DE3531313A1 - Lagervorrichtung in einem turbolader - Google Patents
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Description
Nürnberg, 2.9.1985 25 307
Istiikawaj ima-Harima Jukogyo K. K.
No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
Chiyoda-ku
Chiyoda-ku
Tokyo-to/Japan
Lagervorrichtung in einem Turbolader
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung in einem Turbolader und insbesondere auf eine solche Lagervorrichtung
bei einem Turbolader, die eine beständige, stabile Drehung einer Turbinenwelle gewährleistet, ohne den schwimmenden Zustand
eines Ölfilmdämpfers zu beeinträchtigen.
Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen. Diese
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine herkömmliche Lagervorrichtung
in einem Turbolader.
Gemäß Fig. 1 umfaßt der Turbolader ein Turbinengehäuse 1, ein Kompressor- oder Verdichtergehäuse 2, ein zwischen den Gehäusen
1 und 2 befindliches Lagergehäuse 3, eine Wärmeschutzplatte 4, eine im Lagergehäuse 3 angeordnete Lagerschale 5,
eine Turbinenwelle 6, ein Turbinenrad 7, einen Ölschleuder-
Distanzring 8, eine ölschleuder 9, ein Verdichterrad 10,
ein turbinenseitiges Kugellager 11, ein verdichterseitiges Kugellager 12, einen turbinenseitigen Ölfilmdämpfer 13, der
in der Lagerschale 5 durch einen Ölfilm im schwimmenden Zustand gehalten ist und das turbinenseitige Kugellager 11 abstützt,
einen verdichterseitigen Ölfilmfämpfer 14, der ebenfalls
in der Lagerschale 5 durch einen Ölfilm im schwimmenden Zustand gehalten ist und das verdichterseitige Kugellager 12
abstützt, eine zwischen die Ölfilmdämpfer 13 und 14 eingefügte
Schraubenfeder 15, die die äußeren Laufringe der Kugellager 11, 12 nach außen hin und voneinander weg drückt, ein
Dampferwiderlager 16, eine Distanzhülse 17, einen ölzulauf 18, einen Ölablauf 19, einen Wassermantel 20 und Sprengringe
21 sowie 22, auf die noch näher eingegangen werden wird.
Wie gesagt wurde und der Fig.1 klar zu entnehmen ist, sind
die Ölfilmdämpfer 12 und 14 voneinander getrennt, d.h., beide
Ölfilmdämpfer sind unabhängig voneinander angeordnet. Obwohl
sie von der Schraubenfeder 15 auswärts belastet sind, können
sich die Ölfilmdämpfer 13, 14 unabhängig voneinander bewegen,
was das Problem aufwirft, daß die Stabilität und Beständigkeit der Drehung der Turbinenwelle 6 herabgesetzt wird. Wenn
Die Spalten oder Spielräume zwischen den Dämpfern 13 und 14 einerseits sowie der Lagerschale 5 andererseits groß sind,
dann tritt insbesondere der Fall ein, daß die Ölfilmdämpfer
13, 14 leicht zu einem Drehen neigen, womit die Drehstabilität der Turbinenwelle 6 weiter vermindert wird. Ferner muß
die Schraubenfeder 15 vorgespannt werden, um eine Kraft zu haben, die größer als die Schubkraft der Turbinenlagerung
oder -zapfen ist, so daß, wenn eine Druckkraft auf die Turbine oder den Verdichter ausgeübt wird, das Kugellager 11
oder 12 daran gehindert wird, in den Ölfilmdämpfer 13 oder 14
hineingedrückt zu werden. Wird die von der Schraubenfeder 15
auf die Dämpfer 13, 14 ausgeübte Druckkraft größer, so wird die Lebensdauer oder Standzeit der Kugellager 11, 12 ganz be-
BAD ORIGINAL
trächt lieh verkürz"! . Des weiteren liegt das Problem vor,
daß, weil die -Schraubenfeder 15 sehr stark ist, der Zusammenbau
sehr erschwert und der mechanische Wirkungsgrad erheblich vermindert wird. Es ist aber auch nicht erwünscht, um
die Kraft der Schraubenfeder 15 zu vermindern, die Sprengringe 21 und 22 so anzuordnen, daß sie mit den inneren Stirnflächen
der Dämpfer 13, 14 in allzu fester Anlage sind, weil die Dämpfer 13 und 14 im Gleichklang mit der Turbinenwelle 6
drehen.
Im Hinblick auf den Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Lagervorrichtung für einen Turbolader
zu schaffen, mit der es möglich ist, die Vorspannung der Schraubenfeder zu erniedrigen, so daß die Standzeit der Kugellager
verlängert werden kann, die auf den Kugellagern beruhenden mechanischen Verluste zu minimieren, die Turboverzögerung
zu vermindern, die Drehung der Ölfilmdämpfer zu hindern, so daß die Drehstabilität der Turbinenwelle verbessert
und die Ableitung von Arbeitsöl erleichtert werden kann, so daß die mechanischen Verluste minimiert werden, und die einen
unkomplizierten Aufbau aufweist, so daß die Herstellung der
Lagervorrichtung erheblich vereinfacht wird.
Die Aufgabe der Erfindung sowie weitere Ziele wie auch die
Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigen:
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Lagervorrichtung in
einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 3 und 3 je einen zu Fig. 2 gleichartigen Längsschnitt
durch Lagervorrichtungen in einer zweiten und dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 5 und 6 je einen Teil-Längsschnitt durch eine Lagervorrichtung
in einer vierten und fünften Ausführungsform gemäß der.Erfindung.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche Teile in allen Figuren. Räumliche Angaben sind als auf die jeweilige Figur bezogen
zu verstehen. Die bereits mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Bauteile werden nicht nochmals beschrieben.
1. Ausführungsform (Fig. 2)
Bei dieser Ausführungsform ist ein Ölfilmdämpfer 23, der das
turbinenseitige Kugel lager .11 und das verdichterseitige Kugellager
12 in der Lagerschale 5 abstützt, als ein Teil ausgebildet und ist von einer halbschwimmenden oder -tragenden Bauart.
Der Dämpfer 23 ist also nicht, wie es gemäß dem Stand der Technik üblich ist, in einen turbinen- und einen verdichterseitigen
öldämpfer unterteilt. Ein die Drehung des ölfilmdämpfers
23 verhindernder Stift 24 ist lose in Ausnehmungen, die in der Außenumfangsflache des öldämpfers 23 und der Innenumfangsfläche
der Lagerschale 5 ausgebildet sind und zusammen eine Bohrung bilden, eingesetzt. Eine im unteren Teil der Wand des
Ölfilmdämpfers 23 ausgestaltete Olaustrittsöffnung 25 steht
mit dem ölablauf 19 im unteren Teil der Lagerschale 5 in Verbindung.
Zwischen den außenseitigen Stirnflächen des öldämpfers 23 und den diesen gegenüberliegenden Flächen der Lagerschale
3 sind kleine Spalte 26 vorhanden. Die Wand des Ölfilmdämpfers 23 wird von einer kleinen Bohrung 27 durchsetzt, so
daß vom ölzulauf 18 kommendes öl dem turbinenseitigen Kugellager
11 im Dämpfer 23 zugeführt wird.
Wie gesagt wurde, ist der Ölfilmdämpfer 23 von einteiliger
Konstruktion und ist ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen
dessen Außenumfangsflache sowie der Innenfläche der Lagerschale
5 vorhanden, so daß der Dämpfungseffekt des Ölfilms
erhalten werden kann,womit die Drehstabilität der Turbinenwelle
6 gewährleistet ist. Durch den Stift 24 wird die Drehung des Ölfilmdämpfers 23 unterbunden, jedoch wird der Dämpfer 23
nicht gänzlich festgehalten, so daß der erwähnte Dämpfungseffekt nicht nachteilig herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck
ist der Außendurchmesser des Stiftes 24 etwas geringer als
der Innendurchmesser der Bohrung, in der der Stift 24 sitzt und lose gehalten ist. Weil der Stift 24 die Drehung des Ölfilmdämpfers
23 unterbindet, kann die Olaustrittsöffnung 25
in dessen unterem Teil ausgebildet werden, und das hat zum Ergebnis, daß die auf der Ansammlung von Schmieröl beruhenden mechanischen
Verluste vermieden werden. Da ferner das Schmieröl rasch und wirksam abgeführt werden kann, ist eine Verbesserung
in der oldichtungswirkung zu erzielen.
Ein Teil des Schmieröls, der durch die Spalten 26 zwischen der Stirnseite des Dämpfers 23 und der gegenüberliegenden
Wandfläche der Lagerschale 5 tritt, gelangt auf die Turbinenwelle 6 sowie dieser nahegelegene Bauteile und wird durch
Drehung zerstäubt, wodurch die Kugellager 11 und 12 einer Nebel- oder Spritzschmierung ausgesetzt sind. Ferner ist, um
eine eindeutig positive Schmierung des turbinenseitigen Kugellagers 11 zu gewährleisten, die kleine Bohrung 27 durch die
Wand des Dämpfers 23 geführt und zur inneren Stirnfläche des
Lagers 11 hin gerichtet. Insofern unterliegt das Kugellager 11 auch einer Strahlschmierung, da ein Schmierölstrahl auf
dieses Lager 11 gelenkt wird. Es sollte jedoch klar sein, daß nur die kleine Bohrung 27 für die Strahlschmierung oder nur
die schmalen Spalten 26 für die Nebelschmierung vorgesehen sein können und daß weder die eine noch die anderen unbedingt
notwendig sind.
2. Ausführungsform (Fig. 3)
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist zwischen einen im
Durchmesser abgesetzten Teil (Abstufung) 28 des Ölfilmdämpfers
23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 11 ein Anschlagoder Haltering 30 eingefügt, wie auch ein solcher Anschlagoder Haltering 31 zwischen eine Abstufung 29 des Ölfilmdämpfers
und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt ist. Die die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 ausein-
anderdrückende Schraubenfeder 15 ist zwischen die Anschlagringe 30 und 31 eingesetzt, so daß also die Ringe 30, 31 zwischen
der Feder 15 einerseits und den Kugellagern 11 bzw. 12 andererseits eingeklemmt sind. Die Vorspannung der Schraubenfeder
15 wird eindeutig auf die äußeren Laufringe der Lager 11 und 12 übertragen. Die Innenumfangsflache des Ölfilmdämpfers
23 ist mit den im Durchmesser abgesetzten Teilen 28 und 29 versehen. Das hat zur Folge, daß selbst dann, wenn eine
Schubkraft wirkt, die größer als die Vorspannung der Schraubenfeder ist, die Kugellager 11, 12 daran gehindert sind,
in den Ölfilmdämpfer 23 gedruckt zu werden. Deshalb kann der
Schraubenfeder 15 eine relativ kleine Vorspannung gegeben werden,
die damit auch eine geringere Federkraft entwickelt, so daß die Standzeit der Kugellager 11 und 12 verlängert wird
sowie des weiteren der Zusammenbau und der mechanische Wirkungsgrad erheblich begünstigt werden.
3. Ausführungsform (Fig. 4)
Bei dieser Ausführungsform kommen im Gegensatz zur vorherigen
die Anschlagringe 30, 31 nicht zur Anwendung, vielmehr sind die Abstufungen 28, 29 im Ölfilmdämpfer 23 unmittelbar
mit den äußeren Laufringen der Kugellager 11 bzw. 12 in Anlage. Ferner ist im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform der
Ölfilmdämpfer 23 mit Bezug zum Mittelpunkt der Achse des Dämpfers
23 nicht symmetrisch, wobei die Strahlschmierbohrung 27 durch die Wand des Dämpfers 23 geführt ist, um das turbinenseitige
Kugellager 11 zu schmieren. Die dritte Ausführungsform läßt jedoch die gleichen Wirkungen und Vorteile wie die
zweite Ausführungsform erreichen.
4. Ausführungsform (Fig. 5)
Diese Ausführungsforrn ist im wesentlichen zu derjenigen von Fig. 4 gleichartig mit der Ausnahme, daß lediglich der Anschlagring
31 auf der Seite des Verdichters vorhanden ist, während die Konstruktion auf der Seite der Turbine derjenigen
von Fig. 4 ähnlich ist.
5. Ausführungsform (Fig. 6)
Während bei der ersten bis vierten Ausführungsform (Fig. 2-5)
die Schraubenfeder 15 so vorgespannt ist, daß die äußeren Laufringe der Kugellager 11 und 12 auseinandergedrückt werden,
kommt anstelle der Schraubenfeder 15 bei der in Fig. 6 gezeigten
Ausführungsform eine kegelige oder gewölbte Tellerfeder
32 zur Anwendung, die zwischen die Abstufung 29 des Ölfilmdämpfers 23 und den äußeren Laufring des Kugellagers 12 eingefügt
ist. Obwohl das nicht gezeigt ist, kann eine solche Tellerfeder auch zwischen der Abstufung 28 und dem äußeren
Laufring des Lagers 11 auf der anderen Seite des Dämpfers 23 eingesetzt sein. Für die Schrauben- oder die Tellerfeder
kann erfindungsgemäß auch eine Blattfeder zur Anwendung kommen.
Die Wirkungen, Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes können, wie folgt, zusammengefaßt werden:
1. Die Kugellager werden sowohl auf der Turbinen- wie auch auf der Verdichterseite angewendet, so daß die mechanischen
Verluste minimiert werden können. Das hat zum Ergebnis, daß der Gesamtwirkungsgrad des Turboladers bemerkenswert gesteigert
wird, und zwar vor allem bei niedrigen Drehzahlen oder in einem niedrigen Leistungsbereich. Das ist ein sehr bedeutender
Vorteil bei Turboladern für Fahrzeuge, und die Turboverzögerung kann auf ein Minimum herabgedrückt werden.
2. Der schwimmende Ölfilmdämpfer wird als ein Stück gefertigt
und seine Drehung durch den Stift verhindert. Das hat zum Ergebnis,
daß die Drehstabilität der Turbinenwelle in jedem Betriebsbereich
sichergestellt werden kann und die Haltbarkeit der Kugellager verbessert wird, wodurch deren Standzeit verlängert
wird, so daß eine hohe Betriebszuverlässigkeit zu erreichen ist.
3. Der die Drehung des öldämpfers verhindernde Stift wird lose
in die ihm zugeordnete Bohrung eingesetzt, so daß der schwimmende Zustand des Ölfilmdämpfers nicht nachteilig beeinflußt
wird.
4. Die Einrichtung zur Verhinderung einer Drehung des Dämpfers ist sehr einfach und mit niedrigen Kosten herzustellen.
5. Der Ölfilmdämpfer ist mit der olaustritts.öff nung ausgestattet,
die mit dem Ölablauf aus der Lagerschale in Verbindung steht, so daß die auf einer Ansammlung von öl im Dämpfer
beruhenden mechanischen Verluste minimiert werden können. Ferner kann die Schmierölableitung erleichtert werden, so
daß die Ölabdichtfähigkeit verbessert wird.
6. Das Kugellager ist zumindest entweder einer Schmierung, wobei ein Teil des dem Ölfilmdämpfer zugeführten Schmieröls
als ein Strahl zum Kugellager abgeführt wird, oder einer Nebel- bzw. im wesentlichen Sprüh- oder Tröpfchenschmierung
ausgesetzt. Das hat eine eindeutig positive Schmierung zur Folge, wobei im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern eine
große Menge an Schmieröl nicht notwendig ist. Deshalb können das Schmieröl beträchtlich vermindert und ferner auch der
Öldruck herabgesetzt werden.
7. Es ist nicht notwendig, extra ein Längs- oder Schublager vorzusehen, und es ist auch nicht nötig, die Lagerung der
Turbinenwelle, d.h. deren Zapfen, an der Oberfläche zu härten.
Deshalb ist die Lagervorrichtung gemäß der Erfindung einfach in ihrem Aufbau, kompakt in ihren Abmessungen und äußerst
kostengünstig zu fertigen.
8. Die Innenwandfläche des Ölfilmdämpfers ist mit den im
Durchmesser abgesetzten Abstufungen versehen, die mit den Lageranschlägen zur Anlage kommen, so daß, wenn eine gegen-
über der Vorspannung der Feder größere Schubkraft einwirkt,
verhindert wird, daß die Kugellager in den Dämpfer gedrückt werden. Insofern ist es nicht notwendig, die Feder zur Anpassung
an eine übermäßige Schubkraft stark vorzuspannen, was bedeutet, daß die Feder im minimalen Ausmaß vorgespannt werden
kann. Deshalb kann die Standzeit der Kugellager weiter verlängert und können gleichzeitig der mechanische Wirkungsgrad
sowie die Montageleistung verbessert werden.
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Claims (5)
- Nürnberg, 2.9.1985 25 307■Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K.No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
Chiyoda-kuTokyo-to/JapanLagervorrichtung in einem TurboladerPatentansprücheί \J Lagervorrichtung für einen Turbolader, bei dem zwischen ein Turbinen- sowie ein Verdichtergehäuse ein Lagergehäuse t eingefügt ist und in einer Lagerschale des Lagergehäuses " ein turbinenseitiges sowie ein verdichterseitiges Kugellager angeordnet sind, die durch in der Lagerschale schwimmende Ölfilmdämpfer abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfilmdämpfer als ein einstückiger Ölfilmdämpfer (23) gefertigt sind und ein Stift (24) in loser Lage vorgesehen ist, der eine Drehung des einstückigen Ölfilmdämpfers unterbindet. - 2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstückige Ölfilmdämpfer (23) mit einer Ölaustrittsöffnung (25) versehen ist, die mit einem ölablauf (19) der Lagerschale (5) in Verbindung steht.
- 3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einstückige Ölfilmdämpfer (23) mit wenigstens entweder einer kleinen Bohrung (27) zur Strahlschmierung des Kugellagers (11) mit einem Teil des zwischen dem Ölfilmdämpfer und der Lagerschale (5) gebildeten Ölfilms oder mit kleinen Spalten (26) zur Nebelschmierung der Kugellager (11, 12) versehen ist.
- 4. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das turbinenseitige Kugellager (11) und das verdichterseitige Kugellager (12) eine Feder (15, 32) eingefügt ist, die so vorgespannt ist, daß ein äußerer Laufring von wenigstens einem der Kugellager in einer zur Achse der Turbinenwelle (6) parallelen Richtung vom äußeren Laufring des anderen Kugellagers hinweg belastet ist, und daß an der Innenwandfläche des Ölfilmdämpfers (23) im Durchmesser abgesetzte Abstufungen (28, 29) ausgebildet sind, mit denen Lageranschläge inj Anlage sind, die bei Einwirkung einer gegenüber der Vorspannung der Feder (15, 32) größeren axialen Schubkraft der Turbinenwelle eine Bewegung der Kugellager (11, 12) zueinander hin verhindern.
- 5. Lagervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Abstufungen (28, 29) des Ölfilmdämpfers (23) und die äußeren Laufringe der Kugellager (11, 12) Anschlagringe (3o, 31) eingefügt sind.
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