DE202015003359U1

DE202015003359U1 - Abgastrubolader

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Publication number: DE202015003359U1
Application number: DE202015003359.8U
Authority: DE
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2025-05-08

Abstract

Abgasturbolader (1) – mit einer Welle (2), die ein Turbinenrad (3) und ein Verdichterrad (4) trägt; und – mit einem Lagergehäuse (5), in dem, zur Führung der Welle (2), eine Wälzlagerung (6) angeordnet ist, die zumindest ein Wälzlager (7, 8) mit einem Außenring (9) und einem Innenring (10, 11), zwischen denen ein Käfig (13) mit Wälzkörpertaschen (14) angeordnet ist, in denen Wälzkörper (12) geführt sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – dass die Wälzkörpertaschen (14), im Neuzustand des Käfigs (13), eine an die Wälzkörper angepasste Taschenmakrogeometrie-Ausbildung (15) aufweisen.Exhaust gas turbocharger (1) - with a shaft (2) carrying a turbine wheel (3) and a compressor wheel (4); and - with a bearing housing (5), in which, for guiding the shaft (2), a roller bearing (6) is arranged, the at least one rolling bearing (7, 8) with an outer ring (9) and an inner ring (10, 11 ), between which a cage (13) with Wälzkörpertaschen (14) is arranged, in which rolling bodies (12) are guided, characterized in that - that the Wälzkörpertaschen (14), in the new condition of the cage (13), an having the rolling bodies adapted pocket macrogeometry training (15).

Description

Die Erfindung betrifft einen, insbesondere zum Zwecke der Kühlung und Schmierung, mit Motoröl versorgten Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a, in particular for the purpose of cooling and lubrication, supplied with engine oil exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Abgasturbolader weist eine in einem Lagergehäuse für die Laderwelle vorgesehene Wälzlagerung auf, die zumindest ein Wälzlager umfasst. Ein Beispiel für ein derartiges Wälzlager ist in der DE 10 2012 211 891 A1 beschrieben. Das Wälzlager weist einen Außenring und ein Innenringpaar auf. Zwischen diesen Ringen ist ein Käfig mit Wälzkörpertaschen angeordnet, in denen Wälzkörper, wie beispielsweise Kugeln, geführt sind. Derartige Wälzlager mit Drehzahlkennwerten „dm × n” von > 1,0 × 10⁶ mm/min erfordern Käfige aus warmbehandeltem Stahl. Diese können mit einem Festschmierstoff, wie z. B. Silber, beschichtet sein, um bei grenzwertiger Ölversorgung Notlaufeigenschaften bereitzustellen.Such an exhaust gas turbocharger has a rolling bearing provided in a bearing housing for the supercharger shaft, which comprises at least one roller bearing. An example of such a rolling bearing is in the DE 10 2012 211 891 A1 described. The rolling bearing has an outer ring and an inner ring pair. Between these rings, a cage with rolling bearing pockets is arranged in which rolling elements, such as balls, are guided. Such rolling bearings with speed characteristics "dm × n"of> 1.0 × 10 ⁶ mm / min require cages made of hot-treated steel. These can be mixed with a solid lubricant such. As silver, be coated to provide run-flat properties in marginal oil supply.

Die Rotor- bzw. Wellenlagerung weist Drehzahlkennwerte von bis zu 3 × 10⁶ mm × min^–1 mit spezifischer polyformer Rotordynamik auf, wozu auf die Darstellung der 7 verwiesen werden kann.The rotor or shaft bearing has speed characteristics of up to 3 × 10 ⁶ mm × min ^-1 with specific polyformer rotor dynamics, including the representation of the 7 can be referenced.

Wird der Käfig ohne Silberschicht gefertigt, wird er jedoch mit einer höheren Oberflächenhärte ausgeführt, wozu er z. B. nitrocarboriert werden kann.If the cage is made without a silver layer, but it is performed with a higher surface hardness, what he z. B. can be nitrocarborated.

Die Innenringe des Wälzlagers sind mittels Fugenlängspressverband mit der Läuferwelle verbunden. Der Außenring wird im Lagergehäuse gegen Rotation bzw. Translation gesichert.The inner rings of the rolling bearing are connected by Fugenlängspressverband with the rotor shaft. The outer ring is secured in the bearing housing against rotation or translation.

Die 12 und 13 stellen zur Erläuterung der Hintergründe der Erfindung einen Schnitt durch einen Kugelsatz/Käfig dar bzw., wie in 13 dargestellt, die Druckwinkel „Laufbahn/Kugel”.The 12 and 13 to illustrate the background of the invention is a section through a ball set / cage or, as in 13 shown, the contact angle "raceway / ball".

Der Kugelkäfig ist hierzu mit mehreren zur Käfighauptachse verlaufenden, gleichmäßig beabstandeten, zylindrischen Kugeltaschen versehen, welche z. B. gebohrt, ausgespindelt oder tauchgefräst sind.The ball cage is for this purpose provided with a plurality of cage main axis, evenly spaced, cylindrical ball pockets, which z. B. drilled, spindled or dip milled.

Der Nachteil derartiger Wälzlagerungen bzw. Wälzlager ist darin zu sehen, dass während der Einlaufphase es aufgrund der Käfig/Kugel-Dynamik zu einer Deformation der duktilen Silberschicht kommen kann, bis sich die Käfigtaschen in Umfangsrichtung der Kugel geometrisch angepasst haben. Hiernach kommt es aufgrund des „Fließens” der Silberlegierung zur Wulstbildung, welche über die Hülldurchmesser hinaus ragen und brechen können. Die Folge sind Funktionsstörungen und Geräusche. Das verbleibende Silber ist hierbei relativ schnell aufgezehrt, was erhöhte Temperaturbelastungen zur Folge hat. Hierzu ist ergänzend auf die 8 bis 11 zu verweisen, wobei 8 das Wechselspiel von Kugeln und Käfig verdeutlicht und die 9 bis 11 den zuvor beschriebenen Schadenshergang in der Einlaufphase zeigen, wobei 9 eine neue Silberschicht verdeutlicht, 10 die Wulstbildung und 11 den Zustand bei aufgezehrter Silberschicht und Kontakt mit dem Grund.The disadvantage of such antifriction bearings or antifriction bearings is the fact that during the break-in phase due to the cage / ball dynamics a deformation of the ductile silver layer can occur until the cage pockets have geometrically adapted in the circumferential direction of the ball. After that it comes due to the "flow" of the silver alloy to the bead formation, which can protrude beyond the envelope diameter and break. The result is malfunctions and noises. The remaining silver is consumed relatively quickly, which has increased temperature loads. This is in addition to the 8th to 11 to refer to 8th the interaction of balls and cage clarifies and the 9 to 11 show the damage previously described in the break-in phase, where 9 a new layer of silver illustrates 10 the bead formation and 11 the condition with depleted silver layer and contact with the ground.

Durch den großen Freiheitsgrad der Wälzkörper, insbesondere Kugeln, in den Wälzkörpertaschen des Käfigs, kann es zur Instabilität des Käfigs mit Folge von Geräuschphänomen und einer Wirkungsgradreduzierung kommen, wozu auf 14 zu verweisen ist, die einen deformierten Käfig schematisch leicht vereinfacht verdeutlicht.Due to the large degree of freedom of the rolling elements, in particular balls, in the roller pockets of the cage, it can lead to instability of the cage with a consequence of noise phenomenon and a reduction in efficiency, including on 14 to refer, which illustrates a deformed cage schematically simplified slightly.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Effizienz, Robustheit und dessen NVH-Verhalten seiner Wälzlagerung gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.It is therefore an object of the present invention to provide an exhaust gas turbocharger specified in the preamble of claim 1 species whose efficiency, robustness and its NVH behavior of its rolling bearing is improved over the prior art.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Merkmale des Anspruchs 1.The solution of this problem is achieved by features of claim 1.

Entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung weisen die Wälzkörpertaschen, im Neuzustand des Käfigs, eine an die verwendeten Wälzkörper, insbesondere Kugeln, angepasste Taschenmakrogeometrie-Ausbildung auf.According to the principles of the present invention, the Wälzkörpertaschen, in the new state of the cage, on the rolling elements used, in particular balls, adapted pocket macrogeometry training.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung wird bei Anwendungen mit hohen Drehzahlkennwerten und instationärer Dynamik, wie sie im Turboladerbereich auftreten, eine optimale Kugel-Käfig-Dynamik und Käfigführung im Außenring erwirkt.With this inventive design is obtained in applications with high speed characteristics and transient dynamics, as they occur in the turbocharger area, an optimal ball-cage dynamics and cage guide in the outer ring.

Vorteilhafterweise kann die Taschenmakrogeometrie-Ausbildung spanabhebend, spanabhebend/spanlos oder nur spanlos erzeugt werden. Je nach den Genauigkeitsanforderungen kann das Profil der Wälzlagertaschen auch erst nach erfolgter Warmbehandlung finalisiert werden, wie beispielsweise durch eine Hartbearbeitung, wie Schleifen oder Lasern. Vorzugsweise können die Wälzlagertaschen durch Prägen, Ausspindeln (Drehstichel) oder Schleifen gefertigt werden.Advantageously, the Taschenmakrogeometrie training can be machined, machined / without cutting or only without cutting produced. Depending on the accuracy requirements, the profile of the rolling bearing pockets can also be finalized only after successful heat treatment, such as by hard machining, such as grinding or lasers. Preferably, the rolling bearing pockets can be made by embossing, spindling (turning stylus) or grinding.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have advantageous developments of the invention to the content.

So ist es möglich, nano-/mikroskopische Schmier-/Fangtaschen zur Unterstützung der Tribologie der Wälzlager vorzusehen. Diese können mittels einem dem Gleitschleifen/Trovalisieren angelehnten Prozess, aber auch durch ein Strahlen analog dem sog. „shot-peening” oder durch Laserbearbeitung eingebracht werden.So it is possible to provide nano / microscopic lubrication / catch pockets to support the tribology of the bearings. These can be introduced by means of a process similar to vibratory finishing / trovalizing, but also by blasting analogously to the so-called "shot-peening" or by laser processing.

Eine mögliche, erfindungsgemäße Fertigungstechnologie kann folgende Merkmale aufweisen:
Die Käfige werden als Schüttgut in eine erste Trommel gegeben. In diese werden „Impulsmittel” mit unterschiedlicher Funktion gegeben: (a) Neben den Käfigen selbst sind harte Körner mit gezielter Form im Behälter (z. B. Pyramide, Satellit, Kugel), (b) mit harten Partikeln (Stahl, Keramik, Industrie-Diamant, Korund) versehene Paste. Damit wird unter Vibration (Intensität und Dauer) eine gezielte Strukturierung der Oberfläche erreicht. Die Dellen in der Oberfläche führen zu einer kleinen Randwulst, welche im anschließenden Plateaunieren mittels wiederum anderer Schleifkörperausführungen bestenfalls im Rahmen des Waschen/Reinigens der Käfige begradigt werden. Der Käfig kann mit oder ohne Festschmierstoffbeschichtung (Silber, Kupfer oder Vergleichbares) aber auch mit Schmierstoffeinlagen (z. B. Sintermaterial) ausgeführt sein. A possible production technology according to the invention can have the following features:
The cages are placed as bulk material in a first drum. In addition to the cages themselves are hard grains with specific shape in the container (eg pyramid, satellite, ball), (b) with hard particles (steel, ceramics, industry Diamond, corundum) provided paste. Thus, a targeted structuring of the surface is achieved under vibration (intensity and duration). The dents in the surface lead to a small edge bead, which are straightened in the subsequent Plateaunieren by means of turn other types of abrasives at best as part of the washing / cleaning of the cages. The cage can be designed with or without solid lubricant coating (silver, copper or similar) but also with lubricant inserts (eg sintered material).

Zu den Vorteilen der Erfindung ist zunächst auf den Umstand zu verweisen, dass bereits bei der Inbetriebnahme der Wälzlagerung optimale tribologische und kinematische Verhältnisse vorliegen, so dass ein Einlaufeffekt vermieden wird.Among the advantages of the invention is first to refer to the fact that optimal tribological and kinematic conditions already exist during commissioning of the rolling bearing, so that an enema effect is avoided.

Ferner ergibt sich eine Vermeidung von Fließen etwaiger Festschmierstoffschichten, wie Silber bzw., bei nicht mit Festschmierstoff versehenem Käfig, des Grundmaterials, wobei eine Wulstbildung und störende Fragmente vermieden werden können.Furthermore, there is an avoidance of flow of any solid lubricant layers, such as silver or, when not provided with solid lubricant cage, the base material, with a beading and disruptive fragments can be avoided.

Ferner ergibt sich vorteilhafterweise eine erhöhte Lebensdauer etwaiger Festschmierstoffe.Furthermore, advantageously results in an increased life of any solid lubricants.

Ferner ergibt sich der Vorteil der Schaffung von die Performance begünstigenden Kugelorbitalgeschwindigkeitsprofilen.Furthermore, there is the advantage of providing performance enhancing ball sorbital velocity profiles.

Es ist ferner vorteilhafterweise möglich, Mischreibungsanteile zu reduzieren und somit die Lebensdauer des Käfigs zu verlängern.It is also advantageously possible to reduce mixed friction rates and thus extend the life of the cage.

Ein gezielt einstellbarer Freiheitsgrad des Käfigs ist ferner vorzugweise möglich und führt zu einer günstigen Stabilität des Käfigs und verringert das Auftreten entartender Geräuschphänomene.A specifically adjustable degree of freedom of the cage is also preferably possible and leads to a favorable stability of the cage and reduces the occurrence of degenerating noise phenomena.

Nano-/Mikrotaschen können eine verbesserte Robustheit bei Notlaufbetrieb erwirken.Nano / micro pockets can provide improved robustness during runflat operation.

Schließlich ergibt sich vorteilhafterweise eine vereinfachte Montage des Käfigs, da die Kugeln formschlüssig gehalten werden, was auch als Transportsicherung dient.Finally, advantageously results in a simplified assembly of the cage, since the balls are held positively, which also serves as a transport lock.

In den Ansprüchen 13 und 14 ist eine erfindungsgemäße Wälzlagerung als selbstständig handelbares Bauteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers definiert.In claims 13 and 14, a roller bearing according to the invention is defined as independently tradable component of the exhaust gas turbocharger according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:

1 eine Schnittdarstellung einer Rumpfgruppe eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers, 1 a sectional view of a body group of an exhaust gas turbocharger according to the invention,

2 eine vergrößerte Darstellung der Wälzlagerung des Abgasturboladers gemäß 1, 2 an enlarged view of the rolling bearing of the exhaust gas turbocharger according to 1 .

3 eine perspektivische Darstellung eines Käfigs der erfindungsgemäßen Wälzlagerung, 3 a perspective view of a cage of the rolling bearing according to the invention,

4 eine Wälzkörpertasche des Käfigs gemäß 3 mit eingezeichnetem Koordinatensystem, 4 a Wälzkörpertasche the cage according to 3 with a drawn coordinate system,

5 eine erfindungsgemäße Taschenmakrogeometrie-Ausbildung des Käfigs gemäß 3, 5 a Taschenmakrogeometrie-training of the cage according to the invention 3 .

6A eine der 5 entsprechende Darstellung der Taschenmakrogeometrie-Ausbildung mit Einzeichnung weiterer Kenngrößen, 6A one of the 5 Corresponding presentation of pocket macrogeometry training with drawing of further characteristics,

6B eine Prinzipdarstellung des Käfigs mit Wälzkörpern zur Erläuterung eines Offsetranges, 6B a schematic diagram of the cage with rolling elements to explain a Offsetranges,

7 einen Graphen zur Erläuterung der Drehzahl bzw. Beschleunigung eines Turboladers gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit, 7 a graph for explaining the speed or acceleration of a turbocharger with respect to the vehicle speed,

8 eine Erläuterung der Kugelorbitalgeschwindigkeit in der Lastzone und die relative Lage der Kugel zur Wälzkörpertasche als Modellvorstellung, 8th an explanation of the ball orbital speed in the load zone and the relative position of the ball to the rolling body pocket as a model idea,

9–11 schematisch vereinfachte Darstellungen der eingangs erläuterten Einlaufphase und des Schadenshergangs bei bekannten Wälzlagerungen, 9 - 11 schematically simplified representations of the initially described run-in phase and the damage occurrence in known roller bearings,

12 einen Schnitt durch einen Kugelsatz/Käfig, 12 a section through a ball set / cage,

13 eine Verdeutlichung eines Teils eines bekannten Wälzlagers zur Erläuterung des Druckwinkels zwischen Laufbahn und Kugel, und 13 an explanation of a part of a known rolling bearing for explaining the pressure angle between the raceway and ball, and

14 eine schematisch leicht vereinfachte Darstellung einer Käfigdeformation einer bekannten Wälzlagerung. 14 a schematically slightly simplified representation of a cage deformation of a known rolling bearing.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 dargestellt, der anhand seiner Rumpfgruppe 1' dargestellt ist. Unter einer Rumpfgruppe versteht man sämtliche Basis-Komponenten des Abgasturbolders 1, jedoch ohne das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse und Peripheriekomponenten, die in 1 rein zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet sind, bei einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 natürlich jedoch vorhanden sind.In 1 is an embodiment of an exhaust gas turbocharger according to the invention 1 shown by his trunk group 1' is shown. A hull group means all basic components of the exhaust gas turbocharger 1 , however without the compressor housing and the turbine housing and peripheral components included in 1 purely for the sake of simplicity of illustration are not shown in an exhaust gas turbocharger according to the invention 1 Of course, however, are present.

Dementsprechend weist der Abgasturbolader 1 bzw. seine Rumpfgruppe 1' eine Welle 2 auf, die ein Turbinenrad 3 und am anderen Ende ein Verdichterrad 4 trägt.Accordingly, the exhaust gas turbocharger 1 or his trunk group 1' a wave 2 on that a turbine wheel 3 and at the other end a compressor wheel 4 wearing.

Der Abgasturbolader 1 bzw. die Rumpfgruppe 1' weist ferner ein Lagergehäuse 5 auf, in dem eine Wälzlagerung 6 angeordnet ist, die die Welle 2 im Lagergehäuse in Position hält bzw. lagert. Die Wälzlagerung 6 weist beispielhaft, wie sich dies insbesondere aus der 2 ergibt, zumindest ein, vorzugsweise jedoch zwei Wälzlager 7, 8 auf. Die Wälzlager 7 und 8 weisen bei der Ausführungsform gemäß 2, die als Beispiel ein Schrägkugellager, in zweireihiger Ausführung und in O-Anordnung ist, einen Außenring 9 und einen Innenring auf, der bei der in 2 dargestellten Ausführungsform in zwei Innenringe 10 und 11 unterteilt ist. Zwischen dem Außenring 9 und den Innenringen 10 und 11 (Innenringpaar) ist bei der in 2 dargestellten besonderen Ausführungsform der Wälzlagerung 6 je ein Käfig 13 und 13' angeordnet, der, wie sich insbesondere aus der 3 ergibt, eine Mehrzahl von Wälzkörpertaschen 14 umfasst. Wie die Darstellung der 1 und 2 zeigt, sind in diesen Wälzlagertaschen 14 Wälzkörper 12 angeordnet, die, wie im Beispiel gezeigt, als Kugel ausgebildet sind. Die Erfindung umfasst jedoch auch anders ausgebildete Wälzkörper bzw. Wälzlager.The turbocharger 1 or the trunk group 1' also has a bearing housing 5 in which a rolling bearing 6 is arranged, which is the shaft 2 holds in the bearing housing in position or stores. The rolling bearing 6 exemplifies how this particular from the 2 yields at least one, but preferably two rolling bearings 7 . 8th on. The rolling bearings 7 and 8th have in the embodiment according to 2 , which is an angular contact ball bearing, in two-row design and in O arrangement as an example, an outer ring 9 and an inner ring at the in 2 illustrated embodiment in two inner rings 10 and 11 is divided. Between the outer ring 9 and the inner rings 10 and 11 (Inner ring pair) is at the in 2 illustrated special embodiment of the rolling bearing 6 one cage each 13 and 13 ' arranged, which, in particular from the 3 results in a plurality of rolling body pockets 14 includes. Like the representation of the 1 and 2 shows are in these rolling bearing pockets 14 rolling elements 12 arranged, which, as shown in the example, are formed as a ball. However, the invention also includes differently designed rolling elements or rolling bearings.

Wie eingangs erläutert, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörpertaschen 14, im Neuzustand des Käfigs 13, eine an die Wälzkörper, insbesondere Kugeln 12, angepasste Taschenmakrogeometrie-Ausbildung 15 aufweisen, die sich insbesondere aus der Darstellung der 5 ergibt.As explained above, it is inventively provided that the rolling body pockets 14 , in new condition of a cage 13 , one to the rolling elements, in particular balls 12 , customized pocket macrogeometry training 15 in particular from the illustration of 5 results.

In 4 ist zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Wirkprinzips und der erfindungsgemäßen Taschenmakrogeometrie-Ausbildung 15 ein Käfig-Koordinatensystem 16 eingezeichnet, dessen Nullpunkt O im Mittelpunkt M der in 4 dargestellten Wälzkörpertasche 14 angeordnet ist. Hierbei bezeichnen die Koordinaten X, α die Umfangsrichtung, Y, β die Radialrichtung und Z, γ die Axialrichtung.In 4 is to illustrate the active principle according to the invention and the Taschenmakrogeometrie training according to the invention 15 a cage coordinate system 16 whose zero point O in the center M of in 4 illustrated Wälzkörpertasche 14 is arranged. Here, the coordinates X, α denote the circumferential direction, Y, β the radial direction and Z, γ the axial direction.

Da bei der in den Figuren dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform Kugeln als Wälzkörper vorgesehen sind, sind die Wälzkörpertaschen 14 als Kugeltaschen ausgebildet, die jedoch erfindungsgemäß in Umfangsrichtung X auch langlochförmig ausgeführt sein könnten.Since balls are provided as rolling elements in the case of the particularly preferred embodiment shown in the figures, the rolling-element pockets are provided 14 designed as ball pockets, which, however, according to the invention in the circumferential direction X could also be designed slot-shaped.

Die konstruktiven Spiele zwischen Kugel 12 und Käfigtaschenwand 17 (s. 5) in Achsrichtung Z, in Umfangsrichtung X und in Radialrichtung Y sind von den Dimensionen des Wälzlagers 7, 8, insbesondere von den Dimensionen des Käfigs 13 und der Kugeln 12 abhängig, im Betrieb jedoch auch von der Viskosität des betriebswarmen Motoröls.The constructive games between ball 12 and cage wall 17 (S. 5 ) in the axial direction Z, in the circumferential direction X and in the radial direction Y are of the dimensions of the rolling bearing 7 . 8th , in particular of the dimensions of the cage 13 and the balls 12 depending on the operation, but also on the viscosity of the operating temperature engine oil.

Die Funktion der Kugel-Käfig-Dynamik lehnt sich hierbei an die bekannten Gesetze der Dämpfung und Tribologie an (Elasto-Hydro-Dynamik und Leck- bzw. Quetschspaltströmung) an.The function of the ball-cage dynamics is based on the well-known laws of damping and tribology (elasto-hydro-dynamics and leakage or squish flow).

Besonders bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Wälzlagerung bzw. des erfindungsgemäßen Abgasturboladers weisen Kugeln 12 mit einem Kugeldurchmesser von 2,5 mm bis 3,5 mm sowie einen Teilkreisdurchmesser von 9 bis 12 mm auf. Unter dem Teilkreis ist hierbei ein gedachter Kreis zu verstehen, dessen Mittelpunkt senkrecht von der Rotationsachse der Wälzlagerung durchstoßen ist, und der die Zentren der Wälzkörper 12 einer Reihe umfangsseitig schneidet bzw. miteinander verbindet.Particularly preferred embodiments of the roller bearing according to the invention or of the exhaust gas turbocharger according to the invention have balls 12 with a ball diameter of 2.5 mm to 3.5 mm and a pitch circle diameter of 9 to 12 mm. Under the pitch circle here is an imaginary circle to understand, the center is pierced perpendicularly from the axis of rotation of the rolling bearing, and the centers of the rolling elements 12 a series circumferentially intersects or connects to each other.

Die Wandstärke W (s. 3) des Käfigs 13 ist bevorzugterweise in einem Bereich von 30% ± 4% des Kugeldurchmessers ausgelegt.The wall thickness W (s. 3 ) of the cage 13 is preferably designed in a range of 30% ± 4% of the ball diameter.

Der mittlere (neutrale) Durchmesser des Käfigs 13 (da + di)/2 unterscheidet sich vorzugsweise vom Teilkreisdurchmesser (Kugelmittelpunkt) um Werte zwischen 0% bis 5°/U.The average (neutral) diameter of a cage 13 (da + di) / 2 preferably differs from the circle diameter (sphere center) by values between 0% to 5 ° / rev.

Der „Mittelpunkt” der Wälzkörpertasche 14 ist gegenüber dem Teilkreis TK (Kugel) in einem radialen Offsetrange OR von 0% bis –3% definiert. Durch einen derartigen negativen Offset ergibt sich eine Anordnung der Mittelpunkte M13 der Kugeltaschen innerhalb des Teilkreisdurchmessers TK, wozu auf die Darstellung der 6B zu verweisen ist. Dies ergibt drei positive Effekte: Zum einen bewirkt das Eindrücken der Kugel 12 in die Kugeltasche 14 eine zumindest geringe Verformung der Kugeltasche 14. Zum anderen ist die Massenträgheit des Käfigs 13, 13' verringert, so dass erstens ein Hochbeschleunigen zeitlich verkürzt wird und zweitens die Impulse zwischen Kugeln 12 und Käfig 13, 13' weniger ausgeprägt in Erscheinung treten.The "center" of the rolling element pocket 14 is defined in relation to the pitch circle TK (sphere) in a radial offset range OR of 0% to -3%. By such a negative offset results in an arrangement of the centers M13 of the ball pockets within the pitch circle diameter TK, including the representation of 6B to refer. This results in three positive effects: First, the impressions of the ball 12 in the ball bag 14 an at least slight deformation of the ball pocket 14 , On the other hand, the inertia of the cage 13 . 13 ' reduced so that, first, a high acceleration is shortened in time and second, the pulses between balls 12 and cage 13 . 13 ' appear less pronounced.

Unter Bezugnahme auf 6A ist hervorzuheben, dass die Schmiegung, die der Quotient des Durchmessers der Wälzkörpertasche 14 und des Durchmessers des Wälzkörpers 12, insbesondere Kugel ist, vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.With reference to 6A It should be emphasized that the osculation, which is the quotient of the diameter of the rolling body pocket 14 and the diameter of the rolling element 12 , in particular ball, is preferably in the range of 0.9 to 1.1.

Das Verhältnis von Breiten „BX” zu „BZ” („rund” bzw. „Langloch”) beträgt vorzugsweise 1:1 bis 1,2:1.The ratio of widths "BX" to "BZ" ("round" or "long hole") is preferably 1: 1 to 1.2: 1.

Die Spiele bzw. der Freiheitsgrad der Kugel 12 ergeben sich aus „BX” und „BZ”. Die engsten Abstände der Wälzkörpertaschen 14 „BX1,2” bzw. „BZ1,2” können kleiner sein als der Kugeldurchmesser. Dies jedoch nur insoweit, als dass ein ordnungsgemäßes Füllen der Kugeln 12 unter Berücksichtigung der Elastizität der Werkstoffe, insbesondere Si3N4 und Stahl möglich ist (analog einer Transportsicherung, in welcher die Kugeln durch eine im Durchmesser 0,02 mm bis 0,05 mm kleinere „Schnappwulst” gehalten werden). The games or the degree of freedom of the ball 12 result from "BX" and "BZ". The narrowest distances between the rolling element pockets 14 "BX1,2" or "BZ1,2" may be smaller than the ball diameter. However, this only insofar as that a proper filling of the balls 12 taking into account the elasticity of the materials, in particular Si3N4 and steel is possible (analogous to a transport lock, in which the balls are held by a 0.02 mm to 0.05 mm smaller "Schnappwulst").

Besonders bevorzugte Werte für das Spiel „delta d” in der Wälzkörpertasche 14 sind:

Z:: 2% bis 5% des Kugeldurchmessers;
X:: 2% bis 5% bzw. bei ovaler Ausführungsform 7% bis 15% des Kugeldurchmessers;
Y:: 2% bis 5% des Kugeldurchmessers.

Particularly preferred values for the game "delta d" in the Wälzkörpertasche 14 are:

Z:: 2% to 5% of the ball diameter;
X:: 2% to 5% or in the case of an oval embodiment 7% to 15% of the ball diameter;
Y:: 2% to 5% of the ball diameter.

Das Verhältnis der Schmiegung in Axialrichtung x zur Umfangsrichtung z liegt zwischen 1:1 und 1:1,2.The ratio of the osculation in the axial direction x to the circumferential direction z is between 1: 1 and 1: 1.2.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung in den 1 bis 14 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure of the invention is hereby to supplement this explicitly on the graphic representation in the 1 to 14 Referenced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Abgasturboladerturbocharger
22: Wellewave
33: Turbinenradturbine
44: Verdichtercompressor
55: Lagergehäusebearing housing
66: Wälzlagerungroller bearing
7, 87, 8: Wälzlagerroller bearing
99: Außenringouter ring
10, 1110, 11: Innenringinner ring
1212: Wälzkörper, insbesondere KugelRolling elements, in particular ball
13, 13'13, 13 ': KäfigCage
1414: Wälzkörpertasche, insbesondere KugeltascheWälzkörpertasche, in particular ball bag
1515: Taschenmakrogeometrie-AusbildungBag macrogeometry training
1616: Käfig-KoordinatensystemCage coordinate system
1717: Käfig-TaschenwandCage pocket wall
TKTK: Teilkreispitch circle
OROR: Offsetrangeoffset Range
M12M12: KugelmittelpunktBall center
M13M13: KäfigmittelpunktCage center
Käkä: KäfigCage
KuKu: KugelBullet
NaN / A: zwischenzeitliches Nacheilenintermediate lag
GeGe: Geschwindigkeitsdiff. Kugel-KäfigGeschwindigkeitsdiff. Ball cage
DrDr: Drehrichtung des KäfigsDirection of rotation of the cage
LaLa: Lastwinkel bei reiner RadiallastLoad angle at pure radial load
AA: Einlaufen einer neuen Kugel in dieEntering a new ball in the
BB: Einlaufen einer neuen Kugel in dieEntering a new ball in the
CC: Lastzone/Verspannen/Synchronisation/Entspannen/FührungswechselLoad zone / bracing / Synchronization / relaxing / Management change

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012211891 A1 [0002] DE 102012211891 A1 [0002]

Claims

Abgasturbolader (1) – mit einer Welle (2), die ein Turbinenrad (3) und ein Verdichterrad (4) trägt; und – mit einem Lagergehäuse (5), in dem, zur Führung der Welle (2), eine Wälzlagerung (6) angeordnet ist, die zumindest ein Wälzlager (7, 8) mit einem Außenring (9) und einem Innenring (10, 11), zwischen denen ein Käfig (13) mit Wälzkörpertaschen (14) angeordnet ist, in denen Wälzkörper (12) geführt sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – dass die Wälzkörpertaschen (14), im Neuzustand des Käfigs (13), eine an die Wälzkörper angepasste Taschenmakrogeometrie-Ausbildung (15) aufweisen.Exhaust gas turbocharger ( 1 ) - with a wave ( 2 ), which is a turbine wheel ( 3 ) and a compressor wheel ( 4 ) wearing; and - with a bearing housing ( 5 ), in which, to guide the wave ( 2 ), a rolling bearing ( 6 ) is arranged, the at least one rolling bearing ( 7 . 8th ) with an outer ring ( 9 ) and an inner ring ( 10 . 11 ), between which a cage ( 13 ) with rolling-element pockets ( 14 ) is arranged, in which rolling elements ( 12 ), characterized in that - the rolling-element pockets ( 14 ), when the cage is new ( 13 ), adapted to the rolling bodies pocket macrogeometry training ( 15 ) exhibit.

Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschenmakrogeometrie-Ausbildung (15) durch ein Käfig-Koordinatensystem (16) bestimmt ist, das seinen Null-Punkt (O) im Mittelpunkt (M) der Wälzkörpertaschen (14) hat und das in Umfangsrichtung durch die Koordinaten X, in Radialrichtung durch die Koordinaten Y und in Axialrichtung durch die Koordinaten Z, definiert ist, wobei die konstruktiven Spiele zwischen dem Wälzkörper (12) und einer Käfigtaschenwand (17) in Umfangsrichtung und Radialrichtung von den Dimensionen der Wälzlager (7, 8) abhängig sind.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the pocket macro geometry design ( 15 ) by a cage coordinate system ( 16 ), which has its zero point (O) in the center (M) of the rolling body pockets ( 14 ) and which is defined in the circumferential direction by the coordinates X, in the radial direction by the coordinates Y and in the axial direction by the coordinates Z, wherein the constructional games between the rolling elements ( 12 ) and a cage pocket wall ( 17 ) in the circumferential direction and radial direction of the dimensions of the rolling bearing ( 7 . 8th ) are dependent.

Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (12) als Kugeln ausgebildet sind.Exhaust gas turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the rolling bodies ( 12 ) are formed as balls.

Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kugeln (12) 2,5 mm bis 3,5 mm beträgt.Exhaust gas turbocharger according to claim 3, characterized in that the diameter of the balls ( 12 ) Is 2.5 mm to 3.5 mm.

Abgasturbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser der Wälzlager (7, 8) 9 mm bis 12 mm beträgt.Exhaust gas turbocharger according to claim 3 or 4, characterized in that the pitch circle diameter of the rolling bearing ( 7 . 8th ) Is 9 mm to 12 mm.

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (W) des Käfigs (13) 30% ± 4% des Kugeldurchmessers beträgt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 3 to 5, characterized in that the wall thickness (W) of the cage ( 13 ) Is 30% ± 4% of the ball diameter.

Abgasturbolader nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere (neutrale) Käfigdurchmesser sich um 0% bis 5% vom Teilkreisdurchmesser (Kugelzentrum) unterscheidet.Exhaust gas turbocharger according to claim 5 or 6, characterized in that the average (neutral) cage diameter differs by 0% to 5% of the pitch diameter (ball center).

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der Wälzlagertaschen (14) in Bezug auf den Teilkreis (TK) in einem Radial-Offsetrange von 0% bis –3% liegt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 5 to 7, characterized in that the center of the rolling bearing pockets ( 14 ) with respect to the pitch circle (TK) in a radial offset range of 0% to -3%.

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiegung zwischen 0,9 und 1,1 liegt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 3 to 8, characterized in that the osculation is between 0.9 and 1.1.

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breiten „BX” zu „BZ” in einem Bereich von 1:1 bis 1,2:1 liegt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 2 to 9, characterized in that the ratio of widths "BX" to "BZ" is in a range of 1: 1 to 1.2: 1.

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel der Wälzkörper (12) in den Wälzkörpertaschen (14) in Axialrichtung (Z) 2% bis 5% des Kugeldurchmessers beträgt, in Umfangsrichtung „X” 2% bis 5% bzw. bei ovaler Ausführung 7% bis 15% des Kugeldurchmessers beträgt und in Radialrichtung „Y” 2% bis 5% des Kugeldurchmessers beträgt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 2 to 10, characterized in that the play of the rolling elements ( 12 ) in the rolling body pockets ( 14 ) in the axial direction (Z) is 2% to 5% of the ball diameter, in the circumferential direction "X" 2% to 5% or in the oval design 7% to 15% of the ball diameter and in the radial direction "Y" 2% to 5% of Ball diameter is.

Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Schmiegung in Axialrichtung „Z” zur Umfangsrichtung „X” zwischen 1:1 und 1:1,2 liegt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 2 to 11, characterized in that the ratio of the osculation in the axial direction "Z" to the circumferential direction "X" is between 1: 1 and 1: 1.2.

Wälzlagerung für eine Welle (2) eines Abgasturboladers (1) mit zumindest einem Wälzlager (7, 8), das einen Außenring (9) und einen Innenring (10, 11) aufweist, zwischen denen ein Käfig (13) mit Wälzkörpertaschen (14) angeordnet ist, in denen Wälzkörper (12) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörpertaschen (14), im Neuzustand des Käfigs (13), eine an die Wälzkörper (12) angepasste Taschenmakrogeometrie-Ausbildung (15) aufweisen.Rolling bearing for a shaft ( 2 ) of an exhaust gas turbocharger ( 1 ) with at least one rolling bearing ( 7 . 8th ), which has an outer ring ( 9 ) and an inner ring ( 10 . 11 ), between which a cage ( 13 ) with rolling-element pockets ( 14 ) is arranged, in which rolling elements ( 12 ) are guided, characterized in that the rolling body pockets ( 14 ), when the cage is new ( 13 ), one to the rolling elements ( 12 ) adapted pocket macrogeometry training ( 15 ) exhibit.

Wälzlager nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zumindest einen der Ansprüche 2 bis 11.Rolling bearing according to claim 13, characterized by at least one of claims 2 to 11.