DE10011419C2 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasturbolader für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brenn
kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der Druckschrift DE 36 28 687 A1 wird ein Abgasturbolader
beschrieben, der eine Abgasturbine, welche im Abgasstrang ange
ordnet ist und vom Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine ange
trieben wird, sowie einen Verdichter im Ansaugtrakt, der über
eine Welle von der Abgasturbine betrieben wird und der ange
saugte Frischluft auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet, um
fasst. Die Welle des Abgasturboladers ist über zwei Wälzlager
im Verdichtergehäuse abgestützt. Um eine schwingungsgedämpfte
Lagerung zu erreichen, ist jeweils mindestens ein Wälzlager un
ter Einschluss eines spaltförmigen Dämpfungsraumes als hydrau
lisches Polster und/oder unter Einschluss eines radialwirkenden
Federkörpers im Verdichtergehäuse abgestützt. Diese Art der La
gerung stellt ein Feder-Dämpfer-System dar, über das vermieden
werden kann, dass sich die kritische Drehzahl der Welle im Nah
bereich der Höchstdrehzahl des Abgasturboladers einstellen
kann.
Derartige Rotorlagerungen beinhalten grundsätzlich im Hinblick
auf die Reibung in der Lagerstelle zwischen der Welle and der
Lageraufnahme ein Verbesserungspotenzial in Bezug auf den Tur
bolader-Wirkungsgrad. Insbesondere im Bereich geringer Lader
drehzahlen geht ein erheblicher Prozentsatz der Turbinenleis
tung als Lagerverlustleistung verloren, so dass im Teillastbe
reich der Brennkraftmaschine ein lediglich reduzierter Ladedruck
aufgebaut werden kann, was sich in einem verzögertem An
sprechverhalten der Brennkraftmaschine während der Beschleuni
gung bemerkbar macht.
Ein weiteres Problem liegt darin, dass die Lager mit Schmieröl
versorgt werden müssen, was eine Ölpumpe und eine Ölzufuhrlei
tung zu den Lagern voraussetzt, wobei die Ölzufuhr üblicherwei
se über den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine erfolgt. Aus
konstruktiven Gründen kann nicht ausgeschlossen werden, dass
sowohl auf der Turbinenseite als auch auf der Verdichterseite
im Abgasturbolader Leckagen auftreten, über die Schmieröl in
die Abgasseite oder in die Luftseite des Motors austritt. Zu
sätzlich zur Belastung der Luft und des Abgases mit Schmieröl
ist auch eine Ölverschmutzung diverser Bauteile der Brennkraft
maschine zu befürchten, beispielsweise eines Ladeluft- und Ab
gasrückführkühlers oder eines Rußfilters.
Der unerwünschte Eintrag des Schmieröls in Luft und Abgas be
ziehungsweise die Verschmutzung diverser Bauteile mit Öl bedeu
ten auch einen Verlust an Schmieröl, der regelmäßig ausgegli
chen werden muss. Die hohen Temperaturen auf der Abgasseite im
Bereich der Turbine schädigen außerdem das Öl, die Lebensdauer
des Öls ist reduziert.
Aus der Druckschrift JP 57154516 A ist ein Abgasturbolader mit
einer luftgelagerten Welle zwischen Verdichter und Abgasturbine
bekannt. Die Luftlagerung bietet den Vorteil einer nahezu rei
bungsfreien Bewegung der rotierenden Teile des Abgasturbola
ders. Zusätzlich zu der Luftlagerung, welche die Welle radial
abstützt, ist auch ein magnetisches Axiallager zur axialen Ab
stützung der Welle vorgesehen.
Damit das Luftlager einwandfrei funktionieren kann, muss sich
im Lager zwischen rotierender Welle und der stationären, gehäuseseitigen
Lageraufnahme ein Luftpolster ausbilden. Der Aufbau
des Luftpolsters benötigt einen gewissen Zeitraum, so dass ins
besondere bei transienten Anfahrvorgängen des Abgasturboladers
die Gefahr besteht, dass sich noch kein ausreichendes Luftpols
ter ausgebildet hat, welches für eine reibungsfreie Lagerung
erforderlich ist. Die Welle wird in diesem Betriebszustand in
Kontakt mit der Lageraufnahme kommen, wodurch Reibung entsteht,
die zu einem erhöhten Anfahrmoment und zu Verschleiß führt.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, den Wirkungsgrad ei
nes Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine zu verbessern.
Zweckmäßig soll auch die Wartungsfreundlichkeit der Brennkraft
maschine und die Lebensdauer des Abgasturboladers verbessert
werden.
Diese Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 gelöst.
Gemäß der Neuerung ist das Lager der Rotorwelle des Abgasturbo
laders im Gehäuse berührungslos ausgebildet, indem die Welle
zumindest im Betrieb des Abgasturboladers auf Abstand - mit ei
nem Lagerspalt - zur gehäusefesten Lageraufnahme gehalten ist.
Dadurch ist eine nahezu reibungsfreie Lagerung der Welle im Ge
häuse möglich, wodurch der Wirkungsgrad des Laders insbesondere
bei niedrigen Drehzahlen wesentlich verbessert ist, da prak
tisch keine Lagerverluste mehr auftreten. Das Ansprechverhalten
der Brennkraftmaschine ist verbessert, weil bereits im niedri
gen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und einem entspre
chend geringen Abgasgegendruck eine nennenswerte Turbinenleis
tung erzeugt werden kann, welche über die Welle auf den Ver
dichter übertragen wird, der somit bereits im unteren Drehzahl
bereich eine Steigerung des Ladedrucks und damit einhergehend
eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die reibungsfreie Lagerung hat außerdem zur Folge, dass auf den
Einsatz von Schmieröl verzichtet werden kann, wodurch einer
seits die Konstruktion des Abgasturboladers wesentlich verein
facht wird, weil Ölzufuhreinrichtungen zum Lader nicht mehr be
nötigt werden, und wodurch andererseits die Problematik einer
unerwünschten Ölverschmutzung der Ansaugluft, des Abgases oder
diverser Aggregate der Brennkraftmaschine vermieden wird. Au
ßerdem ist keine Beeinträchtigung der Qualität des Motoröls auf
Grund einer unerwünscht starken Erwärmung des Öls zu befürch
ten, zudem treten keine zusätzlichen Ölverluste auf.
Das zusätzliche Kontaktlager ist als Wälzlager ausgebildet,
welches in Betriebszuständen, in denen die Tragkraft des berüh
rungslosen Lagers nicht ausreicht, zum Tragen kommt. Das Kon
taktlager bietet insbesondere bei Verwendung eines Luftlagers
den Vorteil, dass die beim Anfahren eines aerodynamischen Luft
lagers auftretende Trocken- bzw. Mischreibung, welche zu einem
erhöhten Anfahrmoment und zu Verschleiß führt, durch das Kon
taktlager kompensiert bzw. reduziert werden kann.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist das Lager
als Luftlager ausgebildet, bei welchem zwischen der Welle und
der gehäusefesten Lageraufnahme ein Luftspalt ausgebildet ist.
In den Luftspalt strömt Luft, welche zweckmäßig über eine Luft
zufuhreinrichtung zuführbar ist, wobei das Luftlager vorteil
haft als aerodynamisches Lager ausgebildet ist, bei welchem die
zugeführte Luft durch den Luftspalt hindurch strömt, wodurch
ein tragendes Luftkissen erzeugt wird. Infolge der Kompressibi
lität der Luft bildet sich bei der Rotation der Welle ein Über
druck- und ein Unterdruckgebiet aus, wobei die Druckdifferenz
für eine Justierung bzw. Zentrierung der Welle in der Lagerauf
nahme sorgt.
Alternativ zu einem aerodynamischen Lager kann auch ein aerostatisches
Lager eingesetzt werden, bei dem Luft von außen in
den Lagerspalt gedrückt wird. Unter Belastung des Lagers bildet
sich im verengten Lagerspalt ein höherer Druck aus als im er
weiterten Lagerspalt; diese Druckdifferenz bewirkt die Tragfä
higkeit. Aerostatische Lager kommen zweckmäßig bei Wellen zum
Einsatz, bei denen eine höhere Belastung zu erwarten ist.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführung, die sowohl alter
nativ als auch ergänzend zum Luftlager eingesetzt werden kann,
ist das Lager als magnetisches Lager ausgebildet und bildet
insbesondere einen Teil eines Elektromotors, bei dem die Welle
des Abgasturboladers bzw. ein mit der Welle verbundenes und um
laufendes Bauteil mit dem Rotor bzw. Läufer des Elektromotors
identisch ist. Die Ausführung als Elektromotor bietet den Vor
teil, dass zusätzlich zur berührungslosen und reibungsfreien
Lagerung der Welle ein Zusatzantrieb der Welle gegeben ist,
welcher insbesondere in Bereichen niedrigen Abgasgegendruckes
zugeschaltet werden kann, um eine Ladedruckerhöhung zu errei
chen. In Bereichen höheren Abgasgegendrucks kann dagegen der E
lektromotor als Generator betrieben werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen
Brennkraftmaschine, welche über einen Luftspeicher
zur Versorgung der Luftlager des Abgasturboladers
verfügt,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader, dessen
Welle berührungslos im Ladergehäuse gehalten ist,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader in einer
weiteren Ausführung, welcher zusätzlich zum berüh
rungslos arbeitenden Lager ein Kontaktlager aufweist.
In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind gleiche Bauteile
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist ein Abgas
turbolader 2 zugeordnet, der einen Verdichter 4 im Ansaugtrakt
3 und eine Turbine 5 im Abgasstrang 6 umfasst. Die Abgasturbine
5 wird von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftma
schine angetrieben. Die Rotationsbewegung der Abgasturbine 5
wird über eine Welle 7 auf den Verdichter 4 übertragen, der
Verbrennungsluft mit dem Umgebungsdruck pum ansaugt und auf ei
nen erhöhten Ladedruck p2 verdichtet.
Die Turbine 5 ist zweckmäßig mit einer variablen Turbinengeo
metrie 8 ausgestattet, welche es erlaubt, den wirksamen Turbi
neneintrittsquerschnitt in Abhängigkeit des Zustands der Brenn
kraftmaschine variabel einzustellen. Hierdurch kann sowohl in
der befeuerten Antriebsbetriebsweise als auch im Motorbremsbetrieb
eine Steigerung der Antriebsleistung bzw. Bremsleistung
erzielt werden. Die variable Turbinengeometrie kann als axial
verschiebliches Leitgitter, als Leitgitter mit Drehschaufeln o
der auch als Varioturbine ausgeführt sein, welche beispielswei
se als Klappenturbine mit einer zum Turbinenrad weisenden Flut
ausgebildet ist, die über eine Klappe abgesperrt werden kann.
Im Ansaugtrakt 3 der Brennkraftmaschine ist ein Luftfilter 9
vorgesehen, in welchem die mit Umgebungsdruck pum angesaugte
Verbrennungsluft gefiltert wird. Nach der Filtetung wird die
gereinigte Verbrennungsluft mit dem Druck p1 dem Verdichter 4
zugeleitet. Unmittelbar stromab des Verdichters 4 weist die
verdichtete Verbrennungsluft den Ladedruck p2 auf. Die verdich
tete Verbrennungsluft wird zunächst in einem Ladeluftkühler 10
gekühlt und wird anschließend dem Zylindereinlass des Motors
mit dem Ladedruck p2s zugeführt.
Weiterhin ist ein Abgasrückführungssystem 11 vorgesehen, wel
ches aus einem einstellbaren Rückführventil 12 in einer Rück
führleitung 13 zwischen dem Abgasstrang 6 und dem Ansaugtrakt 3
sowie einem Abgasrückführungskühler 14 stromab des Ventils 12
in der Rückführleitung 13 besteht.
Stromab der Turbine 5 ist im Abgasstrang 6 ein Schalldämpfer
und ein Katalysator 15 angeordnet. Das Abgas im Abgasstrang 6
tritt mit dem Abgasgegendruck p3 in die Turbine 5 ein, stromab
der Turbine 5 besitzt das Abgas den entspannten Austrittsdruck
p4, mit dem das Abgas dem Schalldämpfer bzw. Katalysator 15 zu
geführt wird. Nach dem Durchströmen des Schalldämpfers bzw. Ka
talysators wird das gereinigte Abgas mit dem Umgebungsdruck pum
in die Atmosphäre entlassen.
Der Abgasturbolader 2 weist vorteilhaft eine Luftlagerung auf,
über die die Welle 7 des Abgasturboladers 2 berührungslos und
reibungsfrei in einer Lageraufnahme des Ladergehäuses gehalten
ist. Um die Luftlagerung zu unterstützen und aufrecht zu erhal
ten, ist eine Luftzufuhreinrichtung 16 vorgesehen, über die dem
Luftlager im Abgasturbolader 2 bei Bedarf oder permanent Luft
zuführbar ist, gegebenenfalls unter Überdruck stehende Luft.
Die Luftzufuhreinrichtung 16 umfasst einen Luftspeicher 17, der
über Luftzufuhrleitungen 18a, 18b und 18c mit diversen Luftla
gern im Abgasturbolader 2 kommuniziert, ein einstellbares Luft
versorgungsventil 19 in der Zufuhrleitung 18a sowie einen dem
Luftversorgungsventil 19 nachgeordneten Luftfilter 20. Weiter
hin ist eine Pumpe 21 vorgesehen, welche vom Motor betrieben
wird und die den Luftspeicher 21 mit Luft versorgt.
Gegebenenfalls kann die Luftzufuhreinrichtung 16 auch unmittel
bar von der Luftpumpe 21 versorgt werden. In diesem Fall kann
auf einen Luftspeicher verzichtet werden.
Der Abgasturbolader 2 weist ein erstes, als Radiallager 22 aus
gebildetes Luftlager sowie ein zweites, als Radial-/Axiallager
23 ausgebildetes Luftlager auf, wobei das erste Radiallager 22
im Bereich des Verdichters 4 und das zweite Radial-/Axiallager
23 symmetrisch im Lader zwischen Verdichter 4 und Turbine 5 an
geordnet ist. Die Luftzufuhrleitung 18b mündet axial in das Ra
diallager 22, die Luftzufuhrleitung 18c mündet radial in das
Radial-/Axiallager 23.
Weiterhin ist der Brennkraftmaschine 1 eine Regel- und Steuer
einheit 24 zugeordnet, über die die diversen Aggregate der
Brennkraftmaschine sowie die Brennkraftmaschine selbst zu steu
ern bzw. zu regeln sind. Die Regel- und Steuereinheit 24 kommu
niziert mit Stellgliedern von Bremsventilen 25 in der Brenn
kraftmaschine, mit Einspritzeinrichtungen der Brennkraftmaschi
ne, mit Luftzufuhreinrichtungen für die Brennkraftmaschine, mit
dem Abgasrückführungssystem 11, mit dem Stellorgan der variablen
Turbinengeometrie 8 der Abgasturbine 5, mit dem Luftversor
gungsventil 19 der Luftzufuhreinrichtung 16 sowie mit der Pumpe
21, welche der Luftzufuhreinrichtung 16 zugeordnet ist.
In Fig. 2 ist ein berührungslos und reibungsfrei gelagerter Ab
gasturbolader 2 im Querschnitt dargestellt. Der Abgasturbolader
2 mit dem Verdichter 4 und der Turbine 5 in einem Ladergehäuse
26 weist die zwei Lager 22 und 23 auf, die im Ausführungsbei
spiel als Luftlager ausgebildet sind und über die die Welle 7
des Abgasturboladers 2 gegenüber dem Ladergehäuse 26 abgestützt
ist. Das Lager 22 ist als Radiallager ausgebildet, es befindet
sich auf Verdichterseite 4 im Verdichtergehäuse 28, welches ei
nen Teil des Ladergehäuses 26 bildet. Das Radiallager 22 er
streckt sich axial in den Lufteinlasskanal 29 des Verdichters
4. Das Radiallager 22 besteht wellenseitig aus einer inneren
Lagerhülse 30, welche mit der Welle 7 des Abgasturboladers 2
verbunden ist, und gehäuseseitig aus einem äußeren, etwa hohl
zylindrischen, die innere Lagerhülse 30 radial umgreifenden La
gerungselement 31, welches fest mit dem Verdichtergehäuse 28
verbunden ist, insbesondere mit Tragrippen 32, welches sich ra
dial zwischen der inneren Kanalwand des Lufteinlasskanals 29
und dem äußeren Lagerungselement 31 erstrecken. Die innere La
gerhülse 30 ist lösbar mit der Welle 7 verbunden.
Um das Dämpfungsvermögen der Lagerung zu erhöhen, ist die Wand
stärke der inneren Lagerhülse 30 sehr dünn gehalten, wodurch
eine geometrische Verformung ermöglicht wird, die eine Materi
aldämpfung bewirkt. Eine zusätzliche Dämpfung wird durch die
Halterung des äußeren Lagerungselementes 31 an den radial ver
laufenden Tragrippen 32 erzielt.
Das Radiallager 22 ist vorteilhaft als Luftlager ausgebildet,
insbesondere als aerodynamisches Luftlager. Zwischen der Außen
seite des im Betrieb des Laders rotierenden inneren Lagerhülse
und der Innenseite des gehäusefest gehaltenen äußeren Lage
rungselementes 31 ist ein ringförmiger Luftspalt 33 gebildet,
der im Betrieb des Laders von Luft durchströmt wird, wodurch
sich ein tragendes Luftkissen zwischen rotierender Lagerhülse
30 und feststehendem Lagerungselement 31 ausbildet.
Der ringförmige Luftspalt 33 wird vorteilhaft axial durch
strömt. Das äußere Lagerungselement 31 weist auf der dem Ein
gang des Lufteinlasskanals 29 zugewandten Seite ein kuppelför
miges Element 34 auf, das mit einer Lufteintrittsöffnung verse
hen ist, welche mit der Luftzufuhrleitung 18b verbunden ist. Ü
ber die Luftzufuhrleitung 18b wird Luft, gegebenenfalls unter
Überdruck, in den Innenraum des äußeren Lagerungselements 31
eingeblasen. Die eingeblasene Luft strömt in den ringförmigen
Luftspalt 33 zwischen Lagerhülse 30 und Lagerungselement 31 und
durchströmt diesen Luftspalt 33 in Achsrichtung, wodurch das
tragende Luftkissen gebildet wird. Auf der dem Lufteintritt ge
genüberliegenden Stirnseite befindet sich zwischen innerer La
gerhülse 30 und äußerem Lagerungselement 31 eine Übertrittsöff
nung 35, über die die den Luftspalt 33 axial durchströmende
Luft wieder in den Lufteinlasskanal 29 des Verdichters 4 ein
tritt.
Alternativ oder zusätzlich zum axialen Eintritt der einströmen
den Luft in den Luftspalt 33 kann es auch zweckmäßig sein, die
Luft radial in den ringförmigen Luftspalt 33 einzuführen. Die
inneren Lagerhülse 30 besteht aus einer inneren Wandung 36 und
einer äußeren Wandung 37, wobei zwischen innerer und äußerer
Wandung 36 bzw. 37 ein innerer Ringraum 38 gebildet ist. Der
innere Ringraum 38 ist an einer axialen Stirnseite offen; durch
diese Öffnung kann Luft in den inneren Ringraum 38 einströmen,
welche über zweckmäßig in der äußeren Wandung 37 eingebrachte
Radialöffnungen in den ringförmigen Luftspalt 33 wieder aus
strömen kann.
Etwa zentrisch im Abgasturbolader 2 befindet sich ein weiteres
Lager 23, welches als Radial-/Axiallager ausgebildet ist und
zweckmäßig ebenfalls ein Luftlager ist. Das Lager 23 hat sowohl
eine radiale als auch eine axiale abstützende Funktion. Wellen
seitig besteht das Lager 23 aus einer inneren Lagerhülse 40,
welche fest mit der Welle 7 verbunden ist, sowie einer radial
auf der inneren Lagerhülse 40 aufsitzenden Lagerscheibe 39, die
fest mit der Lagerhülse 40 verbunden ist. Die Lagerscheibe 39
ist in einem Ringraum geführt, welcher zu beiden axialen Seiten
und zur radial außenliegenden Seite von einem gehäusefesten
Ringelement 41 begrenzt ist. Der Ringraum im Ringelement 41 ist
in der Weise dimensioniert, dass zwischen der Lagerscheibe 39
und den Innenwänden des Ringraumes axial und radial ein Luft
spalt gebildet ist, in welchem sich ein tragendes Luftkissen
ausbilden kann. Auf der Umfangseite des Ringelements 41 sind
Lufteinströmöffnungen vorgesehen, die mit Zufuhrleitungen 18c
verbunden sind, über die dem Ringraum Luft zuführbar ist. Die
in den Ringraum radial eingeblasene Luft kann über Dichtspalte
42 und 43 wieder austreten, wobei die Dichtspalte 42 und 43 auf
der radial innenliegenden Seite des gehäusefesten Ringelements
41 liegen und sich auf axial gegenüberliegenden Seiten in Bezug
auf die Lagerscheibe 39 erstrecken. Der Dichtspalt 42 liegt auf
der dem Verdichter 4 zugewandten Seite, über den Dichtspalt 42
kann Luft aus dem Ringraum in den Luftströmungskanal durch den
Verdichter 4 eingeführt werden. Der axial gegenüberliegende
Dichtspalt 43 ist der Turbine 5 zugewandt, dementsprechend kann
Luft aus dem Ringraum über den Dichtspalt 43 in den Abgasaus
lass 44 der Turbine 5 geführt werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung kann vorgesehen sein,
dass zumindest eines der berührungslos und reibungsfrei arbei
tenden Lager, insbesondere das Radial-/Axiallager 23, als Mag
netlager ausgebildet ist und zweckmäßig einen Teil eines Elektromotors
bildet. In dieser Ausführung ist die wellenfeste La
gerscheibe 31 als Läuferscheibe bzw. als Rotor des Elektromo
tors ausgebildet, entsprechend bildet das gehäusefeste Ringele
ment 41 den Ständer des Elektromotors. Diese Ausführung bietet
neben der berührungsfreien Lagerung den zusätzlichen Vorteil,
dass die Welle 7 elektromotorisch angetrieben werden kann, was
insbesondere in Motorbetriebsbereichen, in denen nur ein gerin
ger Abgasgegendruck zum Antrieb der Turbine zur Verfügung
steht, zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ge
nutzt werden kann.
Die Schnittdarstellung nach Fig. 3 zeigt ein ähnliches Ausfüh
rungsbeispiel wie Fig. 2, jedoch mit einer zusätzlichen Wälzla
gerung, welche in Betriebszuständen, in denen die Tragkraft des
Luftlagers nicht ausreicht, zum Tragen kommt. Im Ausführungs
beispiel nach Fig. 3 ist das Radiallager 22 im Verdichter 4 mit
einer Wälzlagerung 45 versehen. Die Wälzlagerung 45 befindet
sich zwischen der Welle 7 des Abgasturboladers 2 und der inne
ren Lagerhülse 30, die radial auf der Welle 7 aufsitzt und im
gezeigten Ausführungsbeispiel eine Relativrotation gegenüber
der Welle 7 mit Hilfe der Wälzlagerung 45 ausführen kann. Falls
die Tragkraft des Luftlagers beispielsweise beim Anfahren des
Abgasturboladers noch nicht ausreicht, um die Welle zentrisch
zu stabilisieren, so kann auf Grund einer außerzentrischen Ver
schiebung der Welle 7 die mit der Welle verbundene Lagerhülse
30 mit der Innenwand des gehäusefesten Lagerungselements 31 in
Berührung kommen. Auf Grund der Reibung zwischen Lagerungsele
ment 31 und Lagerhülse 30 erfährt die Lagerhülse 30 eine Verzö
gerung in Drehrichtung, die jedoch auf Grund der Wälzlagerung
45 nicht oder nur zum Teil auf die Welle 7 übertragen wird, so
dass die Welle 7 trotz einer eventuell exzentrischen Position
im Wesentlichen ungehindert und reibungsfrei umlaufen kann.
Sobald sich ein tragfähiges Luftkissen im ringförmigen Luftspalt
33 zwischen Lagerhülse 30 und Lagerungselement 31 ausge
bildet hat, wird die Welle 7 in ihrer zentrischen Lage stabili
siert und kann völlig berührungsfrei rotieren.
Eine entsprechende Wälzlagerung oder vergleichbares Kontaktla
ger kann auch beim Radial-/Axiallager 23 vorgesehen sein.
Die Wälzlagerung oder vergleichbare Kontaktlager kann sowohl
mit Luftlagern als auch mit magnetischen Lagern kombiniert wer
den.
Bei Verwendung von Luftlagern können sowohl aerodynamisch als
auch aerostatisch ausgebildete Lager zum Einsatz kommen.
Claims (8)
1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Ab
gasturbine (5) im Abgasstrang (6) und mit einem Verdichter (4)
im Ansaugtrakt (3), wobei Abgasturbine (5) und Verdichter (4)
über eine Welle (7) verbunden sind, welche in einem Gehäuse
(26) des Abgasturboladers (2) über mindestens ein Lager (22,
23) abgestützt ist, das berührungslos ausgebildet ist, derart,
dass die Welle (7) im Betrieb des Abgasturboladers (2) auf Ab
stand und nahezu reibungsfrei zu einer gehäusefesten Lagerauf
nahme gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich zum berührungslosen Lager (22, 23) ein als
Wälzlager (45) ausgebildetes Kontaktlager vorgesehen ist, wel
ches axial asymmetrisch im Abgasturbolader (2) angeordnet ist.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager (22) als Luftlager ausgebildet ist, welches ei
nen Luftspalt (33) zwischen der Welle (7) und einer gehäusefes
ten Lageraufnahme aufweist.
3. Abgasturbolader nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Luftspalt (33) über eine Luftzufuhreinrichtung (16)
Luft zuführbar ist.
4. Abgasturbolader nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Luftlager (22) als aerodynamisches Lager ausgebildet
ist, bei dem die Luft durch den Luftspalt (33) hindurchströmt.
5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Verdichterseite ein Lager vorgesehen ist, das als
Radiallager (22) ausgebildet ist.
6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Abgasturbine und dem Verdichter (4) ein kom
biniertes Axial-/Radiallager (23) vorgesehen ist.
7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager als magnetisches Lager ausgebildet ist und ins
besondere einen Teil eines Elektromotors bildet, wobei die Wel
le (7) des Abgasturboladers (2) der Rotor des Elektromotors
ist.
8. Abgasturbolader nach Anspruch 2 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl ein Luftlager als auch ein elektromagnetisches La
ger vorgesehen sind.
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