WO2024104529A1 - Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager - Google Patents

Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager Download PDF

Info

Publication number
WO2024104529A1
WO2024104529A1 PCT/DE2023/100830 DE2023100830W WO2024104529A1 WO 2024104529 A1 WO2024104529 A1 WO 2024104529A1 DE 2023100830 W DE2023100830 W DE 2023100830W WO 2024104529 A1 WO2024104529 A1 WO 2024104529A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
section
axial bearing
lubricant
bearing
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100830
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henryk JOHN
Matthias DEUTSCHER
Alessandro CICOLIN
Sotirios NIKOLAIDIS
Sven Becker
Dominic König
Roberto De Santis
Original Assignee
Ihi Charging Systems International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ihi Charging Systems International Gmbh filed Critical Ihi Charging Systems International Gmbh
Publication of WO2024104529A1 publication Critical patent/WO2024104529A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/047—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with fixed wedges to generate hydrodynamic pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045—Details of supply of the liquid to the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1065—Grooves on a bearing surface for distributing or collecting the liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1075—Wedges, e.g. ramps or lobes, for generating pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • Axial bearing for supporting a rotating shaft and exhaust gas turbocharger with an axial bearing
  • the invention relates to an axial bearing for supporting a rotatable shaft of the type specified in the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 12.
  • Axial bearings in particular axial bearings for rotating shafts of exhaust gas turbochargers, are well known. They can be axial bearings in the form of a separate disk or axial bearings integrated in a sleeve, whereby a combination with radial bearings is possible. However, the invention relates to an axial bearing in the form of a sleeve.
  • a bearing bush is known from the published patent application DE 1 400 440 A, wherein the bearing bush has longitudinal grooves on its inner surface extending in the direction of a longitudinal axis for guiding lubricant. Radial grooves extending in the radial direction are formed on one end face of the bearing bush, wherein the longitudinal grooves and the radial grooves are arranged at a distance from one another.
  • the published patent application DE 11 2017 004 889 T5 discloses a bearing sleeve for an exhaust gas turbocharger, wherein longitudinal grooves extending in the direction of a longitudinal axis are formed on an inner surface of the bearing sleeve in each end section of the bearing sleeve, which grooves open into a radially extending radial groove on the respective end face of the bearing sleeve.
  • the radial groove is formed to extend only partially over the end face in the radial direction.
  • the published patent application WO 99/07982 A1 discloses a bearing sleeve for an exhaust gas turbocharger, wherein longitudinal grooves extending in the direction of a longitudinal axis are formed on an inner surface of the bearing sleeve, each of which opens into a radial groove formed on an end face.
  • the radial groove extends in the radial direction completely over an end face of the end face.
  • the invention is based on the object of specifying an axial bearing for a rotatable shaft which, in addition to improved running properties, has a higher load-bearing capacity and at the same time improved wear properties.
  • An axial bearing according to the invention for supporting a rotatable shaft has a first bearing body that is firmly connected to a bearing section of an exhaust gas turbocharger and a second bearing body that rotates with the shaft, wherein at least the first bearing body has a first sliding surface with an annular surface and with a surface profile.
  • a lubricating gap with lubricant is formed between the first sliding surface and a second sliding surface of the second bearing body.
  • a lubricant channel with a channel inlet and a channel outlet for supplying lubricant to the annular surface is formed in the first bearing body.
  • the first sliding surface is formed on an end face of a sleeve. It has at least one wedge surface and one locking surface, wherein the wedge surface is inclined starting from the locking surface.
  • the first sliding surface has a particle groove formed between the wedge surface and the locking surface, with a first groove end and a second groove end facing away from the first groove end, wherein the channel outlet is designed to receive the first groove end, and wherein the second groove end is formed in the radial direction at least on an outer edge of the annular surface or beyond, and wherein a first groove cross-section of the first groove end is larger or smaller than a second groove cross-section of the second groove end, and/or the particle groove has a round cross-section and the lubricant channel has a triangular or elliptical cross-section.
  • the advantage of the particle groove is that particles present in the lubricant are removed from the lubrication gap in a defined manner, thus reducing wear on the axial bearing. Furthermore, lubricant flow can be increased, which can result in improved cooling of the axial bearing and lower temperatures of a lubricant film, which can result in a greater lubricant thickness.
  • a greater lubricant thickness means a higher load-bearing capacity, which means that the axial bearing can be loaded with more force, thus increasing safety against failure.
  • the advantage of the lubricant channel with a triangular cross-section is that with the help of appropriately designed side ratios of the cross-section, with a constant groove width, different sized cross-sections can be realized in the lubricant channel, which have different particle size capacities. For example, if the groove depth of the groove essentially corresponds to the groove width, significantly larger particles can be accommodated in the groove than with a smaller groove depth with the same groove width.
  • the lubricant channel could also have an elliptical shape to achieve an appropriate absorption capacity for larger particles.
  • a virtual form line must of course be formed, since a groove by definition has an “open” side, which is described with the help of the virtual form line.
  • a first groove cross-section of the first groove end corresponds to a cross-section of the channel outlet.
  • a groove cross-section of the particle groove corresponds to a cross-section of the channel outlet.
  • a further simplified manufacture of the axial bearing according to the invention can be achieved if the particle groove is designed to extend in a straight line in the radial direction. Furthermore, particles can be absorbed and passed on more effectively than with a curved particle groove.
  • the axial bearing according to the invention can be further manufactured cost-effectively if the lubricant channel is designed to extend in the longitudinal direction of the sleeve.
  • a conical design of the particle groove makes it possible to achieve a better pressure distribution at the inlets and outlets of the particle groove in the lubricant flow so that the axial bearing can be optimally supplied with lubricant.
  • the particle groove has an oval or elliptical cross-section. The shape of the particle groove is thus designed for cost-effective production.
  • the second groove end has a second groove cross-section with a value of zero.
  • the lubricant channel has a non-circular, asymmetrical and/or freely formed channel outlet, with a surface transition from the channel outlet to the first sliding surface being elastohydrodynamically improved.
  • the first sliding surface has at least partially a microstructure, in particular in the area of at least one wedge surface and/or locking surface, which has a flow-directing and microdynamic effect on a lubricating medium.
  • the microstructure results in a flow-directing and microdynamic effect on the lubricant, whereby a more stable lubricating film can be brought about and thus the load-bearing capacity of the axial bearing can be increased, which ultimately further significantly improves the running properties of the axial bearing and further reduces the wear of the axial bearing.
  • the sliding and/or bearing surface has at least partially a friction and/or wear-reducing surface coating, which, for example, based on a carbon coating. This results in further improved running properties and a further reduction in wear of the axial bearing.
  • a further aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger with a housing and a rotor, in particular comprising a compressor wheel and a turbine wheel connected in a rotationally fixed manner by means of a shaft, wherein according to the invention the housing has an axial bearing for supporting a shaft of the rotor, which is designed according to one of the previously described embodiments.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a section of an exhaust gas turbocharger according to the invention with an axial bearing according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a side view of the bearing surface of the axial bearing according to the invention as shown in Fig. 1,
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a section of a bearing surface of the axial bearing according to Fig. 2
  • Fig. 4 shows a perspective view of a section of the bearing surface of the axial bearing according to the invention according to a second embodiment
  • Fig. 5 shows a perspective view of a section of the bearing surface of the axial bearing according to the invention according to a third embodiment
  • Fig. 6 shows a perspective view of a section of the bearing surface of the axial bearing according to the invention according to a fourth embodiment
  • Fig. 7 shows a perspective view of a section of the bearing surface of the axial bearing according to the invention according to a fifth embodiment
  • Fig. 8 shows a basic representation of a lubricant channel of the axial bearing according to the invention in different shapes and sizes.
  • An exhaust gas turbocharger 1 according to the invention which has an axial bearing 2 according to the invention, essentially has a housing 3 with an exhaust gas guide section 4, a fresh air guide section 5 and a bearing section 6 and a rotor 7 with a turbine wheel 8, a compressor wheel 9 and a shaft 10 that connects the turbine wheel 8 to the compressor wheel 9 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor 7 is rotatably accommodated in the housing 3 such that the turbine wheel 8 is arranged rotatably in the exhaust gas guide section 4, the compressor wheel 9 in the fresh air guide section 5 and the shaft 10 in the bearing section 6.
  • the shaft 10 is rotatably mounted in the bearing section 6 with the aid of at least one radial bearing 11 for absorbing radial forces and at least one axial bearing 2 for absorbing axial forces.
  • Fig. 1 illustrates the exhaust gas turbocharger 1 according to the invention according to a first exemplary embodiment, wherein the axial bearing 2 according to the invention is designed in the form of a sleeve.
  • the axial bearing 2, which is designed in the form of the sleeve, is formed integrally with the radial bearing 11.
  • the axial bearing 2 for supporting the rotatable shaft 10 comprises a first bearing body 12 which is firmly connected to the bearing section 6 and has a first sliding surface 13, and a second bearing body 14 which rotates with the shaft 10 and has a second sliding surface 15. Both the first bearing body 12 and the second bearing body 14 each have a central opening 16 within which the shaft 10 is received.
  • the first sliding surface 13 is positioned facing the second sliding surface 15, forming a lubricating gap.
  • the second sliding surface 15 is essentially designed as a flat sliding surface.
  • the first sliding surface 13 positioned facing the second sliding surface 15 is designed as a bearing surface in the form of a circular ring surface 17 with a surface profile 18, comprising an outer edge 19 and an inner edge 20.
  • first sliding surface 13 could also be designed as a substantially flat sliding surface, in which case the second sliding surface 15 would be designed as a bearing surface.
  • the first sliding surface 13 and the second sliding surface 15 could also be designed as a bearing surface, which would result in a significant improvement in the running properties of the axial bearing 2 and a significant reduction in the wear of the axial bearing 2.
  • a lubricant supply channel 21 is formed penetrating the axial bearing 2 in the radial direction, wherein the lubricant is supplied to the first sliding surface 13 via a lubricant channel 23.
  • the sliding surface 13 has four partial surfaces 22, which are formed in the shape of a circular segment, as illustrated by way of example in Fig. 2. Of course, more or fewer than four partial surfaces 22 could also be formed.
  • Each of the partial surfaces 22, which can also be referred to as wedge surfaces, has the lubricant channel 23, with a channel inlet 24 and a channel outlet 25 facing away from the channel inlet 24 for Lubricant supply to the first sliding surface 13.
  • Lubricant can enter the channel inlet 24 via the lubricant supply channel 21 and be guided to the first sliding surface 13 via the channel outlet 25.
  • the lubricant channel 23 is designed to extend in the longitudinal direction of the sleeve.
  • the first sliding surface 13 has a particle groove 26 with a first groove end 27 and a second groove end 28 facing away from the first groove end 27.
  • the channel outlet 25 and the first groove end 27, which in the present embodiment corresponds to a groove inlet 29 of the particle groove 26, are designed to overlap one another. In other words, this means that in the first embodiment shown, the channel outlet 25 corresponds to the groove inlet 29. Or, to put it in other words, the channel outlet 25 is designed to receive the first groove end 27 and vice versa.
  • the particle groove 26 is preferably designed to be inclined relative to the lubricant channel 23.
  • a groove axis 30 of the particle groove 26 is designed to be inclined relative to a channel axis 31 of the lubricant channel 23 by an angle a, as is illustrated by way of example in Fig. 4.
  • the second groove end 28 is formed in the radial direction on the outer edge 19, in the region of the partial surface 22, and is thus designed to be spaced apart from an extension of the lubricant channel 23 along its channel axis 31.
  • the angle a depends on an area of application of the exhaust gas turbocharger 1 and on particles present in the lubricant and varies in a range with a value of the angle a between 0° and 90°.
  • the particle groove 26 is preferably aligned such that the particles have a particle movement which corresponds to a “natural” flow direction which results from a radial movement of the axial bearing 2 and centrifugal forces of the particles.
  • the particle groove 26 is designed to extend straight in the radial direction.
  • Figures 2 and 3 illustrate the axial bearing 2 according to the invention in accordance with the first embodiment.
  • the first sliding surface 13 has the partial surface 22 having a wedge surface 32 and a locking surface 33.
  • the wedge surface 32 is inclined in the direction of rotation D, starting from the locking surface 33 towards the particle groove 26.
  • the first sliding surface 13 has four partial surfaces 22, each with a lubricant channel 23 and a particle groove 26.
  • the lubricant channel 23 has a triangular cross section.
  • the axial bearing 2 according to the invention has the lubricant channel 23 having the triangular cross section connected to the particle groove 26 which has a round cross section NQ, as shown in Fig. 47.
  • the particle groove 26 can be formed directly between the wedge surface 32 and the locking surface 33, as is illustrated by way of example in Fig. 4, wherein the axial bearing 2 according to the invention is shown in a second exemplary embodiment in Fig. 4. Likewise, the particle groove 26 could also be formed in the locking surface 33, spaced from the wedge surface 32, as is illustrated by way of example in Figs. 5 to 7, a third, a fourth and a fifth exemplary embodiment.
  • the axial bearing 2 has the particle groove 26 essentially in the form of a cylinder section through which flow can pass, wherein in an outlet region 34 of the particle groove 26, which includes the second groove end 28, a second groove cross section NQ2 of the particle groove 26 is larger than a first groove cross section NQ1 of the particle groove 26, for improved removal of the particles.
  • the groove inlet 29 is larger than the channel outlet 25, so that particles can be safely received.
  • the first groove end 27 and the second groove end 28 could be the same size. This is easy to produce, for example with the help of a bore.
  • the particle groove 26 has a groove cross-section NQ, whereby the first groove end 27 has a first groove cross-section NQ1 and the second groove end 28 has the second groove cross-section NQ2.
  • the first groove cross-section NQ1 and/or the second groove cross-section NQ2 can correspond to the groove cross-section NQ, or they can be designed differently.
  • a cross-section QK of the channel outlet 25 can correspond to the first groove cross-section NQ1 or the groove cross-section NQ, and vice versa.
  • the particle groove 26 is conical along its groove axis 30, with a round cross section NQ, wherein the first groove end 27 is larger than the second groove end 28.
  • the cross section NQ of the particle groove 26 could be elliptical, circular, oval or even asymmetrically round.
  • the particle groove 26 has the second groove cross section NQ2 with a value of zero at its second groove end 28.
  • the particle groove 26 has a conical shape of varying degrees so that individual requirements for particle removal can be taken into account. In other words, this means that the cross-sectional areas of the particle groove 26, both at the first groove end 27 and at the second groove end 28, are dimensioned in such a way that an individual type and size of particles can be discharged.
  • the axial bearing 2 has the lubricant channel 23 with a non-circular, asymmetrical and/or freely formed channel outlet 25, wherein a surface transition from the channel outlet 25 to the partial surface 22 is elastohydrodynamically improved for optimized lubricant supply.
  • the first sliding surface 13 is at least partially equipped with a microstructure, in particular in the area of at least one wedge surface 32 and/or locking surface 33.
  • the sliding surfaces 13, 15 also have at least partially a friction- and/or wear-reducing surface coating.
  • the axial bearing 2 can be manufactured in a short time. If the first sliding surface 13 has a larger number of lubricant channels 23 and a correspondingly larger number of wedge and locking surfaces 32, 33, then an increase in the number can be expected to result in a more even load on the locking surfaces 33 and thus a further reduction in wear. Overall, for example, with a number of twelve lubricant channels 23 and respectively twelve wedge and locking surfaces 32, 33, a hydrodynamic state in transient operation is reached more quickly than with a number of four lubricant channels 23, respectively four wedge and locking surfaces 32,
  • a shape and positioning of the particle groove 26 on the first sliding surface 13 are selected to bring about an optimal lubricant flow through the axial bearing 2 in such a way that a load-bearing capacity of the axial bearing 2, which should not be impaired, is taken into account.
  • the particle groove 26 is provided in the axial bearing 2, which is designed in the form of a sleeve, both on a first sleeve end face 35 designed towards the turbine wheel 8 and on a second sleeve end face 36 designed facing the compressor wheel 9.
  • the particle groove 26 can be produced, for example, by sintering or forging or by a machining process.
  • Fig. 8 shows a basic representation of the lubricant channel 23 in different sizes and shapes.
  • the lubricant channel 23 is shown in a triangular shape with a solid line, whereas it is shown in a dashed line in an elliptical shape, thus having an elliptical cross-section.
  • a smaller triangular lubricant channel 23 is shown than on the left side of the central opening 16.
  • a particle 37 is illustrated as an example.
  • an increase in the particle size capacity can be achieved in a simple manner by keeping the groove width NB constant and realizing the lubricant channel 23 in an elliptical shape, as shown in dashed lines.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axiallager (2) zur Lagerung einer rotierbaren Welle (10), mit einem fest mit einem Lagerabschnitt (6) eines Abgasturboladers (1) verbundenen ersten Lagerkörper (12) und einem mit der Welle (10) rotierenden zweiten Lagerkörper (14), wobei zumindest der erste Lagerkörper (12) eine erste Gleitfläche (13) mit einer Kreisringfläche (17) und mit einem Flächenprofil (18) aufweist, wobei zwischen der ersten Gleitfläche (13) und einer zweiten Gleitfläche (15) des zweiten Lagerkörpers (14) ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet ist, und mit einem im ersten Lagerkörper (12) ausgebildeten Schmiermittelkanal(23) mit einem Kanaleintritt (24) und einem Kanalaustritt (25) zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche (17), wobei die erste Gleitfläche (13) an einer Stirnseite einer Hülse ausgebildet ist, und wobei die erste Gleitfläche (13) zumindest eine Keilfläche (32) und eine Rastfläche (33) aufweisend ausgebildet ist, wobei die Keilfläche (32) ausgehend von der Rastfläche (33) geneigt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche (13) eine zwischen der Keilfläche (32) und der Rastfläche (33) ausgebildete Partikelnut (26) auf, mit einem ersten Nutende (27) und einem von dem ersten Nutende (27) abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende (28), wobei der Kanalaustritt (25) das erste Nutende (27) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende (28) in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante (19) der Kreisringfläche (17) oder darüber hinaus ausgebildet ist, und wobei ein erster Nutquerschnitt (NQ1) des ersten Nutendes (27) größer oder kleiner ist als ein zweiter Nutquerschnitt (NQ2) des zweiten Nutendes (28), und/oder die Partikelnut (26) einen runden Querschnitt (NQ) besitzt, und wobei der Schmiermittelkanal (23) eine dreiecksförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist.

Description

Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle und Abgasturbolader mit einem Axiallager
Die Erfindung betrifft ein Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 12 angegebenen Art.
Axiallager, insbesondere Axiallager für rotierende Wellen von Abgasturboladern sind hinlänglich bekannt. Es kann sich dabei um Axiallager in Form einer separaten Scheibe oder um in einer Hülse integrierte Axiallager handeln, wobei hierbei eine Kombination mit Radiallagern möglich ist. Die Erfindung betrifft jedoch ein Axiallager in Form einer Hülse.
Aus der Offenlegungsschrift DE 1 400 440 A ist eine Lagerbüchse bekannt, wobei die Lagerbüchse an ihrer Innenfläche sich in Richtung einer Längsachse erstreckende Längsnuten zur Schmiermittelführung aufweist. An einer Stirnseite der Lagerbüchse sind sich in radialer Richtung erstreckende Radialnuten ausgebildet, wobei die Längsnuten und die Radialnuten in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
Die Offenlegungsschrift DE 11 2017 004 889 T5 offenbart eine Lagerhülse für einen Abgasturbolader, wobei in jeweils einem Endabschnitt der Lagerhülse sich in Richtung einer Längsachse erstreckende Längsnuten an einer Innenfläche der Lagerhülse ausgebildet sind, welche an der jeweiligen Stirnfläche der Lagerhülse jeweils in eine sich radial erstreckende Radialnut münden. Die Radialnut ist sich nur teilweise über die Stirnfläche in radialer Richtung erstreckend ausgebildet. Aus der Offenlegungsschrift WO 99/07982 A1 geht eine Lagerhülse für einen Abgasturbolader hervor, wobei sich in Richtung einer Längsachse erstreckende Längsnuten an einer Innenfläche der Lagerhülse ausgebildet sind, die jeweils in eine an einer Stirnseite ausgebildete Radialnut münden. Die Radialnut erstreckt sich in radialer Richtung vollständig über eine Stirnfläche der Stirnseite.
Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Axiallager für eine rotierbare Welle anzugeben, welches neben verbesserten Laufeigenschaften eine höhere Tragkraft bei gleichzeitig verbesserten Verschleißeigenschaften aufweist.
Gleichzeitig ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Abgasturbolader bereitzustellen, welcher sich durch reduzierten Verschleiß bei gleichzeitig verbesserten Wirkungsgraden auszeichnet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Axiallager für eine rotierbare Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Axiallagers als vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers und umgekehrt anzusehen sind.
Ein erfindungsgemäßes Axiallager zur Lagerung einer rotierbaren Welle besitzt einen fest mit einem Lagerabschnitt eines Abgasturboladers verbundenen ersten Lagerkörper und einen mit der Welle rotierenden zweiten Lagerkörper, wobei zumindest der erste Lagerkörper eine erste Gleitfläche mit einer Kreisringfläche und mit einem Flächenprofil aufweist. Zwischen der ersten Gleitfläche und einer zweiten Gleitfläche des zweiten Lagerkörpers ist ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet. Im ersten Lagerkörper ist ein Schmiermittelkanal mit einem Kanaleintritt und einem Kanalaustritt zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche ausgebildet. Die erste Gleitfläche ist an einer Stirnseite einer Hülse ausgebildet. Sie besitzt zumindest eine Keilfläche und eine Rastfläche, wobei die Keilfläche ausgehend von der Rastfläche geneigt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche eine zwischen der Keilfläche und der Rastfläche ausgebildete Partikelnut auf, mit einem ersten Nutende und einem von dem ersten Nutende abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende, wobei der Kanalaustritt das erste Nutende aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante der Kreisringfläche oder darüber hinaus ausgebildet ist, und wobei ein erster Nutquerschnitt des ersten Nutendes größer oder kleiner ist als ein zweiter Nutquerschnitt des zweiten Nutendes, und/oder die Partikelnut einen runden Querschnitt und der Schmiermittelkanal eine dreiecksförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
Der Vorteil der Partikelnut ist darin zu sehen, dass im Schmiermittel vorliegende Partikel definiert aus dem Schmierspalt entfernt werden und somit ein Verschleiß des Axiallagers reduziert ist. Es kann ferner ein Schmiermittelfluss gesteigert werden, woraus eine verbesserte Kühlung des Axiallagers und geringere Temperaturen eines Schmiermittelfilmes resultieren kann, welcher eine größere Schmiermitteldicke herbeiführen kann. Eine höhere Schmiermitteldicke bedeutet eine höhere Tragkraft, das heißt, dass das Axiallager, mit mehr Kraft belastet werden kann und so eine Sicherheit gegenüber Versagen gesteigert werden kann.
Der Vorteil des Schmiermittelkanals mit einem dreiecksförmigen Querschnitt ist darin zu sehen, dass mit Hilfe von entsprechend ausgebildeten Seitenverhältnissen des Querschnitts bei gleichbleibender Nutbreite einer Nut des Schmiermittelkanals unterschiedlich große Querschnitte realisieren lassen, welche unterschiedliche Partikelgrößenkapazitäten besitzen. Wenn beispielsweise eine Nuttiefe der Nut im Wesentlichen der Nutbreite entspricht, können deutlich größere Partikel in der Nut aufgenommen werden als bei einer geringeren Nuttiefe mit derselben Nutbreite. Ebenso könnte der Schmiermittelkanal auch zur Erlangung einer entsprechenden Aufnahmekapazität für größere Partikel eine Ellipsenform besitzen. An dieser Stelle sei erwähnt, dass zur Erlangung der entsprechenden Formen der hier beschriebenen Nuten selbstredend eine virtuelle Formlinie ausgebildet sein muss, da eine Nut per definitionem einen „offene“ Seite besitzt, die mit Hilfe der virtuellen Formlinie beschrieben wird.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Axiallagers entspricht ein erster Nutquerschnitt des ersten Nutendes einem Querschnitt des Kanalaustritts. Das heißt mit anderen Worten, dass der Kanalaustritt einem Eintritt in die Partikelnut entspricht, somit eine uneingeschränkte Durchströmung ausgehend aus dem Schmiermittelkanal in die Partikelnut ermöglicht ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Axiallagers entspricht ein Nutquerschnitt der Partikelnut einem Querschnitt des Kanalaustritts. Dies führt zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der Partikelnut und somit des Axiallagers, da zumindest ausgehend vom Kanalaustritt ein Werkzeugquerschnitt zur Herstellung der Partikelnut nicht geändert werden muss.
Eine weiter vereinfachte Herstellung des erfindungsgemäßen Axiallagers lässt sich erzielen, sofern die Partikelnut sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet ist. Des Weiteren können, im Vergleich zu einer gekrümmten Partikelnut, Partikel verbessert aufgenommen und weitergeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Axiallager kann weiter kostengünstig hergestellt werden, wenn der Schmiermittelkanal sich in Längsrichtung der Hülse erstreckend ausgeführt ist.
Eine konische Ausbildung der Partikelnut führt zu der Möglichkeit eine bessere Druckverteilung an Ein- und Ausgängen der Partikelnut im Schmiermittelfluß herbeizuführen, damit das Axiallager optimal mit Schmiermittel versorgt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Axiallagers besitzt die Partikelnut einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt. Die Form der Partikelnut ist somit zur kostengünstigen Herstellung ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Axiallagers weist das zweite Nutende einen zweiten Nutquerschnitt mit einem Wert Null auf. Der Vorteil ist ein verbesserter Druckaufbau des Schmiermittels im Axiallager.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Schmiermittelkanal einen unrunden, unsymmetrischen und/oder frei geformten Kanalaustritt auf, wobei ein Flächenübergang vom Kanalaustritt zur ersten Gleitfläche elastohydrodynamisch verbessert ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass da der Schmiermittelkanal unterhalb der Gleitfläche, somit tunnelartig im ersten Lagerkörper eingebracht ist, durch ihre spezielle Ausgestaltung des Kanalaustritts eine definierte Zuführung von Schmiermittel in den Schmierspalt zu ermöglichen, ohne den hydrodynamischen Schmierzustand im Betrieb des Axiallagers, d. h. bei vorherrschend schnell drehenden Relativbewegungen von Gleit- und Lagerfläche zueinander, positiv zu beeinflussen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Gleitfläche zumindest teilweise eine Mikrostrukturierung insbesondere im Bereich mindestens einer Keilfläche und/oder Rastfläche auf, welche eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf ein Schmiermedium hat. Durch die Mikrostrukturierung ergibt sich eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf das Schmiermittel, wodurch ein stabilerer Schmierfilm herbeiführbar ist und somit die Tragkraft des Axiallagers erhöht werden kann, wodurch schließlich die Laufeigenschaften des Axiallagers weiter wesentlich verbessert und der Verschleiß des Axiallagers weiter reduziert werden.
Alternativ oder additiv weist in einer weiteren Ausgestaltung des Axiallagers die Gleit- und/oder Lagerfläche mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung auf, welche beispielsweise basierend auf einer Kohlenstoffbeschichtung ausgestaltet ist. Dadurch ergeben sich weiter verbesserte Laufeigenschaften und eine weitere Reduzierung des Verschleißes des Axiallagers.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Gehäuse und einem Laufzeug, insbesondere umfassend ein Verdichterrad und ein mit Hilfe einer Welle drehfest verbundenes Turbinenrad, wobei erfindungsgemäß zur Lagerung einer Welle des Laufzeugs das Gehäuse eine Axiallagerung aufweist, welche gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich für den Abgasturbolader eine Verbesserung seines Wirkungsgrades, da entsprechend den Ausgestaltungen des Axiallagers die Laufeigenschaften verbessert sind, welche im Betrieb des Abgasturboladers wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Abgasturboladers aufweisen. Des Weiteren ist infolge der verbesserten Verschleißeigenschaften die Lebensdauer des Abgasturboladers gesteigert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäßen Axiallager in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 in einer Seitenansicht die Lagerfläche des erfindungsgemäßen Axiallagers gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt einer Lagerfläche des Axiallagers gemäß Fig. 2, Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Lagerfläche des erfindungsgemäßen Axiallagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Lagerfläche des erfindungsgemäßen Axiallagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Lagerfläche des erfindungsgemäßen Axiallagers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Lagerfläche des erfindungsgemäßen Axiallagers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, und
Fig. 8 in einer prinzipiellen Darstellung ein Schmiermittelkanal des erfindungsgemäßen Axiallagers in unterschiedlichen Formen und Größen.
Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 , welcher ein erfindungsgemäßes Axiallager 2 besitzt, weist im Wesentlichen ein Gehäuse 3 mit einem Abgasführungsabschnitt 4, einem Frischluftführungsabschnitt 5 sowie einem Lagerabschnitt 6 und ein Laufzeug 7 mit einem Turbinenrad 8, einem Verdichterrad 9 und eine das Turbinenrad 8 mit dem Verdichterrad 9 drehfest verbindende Welle 10 auf. Das Laufzeug 7 ist im Gehäuse 3 drehbar aufgenommen derart, dass das Turbinenrad 8 im Abgasführungsabschnitt 4, das Verdichterrad 9 im Frischluftführungsabschnitt 5 und die Welle 10 im Lagerabschnitt 6 drehbar angeordnet sind. Die Welle 10 ist im Lagerabschnitt 6 mit Hilfe von mindestens einem Radiallager 11 zur Aufnahme radialer Kräfte und mindestens einem Axiallager 2 zur Aufnahme axialer Kräfte drehbar gelagert.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel illustriert, wobei das erfindungsgemäße Axiallager 2 in Form einer Hülse ausgebildet ist. Das Axiallager 2, welches in Form der Hülse ausgebildet ist, ist integral mit dem Radiallager 11 ausgebildet. Das Axiallager 2 zur Lagerung der rotierbaren Welle 10 umfasst einen fest mit dem Lagerabschnitt 6 verbundenen ersten Lagerkörper 12 mit einer ersten Gleitfläche 13 und einen mit der Welle 10 rotierenden zweiten Lagerkörper 14 mit einer zweiten Gleitfläche 15. Sowohl der erste Lagerkörper 12 als auch der zweite Lagerkörper 14 weisen jeweils eine Zentralöffnung 16 auf, innerhalb derer die Welle 10 aufgenommen ist.
Die erste Gleitfläche 13 ist der zweiten Gleitfläche 15 unter Ausbildung eines Schmierspaltes zugewandt positioniert. Die zweite Gleitfläche 15 ist im Wesentlichen als ebene Gleitfläche ausgebildet. Die der zweiten Gleitfläche 15 zugewandt positionierte erste Gleitfläche 13 ist als Lagerfläche in Form einer Kreisringfläche 17 mit einem Flächenprofil 18, umfassend eine Außenkante 19 und einer Innenkante 20 ausgebildet.
Ebenso könnte auch die erste Gleitfläche 13 als im Wesentlichen ebene Gleitfläche ausgebildet sein, wobei dann die zweite Gleitfläche 15 als Lagerfläche ausgebildet wäre. Auch könnten die erste Gleitfläche 13 und die zweite Gleitfläche 15 als Lagerfläche ausgebildet sein, wodurch sich eine wesentliche Verbesserung von Laufeigenschaften des Axiallagers 2 und eine wesentliche Reduzierung des Verschleißes des Axiallagers 2 ergeben würden.
Ein Schmiermittelversorgungskanal 21 ist das Axiallager 2 in radialer Richtung durchdringend ausgebildet, wobei das Schmiermittel über einen Schmiermittelkanal 23 der ersten Gleitfläche 13 zugeführt wird.
Die Gleitfläche 13 besitzt vier Teilflächen 22, welche kreisabschnittsförmig ausgebildet sind, wie beispielhaft in Fig. 2 illustriert ist. Selbstredend könnten auch mehr oder weniger als vier Teilflächen 22 ausgebildet sein.
Jede der Teilflächen 22, welche auch als Keilflächen bezeichnet werden können, besitzt den Schmiermittelkanal 23, mit einem Kanaleintritt 24 und einem vom Kanaleintritt 24 abgewandt ausgebildeten Kanalaustritt 25 zur Schmiermittelversorgung der ersten Gleitfläche 13. Über den Schmiermittelversorgungskanal 21 kann Schmiermittel in den Kanaleintritt 24 eindringen und über den Kanalaustritt 25 gezielt auf die erste Gleitfläche 13 geführt werden. Der Schmiermittelkanal 23 ist sich in Längsrichtung der Hülse erstreckend ausgebildet.
Zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln weist die erste Gleitfläche 13 eine Partikelnut 26 auf, mit einem ersten Nutende 27 und einem von dem ersten Nutende 27 abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende 28. Der Kanalaustritt 25 und das erste Nutende 27, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Nuteintritt 29 der Partikelnut 26 entspricht, sind einander überlagernd ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass im abgebildeten ersten Ausführungsbeispiel der Kanalaustritt 25 dem Nuteintritt 29 entspricht. Oder mit weiter anderen Worten beschrieben, ist der Kanalaustritt 25 das erste Nutende 27 aufnehmend und vice versa ausgebildet.
Die Partikelnut 26 ist bevorzugt gegenüber dem Schmiermittelkanal 23 geneigt ausgebildet. Das heißt, dass eine Nutachse 30 der Partikelnut 26 gegenüber einer Kanalachse 31 des Schmiermittelkanals 23 um einen Winkel a geneigt ausgebildet ist, wie es beispielhaft in Fig. 4 illustriert ist. Das zweite Nutende 28 ist in radialer Richtung an der Außenkante 19, im Bereich der Teilfläche 22 ausgebildet, somit zu einer Erstreckung das Schmiermittelkanals 23 entlang seiner Kanalachse 31 beabstandet ausgeführt. Der Winkel a ist abhängig von einem Einsatzgebiet des Abgasturboladers 1 sowie von im Schmiermittel vorliegenden Partikeln und variiert in einem Bereich mit einem Wert des Winkels a zwischen 0° und 90°. Die Partikelnut 26 ist bevorzugt dabei so ausgerichtet, dass die Partikel eine Partikelbewegung aufweisen, welche einer „natürlichen“ Strömungsrichtung entspricht, welche sich aus einer radialen Bewegung des Axiallagers 2 und Zentrifugalkräften der Partikel ergibt. Die Partikelnut 26 ist sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet. In den Figuren 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Axiallager 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert.
Die erste Gleitfläche 13 weist die Teilfläche 22 aufweisend eine Keilfläche 32 und eine Rastfläche 33 auf. Die Keilfläche 32 ist dabei in Drehrichtung D ausgehend von der Rastfläche 33 hin zur Partikelnut 26 geneigt ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die erste Gleitfläche 13 jeweils vier Teilflächen 22 mit je einem Schmiermittelkanal 23 und je einer Partikelnut 26.
Der Schmiermittelkanal 23 weist einen dreiecksförmigen Querschnitt auf. Das erfindungsgemäße Axiallager 2 weist den Schmiermittelkanal 23 aufweisend den dreiecksförmigen Querschnitt verbunden mit der Partikelnut 26 auf, welche einen runden Querschnitt NQ besitzt, wie in Fig. 47 abgebildet ist.
Die Partikelnut 26 kann unmittelbar zwischen der Keilfläche 32 und der Rastfläche 33 ausgebildet sein, wie in Fig. 4 beispielhaft illustriert ist, wobei in Fig. 4 das erfindungsgemäße Axiallager 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel abgebildet ist. Ebenso könnte die Partikelnut 26 auch in der Rastfläche 33, beabstandet zur Keilfläche 32 ausgebildet sein, wie es beispielhaft in den Figuren 5 bis 7, einem dritten, einem vierten bzw. einem fünften Ausführungsbeispiel, illustriert ist.
Das Axiallager 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt die Partikelnut 26 im Wesentlichen in Form eines durchströmbaren Zylinderabschnitts, wobei in einem Austrittsbereich 34 der Partikelnut 26, welcher das zweite Nutende 28 umfasst, ein zweiter Nutquerschnitt NQ2 der Partikelnut 26 im Vergleich zu einem ersten Nutquerschnitt NQ1 der Partikelnut 26 größer ausgebildet ist, zur verbesserten Abfuhr der Partikel. Der Nuteintritt 29 ist größer ausgeführt als der Kanalaustritt 25, so dass Partikel sicher aufgenommen werden können. Ebenso könnten das erste Nutende 27 und das zweite Nutende 28 gleich groß ausgebildet sein. Dies ist einfach herstellbar, beispielsweise mit Hilfe einer Bohrung. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Partikelnut 26 einen Nutquerschnitt NQ aufweist, wobei das erste Nutende 27 einen ersten Nutquerschnitt NQ1 und das zweite Nutende 28 den zweiten Nutquerschnitt NQ2 besitzt. Es können der erste Nutquerschnitt NQ 1 und/oder der zweite Nutquerschnitt NQ2 dem Nutquerschnitt NQ entsprechen, oder sie können unterschiedlich ausgebildet sein. Dies bedeutet weiter, dass ein Querschnitt QK des Kanalsautritts 25 dem ersten Nutquerschnitt NQ1 oder dem Nutquerschnitt NQ entsprechen kann, und vice versa.
In den in den Figuren 5 bis 7 illustrierten Ausführungsbeispielen ist die Partikelnut 26 entlang ihrer Nutachse 30 konisch ausgebildet, mit einem runden Querschnitt NQ, wobei das erste Nutende 27 größer ausgebildet ist als das zweite Nutende 28. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Nutquerschnitt NQ1 größer ausgebildet ist als der zweite Nutquerschnitt NQ2. Ebenso könnte der Querschnitt NQ der Partikelnut 26 elliptisch, kreisförmig, oval oder auch asymmetrisch rund ausgebildet sein kann.
Im dritten und fünften Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 bzw. 7 weist die Partikelnut 26 an ihrem zweiten Nutende 28 den zweiten Nutquerschnitt NQ2 mit einem Wert Null auf. Die Partikelnut 26 weist in den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 5 bis 7 eine jeweils unterschiedlich stark ausgeprägte konische Form auf, damit individuellen Anforderungen zur Partikelabfuhr Rechnung getragen werden kann. Das heißt mit anderen Worten, dass die Querschnittsflächen der Partikelnut 26, sowohl am ersten Nutende 27 als auch am zweiten Nutende 28 derart dimensioniert werden, dass eine individuelle Art und Größe von Partikeln ausgeleitet werden können.
Zur Versorgung des Axiallagers 2 mit Schmiermittel weist in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel das Axiallager 2 den Schmiermittelkanal 23 mit einem unrunden, unsymmetrischen und/oder frei geformten Kanalaustritt 25 auf, wobei ein Flächenübergang vom Kanalaustritt 25 zur Teilfläche 22 elastohydrodynamisch verbessert ausgebildet ist zur optimierten Schmiermittelzufuhr. Zur weiteren positiven Beeinflussung der strömungsrichtenden und mikrodynamischen Wirkung auf das Schmiermittel ist die erste Gleitfläche 13 zumindest teilweise mit einer Mikrostrukturierung insbesondere im Bereich mindestens einer Keilfläche 32 und/oder Rastfläche 33 ausgestattet. Auch weisen die Gleitflächen 13, 15 mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung auf.
Die Anzahl der Schmiermittelkanäle 23 sowie die Anzahl der Keil- und Rastflächen
32, 33 sind beliebig variierbar. Weist die erste Gleitfläche 13, wie beispielhaft abgebildet, vier Schmiermittelkanäle 23 und respektive jeweils vier Keil- und Rastflächen 32, 33 auf, so ist das Axiallager 2 fertigungstechnisch in kurzer Zeit herstellbar. Weist die erste Gleitfläche 13 eine größere Anzahl von Schmiermittelkanälen 23 und eine entsprechend größere Anzahl der Keil- und Rastflächen 32, 33 auf, so ist mit Erhöhung der Anzahl eine gleichmäßigere Belastung der Rastflächen 33 und damit einer weiteren Reduzierung des Verschleißes zu rechnen. Insgesamt ist beispielsweise bei einer Anzahl von zwölf Schmiermittelkanälen 23 und respektive zwölf Keil- und Rastflächen 32, 33 ein hydrodynamischer Zustand im Instationärbetrieb schneller erreicht, als mit einer Anzahl von vier Schmiermittelkanälen 23, respektive vier Keil- und Rastflächen 32,
33. Fertigungstechnisch betrachtet erhöht sich allerdings mit steigender Anzahl von Schmiermittelkanälen 23, Keil- und Rastflächen 32, 33 der Zeitaufwand.
Eine Form und eine Positionierung der Partikelnut 26 auf der ersten Gleitfläche 13 sind zur Herbeiführung eines optimalen Schmiermittelflusses durch das Axiallager 2 so gewählt, dass eine Tragfähigkeit des Axiallagers 2, welche nicht beeinträchtigt werden soll, berücksichtigt ist. Die Partikelnut 26 ist bei dem Axiallager 2, welches in Form einer Hülse ausgebildet ist, sowohl an einer dem Turbinenrad 8 ausgebildeten ersten Hülsenstirnseite 35 als auch an einer dem Verdichterrad 9 zugewandt ausgebildeten zweiten Hülsenstirnseite 36 vorgesehen. Die Partikelnut 26 kann beispielsweise im Sinter- oder Schmiedeverfahren oder in einem spanenden Verfahren hergestellt werden.
In Fig. 8 ist in prinzipieller Darstellung der Schmiermittelkanal 23 in unterschiedlichen Größen und Formen illustriert. Mit einer durchgezogenen Linie ist der Schmiermittelkanal 23 dreiecksförmig abgebildet, wohingegen er in einer elliptischen Form, somit einen elliptischen Querschnitt aufweisend, gestrichelt dargestellt ist. Rechts der Zentralöffnung 16 ist ein kleinerer dreiecksförmiger Schmiermittelkanal 23 abgebildet, als er es auf der linken Seite der Zentralöffnung 16 ist. Des Weiteren ist ein Partikel 37 beispielhaft illustriert. Es ist deutlich erkennbar, dass bei gleicher Nutbreite NB des dreiecksförmig ausgebildeten Schmiermittelkanals 23 und geänderten Seitenverhältnissen des Schmiermittelkanals 23, somit bei geänderter Nuthöhe NH des Schmiermittelkanals 23, das Partikel 37 im dreiecksförmigen Schmiermittelkanal 23 unterschiedliche Größen aufweist. So lässt sich bei Steigerung der Nuthöhe NH auf einfache Weise eine gesteigerte Partikelgrößenkapazität herbeiführen.
Ebenso kann auf einfache Weise bei gleichbleibender Nutbreite NB und Realisierung des Schmiermittelkanals 23 in elliptischer Form, wie er gestrichelt abgebildet ist, eine Steigerung der Partikelgrößenkapazität realisiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Abgasturbolader
2 Axiallager
3 Gehäuse
4 Abgasführungsabschnitt
5 Frischluftführungsabschnitt
6 Lagerabschnitt
7 Laufzeug
8 Turbinenrad
9 Verdichterrad
10 Welle
11 Radiallager
12 Erster Lagerkörper
13 Erste Gleitfläche
14 Zweiter Lagerkörper
15 Zweite Gleitfläche
16 Zentralöffnung
17 Kreisringfläche
18 Flächenprofil
19 Außenkante
20 Innenkante
21 Schmiermittelversorgungskanal
22 Teilfläche
23 Schmiermittelkanal
24 Kanaleintritt
25 Kanalaustritt
26 Partikelnut
27 Erstes Nutende
28 Zweites Nutende
29 Nuteintritt 30 Nutachse
31 Kanalachse
32 Keilfläche
33 Rastfläche
34 Austrittsbereich
35 Erste Hülsenstirnseite
36 Zweite Hülsenstirnseite
37 Partikel
D Drehrichtung
NB Nutbreite
NH Nuthöhe
NQ Querschnitt Partikelnut
NQ1 Erster Nutquerschnitt
NQ2 Zweiter Nutquerschnitt
QK Querschnitt Kanalaustritt a Winkel

Claims

Patentansprüche Axiallager (2) zur Lagerung einer rotierbaren Welle (10), mit einem fest mit einem Lagerabschnitt (6) eines Abgasturboladers (1) verbundenen ersten Lagerkörper (12) und einem mit der Welle (10) rotierenden zweiten Lagerkörper (14), wobei zumindest der erste Lagerkörper (12) eine erste Gleitfläche (13) mit einer Kreisringfläche (17) und mit einem Flächenprofil (18) aufweist, wobei zwischen der ersten Gleitfläche (13) und einer zweiten Gleitfläche (15) des zweiten Lagerkörpers (14) ein Schmierspalt mit Schmiermittel ausgebildet ist, und mit einem im ersten Lagerkörper (12) ausgebildeten Schmiermittelkanal (23) mit einem Kanaleintritt (24) und einem Kanalaustritt (25) zur Schmiermittelversorgung der Kreisringfläche (17), wobei die erste Gleitfläche (13) an einer Stirnseite einer Hülse ausgebildet ist, und wobei die erste Gleitfläche (13) zumindest eine Keilfläche (32) und eine Rastfläche (33) aufweisend ausgebildet ist, wobei die Keilfläche (32) ausgehend von der Rastfläche (33) geneigt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abfuhr von im Schmiermittel vorliegenden Schmutzpartikeln die erste Gleitfläche (13) eine zwischen der Keilfläche (32) und der Rastfläche (33) ausgebildete Partikelnut (26) aufweist, mit einem ersten Nutende (27) und einem von dem ersten Nutende (27) abgewandt ausgebildeten zweiten Nutende (28), wobei der Kanalaustritt (25) das erste Nutende (27) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei das zweite Nutende (28) in radialer Richtung zumindest an einer Außenkante (19) der Kreisringfläche (17) oder darüber hinaus ausgebildet ist, und wobei ein erster Nutquerschnitt (NQ1) des ersten Nutendes (27) größer oder kleiner ist als ein zweiter Nutquerschnitt (NQ2) des zweiten Nutendes (28), und/oder die Partikelnut (26) einen runden Querschnitt (NQ) besitzt, und wobei der Schmiermittelkanal (23) eine dreiecksförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist. Axiallager (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Nutquerschnitt (NQ1) des ersten Nutendes (27) einem Querschnitt (QK) des Kanalaustritts (25) entspricht. Axiallager (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nutquerschnitt (NQ) der Partikelnut (26) einem Querschnitt (QK) des Kanalaustritts (25) entspricht. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) sich in radialer Richtung geradlinig erstreckend ausgebildet ist. Axiallager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (23) sich in Längsrichtung der Hülse erstreckend ausgeführt ist. Axiallager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) konisch ausgebildet ist. Axiallager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelnut (26) einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt (NQ) besitzt. Axiallager (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nutende (28) einen zweiten Nutquerschnitt (NQ2) mit einem Wert Null aufweist. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (23) einen unrunden, unsymmetrischen und/oder frei geformten Kanalaustritt (25) aufweist, wobei ein Flächenübergang vom Kanalaustritt (25) zur ersten Gleitfläche (13) elastohydrodynamisch verbessert ausgebildet ist. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche (13) zumindest teilweise eine Mikrostrukturierung, insbesondere im Bereich mindestens einer Keilfläche (32) und/oder Rastfläche (33) aufweist, welche eine strömungsrichtende und mikrodynamische Wirkung auf ein Schmiermedium hat. Axiallager (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche (13) und/oder die zweite Gleitfläche (15) mindestens teilweise eine reibungs- und/oder verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung aufweisen. Abgasturbolader (1) mit einem Gehäuse (3) und einem Laufzeug (7), insbesondere umfassend ein Verdichterrad (9) und ein mit Hilfe einer Welle (10) drehfest verbundenes Turbinenrad (8), dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Welle (10) das Gehäuse (3) ein Axiallager (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 aufweist.
PCT/DE2023/100830 2022-11-15 2023-11-07 Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager WO2024104529A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022130239 2022-11-15
DE102022130239.3 2022-11-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024104529A1 true WO2024104529A1 (de) 2024-05-23

Family

ID=89076242

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2023/100830 WO2024104529A1 (de) 2022-11-15 2023-11-07 Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager
PCT/DE2023/100829 WO2024104528A1 (de) 2022-11-15 2023-11-07 Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2023/100829 WO2024104528A1 (de) 2022-11-15 2023-11-07 Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager

Country Status (1)

Country Link
WO (2) WO2024104529A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1400440A1 (de) 1961-09-28 1969-04-03 Thompson Ramo Wooldridge Inc Lager fuer schnellaufende Wellen
EP0329193A1 (de) * 1985-10-22 1989-08-23 Reliance Electric Industrial Company Lagerbau insbesondere Axiallager
EP0887516A2 (de) * 1997-06-26 1998-12-30 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Schublager für einen Turbolader
WO1999007982A1 (en) 1997-08-06 1999-02-18 Alliedsignal Inc. Turbocharger integrated bearing system
DE102011085681A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Abb Turbo Systems Ag Hydrodynamisches Axiallager
DE202013105567U1 (de) * 2013-04-24 2014-01-28 E. Winkemann Gmbh Anlaufscheibe mit Schmiermitteltaschen
US20180087518A1 (en) * 2016-09-24 2018-03-29 Borgwarner Inc. Turbocharger thrust bearing and manufacturing method
DE112017004889T5 (de) 2016-09-29 2019-06-13 Ihi Corporation Lagerstruktur und Turbolader

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110454430B (zh) 2018-05-07 2023-03-28 博格华纳公司 内燃机涡轮增压器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1400440A1 (de) 1961-09-28 1969-04-03 Thompson Ramo Wooldridge Inc Lager fuer schnellaufende Wellen
EP0329193A1 (de) * 1985-10-22 1989-08-23 Reliance Electric Industrial Company Lagerbau insbesondere Axiallager
EP0887516A2 (de) * 1997-06-26 1998-12-30 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Schublager für einen Turbolader
WO1999007982A1 (en) 1997-08-06 1999-02-18 Alliedsignal Inc. Turbocharger integrated bearing system
DE102011085681A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Abb Turbo Systems Ag Hydrodynamisches Axiallager
DE202013105567U1 (de) * 2013-04-24 2014-01-28 E. Winkemann Gmbh Anlaufscheibe mit Schmiermitteltaschen
US20180087518A1 (en) * 2016-09-24 2018-03-29 Borgwarner Inc. Turbocharger thrust bearing and manufacturing method
DE112017004889T5 (de) 2016-09-29 2019-06-13 Ihi Corporation Lagerstruktur und Turbolader

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024104528A1 (de) 2024-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3489548B1 (de) Planetengetriebe
DE19902565B4 (de) Anlaufscheibe eines Planetentriebes
EP3032037B1 (de) Leitschaufelkranz und strömungsmaschine
WO2011127509A1 (de) Getriebe für eine windkraftanlage
DE102009021641A1 (de) Wälzlager
EP2430323A1 (de) Wälzlager mit käfig zur verhinderung einer überflutung mit schmiermittel
DE102015204970A1 (de) Wälzlager, beispielsweise einer Windkraftanlage
WO2012123186A1 (de) Gleitlagerschale
EP2966308A2 (de) Axiallager
DE102006034736A1 (de) Lagerschale und Lager für Pleuel
DE102017127874A1 (de) Planetengetriebe und Planetenrad für ein Planetengetriebe
WO2020114803A1 (de) Abgasturbolader mit einem hydrodynamischen gleitlager oder hydrodynamisches gleitlager
EP2220406B1 (de) Bolzennabe sowie damit versehener kolben für einen verbrennungsmotor
WO2024104529A1 (de) Axiallager zur lagerung einer rotierbaren welle und abgasturbolader mit einem axiallager
DE10238415B4 (de) Gleitlager für eine Welle eines Abgasturboladers
EP1886047B1 (de) Differentialanordnung mit montageöffnungen
DE102011010404A1 (de) Gleitlager für einen Wellenzapfen
DE102011115973B4 (de) Hubkolbenmaschine umfassend wenigstens einen Kolben
EP4001659A1 (de) Schaufelrad, insbesondere verdichterrad oder turbinenrad, mit schaufeln mit einer fussausrundung
DE102011083134A1 (de) Pleuel
DE102019112833A1 (de) Lagerbuchse für eine aufladevorrichtung
DE102014116992A1 (de) Gleitlageranordnung für hoch drehende Wellen im KFZ-Bereich
WO2019025128A1 (de) Schwimmbuchsenlager für einen abgasturbolader
WO2011154078A1 (de) Axiallager, abgasturbolader mit einem axiallager und verfahren zur herstellung eines axiallagers
EP4130435A1 (de) Leitschaufelkranz für eine strömungsmaschine, strömungsmaschine und verfahren zum montieren eines leitschaufelkranzes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23817949

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1