenring (1, 2) aufgenommen ist, der zusammen mit den Lageraußenringen (3, 4) die Wälzkörperreihen (5, 6) unter Ausbildung von Wälzkörperlaufbahnen einschließt, oder die Turbinenwelle (17) mit den Lageraußenringen (3, 4) die Wälzkörperreihen (5, 6) unter Ausbildung von Wälzkörperlaufbahnen einschließt.