DE202015003359U1 - Abgastrubolader - Google Patents
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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
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
Die Rotor- bzw. Wellenlagerung weist Drehzahlkennwerte von bis zu 3 × 106 mm × min–1 mit spezifischer polyformer Rotordynamik auf, wozu auf die Darstellung der
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
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
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
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
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Merkmale des Anspruchs 1.The solution of this problem is achieved by features of
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
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:
In
Dementsprechend weist der Abgasturbolader
Der Abgasturbolader
Wie eingangs erläutert, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörpertaschen
In
Da bei der in den Figuren dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform Kugeln als Wälzkörper vorgesehen sind, sind die Wälzkörpertaschen
Die konstruktiven Spiele zwischen Kugel
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
Die Wandstärke W (s.
Der mittlere (neutrale) Durchmesser des Käfigs
Der „Mittelpunkt” der Wälzkörpertasche
Unter Bezugnahme auf
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
Besonders bevorzugte Werte für das Spiel „delta d” in der Wälzkörpertasche
- 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.
- 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
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
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DE102014212679 | 2014-07-01 | ||
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- 2015-05-07 DE DE202015003359.8U patent/DE202015003359U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |