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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Abgasturbolader, aufweisend einerseits einen zwei axial in entgegengesetzte Richtungen federvorgespannte Außenringteile umfassenden Lageraußenring und andererseits einen wenigstens einteilig ausgebildeten Lagerinnenring oder eine Läuferwelle, wobei an einer Außenmantelfläche des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle wenigstens zwei umlaufende innere Laufbahnen zum Führen von Wälzkörpern von jeweils einer Wälzkörperreihe angeordnet sind, wobei an einer Innenmantelfläche jedes Außenringteils wenigstens eine umlaufende äußere Laufbahn zum Führen der Wälzkörper von einer der Wälzkörperreihen angeordnet ist, wobei die äußere Laufbahn teilweise an einer radial nach innen weisenden Schulter des jeweiligen Außenringteils angeordnet ist, und wobei sich axial an ein der Schulter abgewandtes axiales Ende der äußeren Laufbahn ein Einführabschnitt des jeweiligen Außenringteils anschließt.
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Stand der Technik
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Ein Abgasturbolader umfasst ein Turbinenrad, ein Verdichterrad und eine das Turbinenrad drehfest mit dem Verdichterrad verbindende Läuferwelle. Die Läuferwelle ist über wenigstens ein Radialwälzlager oder Radialgleitlager drehbar in einem Lagergehäuse des Abgasturboladers gelagert.
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DE 10 2010 054 904 A1 offenbart eine Lageranordnung für einen Abgasturbolader. Die Lageranordnung umfasst ein Radialwälzlager, das zur Aufnahme von radialen und axialen Lasten als zweireihiges Schulterkugellager bzw. Schrägkugellager ausgebildet ist. Die Lageranordnung umfasst einen zwei axial in entgegengesetzte Richtungen federvorgespannte Außenringteile umfassenden Lageraußenring und einen einteilig ausgebildeten Lagerinnenring. An einer Außenmantelfläche des Lagerinnenrings sind zwei umlaufende innere Laufbahnen zum Führen von Wälzkörpern von jeweils einer Wälzkörperreihe angeordnet. An einer Innenmantelfläche jedes Außenringteils ist eine umlaufende äußere Laufbahn zum Führen der Wälzkörper von einer der Wälzkörperreihen angeordnet. Die äußere Laufbahn jedes Außenringteils ist teilweise an einer radial nach innen weisenden Schulter des jeweiligen Außenringteils angeordnet, wobei sich axial an ein der Schulter abgewandtes axiales Ende der äußeren Laufbahn ein Einführabschnitt des jeweiligen Außenringteils anschließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine betriebsoptimiertere Auslegung einer Lageranordnung der eingangs genannten Art zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung für einen Abgasturbolader umfasst einerseits einen zwei axial in entgegengesetzte Richtungen federvorgespannte Außenringteile umfassenden Lageraußenring und andererseits einen wenigstens einteilig ausgebildeten Lagerinnenring oder eine Läuferwelle, wobei an einer Außenmantelfläche des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle wenigstens zwei umlaufende innere Laufbahnen zum Führen von Wälzkörpern von jeweils einer Wälzkörperreihe angeordnet sind, wobei an einer Innenmantelfläche jedes Außenringteils wenigstens eine umlaufende äußere Laufbahn zum Führen der Wälzkörper von einer der Wälzkörperreihen angeordnet ist, wobei die äußere Laufbahn teilweise an einer radial nach innen weisenden Schulter des jeweiligen Außenringteils angeordnet ist, wobei sich axial an ein der Schulter abgewandtes axiales Ende der äußeren Laufbahn ein Einführabschnitt des jeweiligen Außenringteils anschließt, und wobei eine Differenz zwischen einem Innendurchmesser des Einführabschnitts von wenigstens einem Außenringteil und einem Außendurchmesser eines Abschnitts des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle, der sich axial an die radial innen zu diesem Außenringteil angeordnete innere Laufbahn des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle auf einer der jeweils anderen inneren Laufbahn abgewandten Seite der inneren Laufbahn anschließt, zumindest in einem an ein freies axiales Ende des Einführabschnitts angrenzenden Einführbereich größer als ein oder gleich einem Durchmesser der Wälzkörper ist.
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Bei einem Außenringteil einer herkömmlichen Lageranordnung, wie sie beispielsweise aus
DE 10 2010 054 904 A1 bekannt ist, nimmt der Innendurchmesser des Außenringteils ausgehend von der radial nach innen weisenden Schulter in Richtung des freien axialen Endes des Einführabschnitts des Außenringteils mit einer geringen Steigung zu. Die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Einführabschnitts und dem Außendurchmesser des Abschnitts des Lagerinnenrings, der sich axial an die radial innen zu diesem Außenringteil angeordnete innere Laufbahn des Lagerinnenrings auf einer der jeweils anderen inneren Laufbahn abgewandten Seite der inneren Laufbahn anschließt, ist in der Regel deutlich kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper. Daher passt zwischen das Außenringteil und den Innenring kein Wälzkörper, wenn sich das Außenringteil in seiner funktionsgemäßen Lagerstellung befindet. Dies hat bei der Montage einer solchen Lageranordnung zur Folge, dass der zuletzt montierte Außenringteil sehr weit in Richtung Lagermitte verlagert werden muss, um den Wälzkörpern einen nötigen Freiraum zu geben, durch den sie in ihre Endposition im Bereich der inneren Laufbahn gelangen können. Dabei muss eine die Außenringteile axial in entgegengesetzte Richtungen vorspannende Druckfeder deutlich stärker komprimiert werden, als dies während eines Betriebs der Lageranordnung der Fall ist. Dies schränkt die Auslegung der Druckfeder, insbesondere auf Grund der ausschließlich für die Montage erforderlichen geringen Federlänge, beispielsweise Federblocklänge, stark ein oder macht diese im Extremfall sogar unmöglich. Eine Verkürzung des Außenringteils axial außerhalb der Laufbahn im Bereich des Einführabschnitts, was die genannte Problematik reduzieren könnte, ist meist nicht möglich, da die axiale Länge des Außenringteils eine Länge eines zwischen dem Lageraußenring einerseits und einer Lagerbohrung eines Lagergehäuses oder eines in der Lagerbohrung andererseits angeordneten Trägerrings angeordneten Quetschölfilms definiert. Eine Reduzierung der Länge des Quetschölfilms würde mit schlechteren Dämpfungseigenschaften des Quetschölfilms einhergehen, was unerwünscht ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist es im Gegensatz zu der herkömmlichen Lageranordnung gemäß
DE 10 2010 054 904 A1 möglich, die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, Rollen, Tonnen, Nadeln, Kegel oder dergleichen, in ihre funktionsgemäße Stellung zu bringen, ohne dass der jeweilige Außenringteil derart weit in Richtung Lagermitte verlagert werden muss, wie es herkömmlich erforderlich ist. Dies ist dadurch möglich, da die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Einführabschnitts von wenigstens einem Außenringteil und dem Außendurchmesser des Abschnitts des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle, der sich axial an die radial innen zu diesem Außenringteil angeordnete innere Laufbahn des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle auf einer der jeweils anderen inneren Laufbahn abgewandten Seite der inneren Laufbahn anschließt, zumindest in dem an das freie axiale Ende des Einführabschnitts angrenzenden Einführbereich größer oder gleich einem Durchmesser der Wälzkörper ist. Hierdurch liegen die Wälzkörper bei der Montage der Lageranordnung in einem weiter zur Lagermitte verlagerten Bereich an dem jeweiligen Außenringteil an, so dass das Außenringteil zur Montage der Wälzkörper nicht so weit in Richtung des jeweils anderen Außenringteils verlagert werden muss. Dies geht wiederum mit einer geringeren Stauchung der zwischen den Außenringteilen angeordneten Druckfeder einher. Die Druckfeder kann hierdurch weitestgehend unabhängig von Montagekräften optimal auf im Betrieb auf sie einwirkenden Kräfte abgestimmt werden. Gemäß der Erfindung ist zudem keine Verkürzung der axialen Länge eines Außenringteils erforderlich, was mit den oben beschriebenen Nachteilen verbunden wäre. Mit der Erfindung wird also eine Erhöhung der minimalen bei der Montage erforderlichen Federlänge, beispielsweise Federblocklänge, erreicht, wobei sich die Wälzkörper bei der Montage nicht am axialen freien Ende des Einführabschnitts des Außenringteils, sondern axial näher an der äußeren Laufbahn des Außenringteils abstützen. Hierdurch ist insbesondere ein Unterschied der Federlänge im Betriebspunkt relativ zur minimalen Federlänge, beispielsweise Federblocklänge, während der Montage geringer als bei herkömmlichen Lageranordnungen. Insbesondere bietet die Erfindung eine größere Freiheit bei der Auslegung der Druckfeder.
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Es können auch beide Außenringteile der Lageranordnung erfindungsgemäß ausgebildet sein. Insbesondere können die beiden Außenringteile identisch ausgebildet sein, was den Herstellungs- und Lageraufwand reduziert.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann bevorzugt zur Ausbildung eines Abgasturboladers verwendet werden. Sie kann aber auch zur Ausbildung von Turboverdichtern, Turbo-Compound-Anwendungen, Superchargern, SuperGen®-Systemen und dergleichen verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einer Innenmantelfläche des Einführabschnitts eine an das freie Ende des Einführabschnitts angrenzende Einführschräge mit konstantem oder variierendem Neigungswinkel angeordnet. Die Einführschräge kann sich über den größten Teil der axialen Länge des Einführabschnitts erstrecken.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Verlauf der Einführschräge im Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Einhüllenden definiert, die sich aus einer Abrollbewegung eines Wälzkörpers über eine umlaufende Kante ergibt, die zwischen der inneren Laufbahn und dem sich axial an die innere Laufbahn auf der der anderen inneren Laufbahn abgewandten Seite der inneren Laufbahn anschließenden Abschnitt des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle angeordnet ist. Hierdurch kann eine maximal mögliche axiale Annäherung der Wälzkörper an die äußere Laufbahn des Außenringteils bei der Montage realisiert werden, was mit einer weitestgehenden Maximierung der erforderlichen minimalen Federlänge, beispielsweise Federblocklänge, bei einer gegebenen erforderlichen Laufbahnunterstützung/Schulterdicke einhergeht. Entscheidend ist, dass der Innendurchmesser des Außenringteils in Richtung des freien Endes des Einführabschnitts nicht wieder kleiner wird, sondern besser immer weiter zunimmt und idealerweise so groß wird, dass der Abstand zwischen dem Innendurchmesser des Außenringteils und dem Außendurchmesser des Lagerinnenrings bzw. der Läuferwelle größer als der Durchmesser der Wälzkörper wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an einer Innenmantelfläche des Einführabschnitts eine an das freie Ende des Einführabschnitts angrenzende, konstante Innendurchmesseraufweitung angeordnet ist. Durch diese Gestaltungsvariante kann durch mehr Materialabtrag an dem Außenringteil die gleiche maximale erforderliche minimale Federlänge, beispielsweise Federblocklänge, wie bei der zuletzt genannten Ausgestaltung erreicht werden. Die Wälzkörper können sich während der Montage jedoch bereits früher an die äußere Laufbahn des Außenringteils annähern. Alternativ kann sich auf der Seite der äußeren Laufbahn des Außenringteils an die konstante Innendurchmesseraufweitung ein Abschnitt mit einer kontinuierlichen Innendurchmesserreduzierung anschließen, der im Querschnitt entsprechend der äußeren Gestalt der Wälzkörper abgerundet, insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet, sein kann. Hierdurch kann der Materialabtrag an dem Außenringteil gegenüber einer alleinigen Anordnung der konstanten Innendurchmesseraufweitung verringert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs und der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Ansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Ansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränken.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
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2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
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3 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
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4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung in einem ersten Montagezustand;
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5 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung in einem zweiten Montagezustand;
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6 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung in einem dritten Montagezustand; und
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7 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung in einem vierten Montagezustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1 für einen nicht gezeigten Abgasturbolader.
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Die Lageranordnung 1 umfasst einerseits einen zwei über eine Druckfeder 2 axial in entgegengesetzte Richtungen federvorgespannte Außenringteile 3 und 4 umfassenden Lageraußenring 5 und andererseits eine integrierte Läuferwelle 6. Die Außenringteile 3 und 4 sind unterschiedlich ausgebildet, wobei der Außenringteil 4 herkömmlich und der Außenringteil 3 erfindungsgemäß ausgebildet ist.
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An einer Außenmantelfläche 7 der Läuferwelle 6 sind zwei umlaufende innere Laufbahnen 8 und 9 zum Führen von kugelförmigen Wälzkörpern 10 von jeweils einer Wälzkörperreihe 11 angeordnet. An einer Innenmantelfläche 12 bzw. 13 jedes Außenringteils 3 bzw. 4 ist eine umlaufende äußere Laufbahn 14 bzw. 15 zum Führen der Wälzkörper 10 von einer der Wälzkörperreihen 11 angeordnet, wobei die äußere Laufbahn 14 bzw. 15 teilweise an einer radial nach innen weisenden Schulter 16 bzw. 17 des jeweiligen Außenringteils 3 bzw. 4 angeordnet ist, und wobei sich axial an ein der Schulter 16 bzw. 17 abgewandtes axiales Ende der äußeren Laufbahn 14 bzw. 15 ein Einführabschnitt 18 bzw. 19 des jeweiligen Außenringteils 3 bzw. 5 anschließt.
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Eine Differenz zwischen einem Innendurchmesser des Einführabschnitts 18 des Außenringteils 3 und einem Außendurchmesser eines Abschnitts 20 der Läuferwelle 6, der sich axial an die radial innen zu diesem Außenringteil 3 angeordnete innere Laufbahn 8 der Läuferwelle auf einer der jeweils anderen inneren Laufbahn 9 abgewandten Seite der inneren Laufbahn 8 anschließt, ist zumindest in einem an ein freies axiales Ende des Einführabschnitts 18 angrenzenden Einführbereich größer als ein Durchmesser der Wälzkörper 10. Insbesondere ist an einer Innenmantelfläche des Einführabschnitts 18 eine an das freie Ende des Einführabschnitts 18 angrenzende Einführschräge 21 mit konstantem Neigungswinkel angeordnet.
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Der übrige Aufbau der Lageranordnung 1 ist dem Fachmann bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1. Diese Lageranordnung 1 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Lageranordnung dadurch, dass an der Innenmantelfläche des Einführabschnitts 18 eine an das freie Ende des Einführabschnitts 18 angrenzende Einführschräge 22 mit variierendem Neigungswinkel angeordnet ist. Insbesondere ist ein Verlauf der Einführschräge 22 im Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Einhüllenden 23 definiert, die sich aus einer Abrollbewegung eines Wälzkörpers 10 über eine umlaufende Kante 24 ergibt, die zwischen der inneren Laufbahn 8 und dem sich axial an die innere Laufbahn 8 auf der der anderen inneren Laufbahn 9 abgewandten Seite der inneren Laufbahn 8 anschließenden Abschnitt 20 der Läuferwelle 6 angeordnet ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1. Diese Lageranordnung 1 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Lageranordnung dadurch, dass an der Innenmantelfläche des Einführabschnitts 18 eine an das freie Ende des Einführabschnitts 18 angrenzende, konstante Innendurchmesseraufweitung 25 angeordnet ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1 in einem ersten Montagezustand. Diese Lageranordnung 1 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Lageranordnung dadurch, dass sich an die konstante Innendurchmesseraufweitung 25 eine kreisbogenförmige Durchmesserreduzierung 26 anschließt. Zudem sind die Außenringteile 3 und 4 identisch ausgebildet. In dem ersten Montagezustand sind die Wälzkörper 10 teilweise außerhalb des Außenringteils 3 angeordnet und sind nicht mit dem Außenringteil 3 in Kontakt. Der Außenringteil 4 ist hingegen bereits bestimmungsgemäß angeordnet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung 1 in einem zweiten Montagezustand. In diesem Montagezustand sind die Wälzkörper 10 in die konstante Innendurchmesseraufweitung 25 und die kreisbogenförmige Durchmesserreduzierung 26 eingerückt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung 1 in einem dritten Montagezustand. In diesem Montagezustand ist die Druckfeder 2 geringfügig komprimiert, damit die Wälzkörper 10 in Richtung der inneren Laufbahn 8 verlagert werden können, um in diese eigreifen zu können, wie es in 7 gezeigt ist.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der in 4 gezeigten Lageranordnung 1 in einem vierten Montagezustand. In diesem Montagezustand greifen die Wälzkörper 10 in die innere Laufbahn 8 ein. Die Lageranordnung 1 ist bestimmungsgemäß montiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Druckfeder
- 3
- Außenringteil
- 4
- Außenringteil
- 5
- Lageraußenring
- 6
- Läuferwelle
- 7
- Außenmantelfläche
- 8
- innere Laufbahn
- 9
- innere Laufbahn
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Wälzkörperreihe
- 12
- Innenmantelfläche
- 13
- Innenmantelfläche
- 14
- äußere Laufbahn
- 15
- äußere Laufbahn
- 16
- Schulter
- 17
- Schulter
- 18
- Einführabschnitt
- 19
- Einführabschnitt
- 20
- Abschnitt
- 21
- Einführschräge
- 22
- Einführschräge
- 23
- Einhüllende
- 24
- Kante
- 25
- konstante Innendurchmesseraufweitung
- 26
- kreisbogenförmige Innendurchmesserreduzierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054904 A1 [0003, 0007, 0008]