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Die Erfindung betrifft einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine.
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Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um einen Druck in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden.
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Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird.
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Das Lagersystem von Abgasturboladern kleiner werdender Verbrennungsmotoren muss zunehmenden Belastungen standhalten. Beispielsweise stellen zur Trägheitsreduktion reduzierte Durchmesser des Turbinen- und/oder Verdichterrads und einhergehend hohe Drehzahlen der Läuferwelle sowie zunehmend dünnere Motoröle, welche die Reibleistung des Antriebs und damit Verluste reduzieren, neue Herausforderungen für das Lagersystem dar. Darüber hinaus sind der Tragfähigkeit und somit der Robustheit des Lagersystems für die Anwendung in modernen PKWs Grenzen gesetzt. Anforderungen an höchste Lagerrobustheit und ein großserientaugliches Design erfordern unter den Randbedingungen variierender Betriebsbedingungen, Fertigungstoleranzen und Machbarkeit einen optimalen Kompromiss in der Auslegung des Lagersystems.
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Aus Dokument
DE 10 2012 207 660 A1 ist beispielsweise eine Wellenanordnung für einen Turbolader bekannt, mit einer drehbar gelagerten Turboladerwelle und mindestens einer Lageranordnung zur drehbaren Lagerung der Turboladerwelle, wobei mindestens ein Lagerelement der Lageranordnung zumindest abschnittsweise mit einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung beschichtet ist.
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Weiterhin offenbart die Druckschrift
DE 10 2010 046 596 A1 einen Abgasturbolader, welcher eine Welle mit einem mit der Welle drehfest verbundenen Lagerteil und zumindest ein Lagerelement umfasst, welches das Lagerteil außenumfangsseitig zumindest bereichsweise umgibt und über welches die Welle drehbar gelagert ist. Dabei ist das Lagerteil aus einem Werkstoff ausgebildet, welcher einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer Richtung der Welle aufweist als ein Werkstoff, aus dem das Lagerelement ausgebildet ist.
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Weitere Ausführungen von Schwimmbuchsenlagern für einen Turbolader sind beispielsweise in den Druckschriften JP S57-76316 A und
DE 690 04 849 T2 dargelegt.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Lagerungskonzept für einen Turbolader anzugeben, welches zu einem effizienten Betrieb eines Turboladers beiträgt.
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Es wird ein Turbolader für eine Brennkraftmaschine offenbart, welcher ein Lagergehäuse und eine Läuferwelle aufweist, auf welcher ein Turbinenrad sowie ein Verdichterrad drehfest anordenbar sind. Der Turbolader weist zumindest ein Radiallager auf, mittels welchem die Läuferwelle in dem Lagergehäuse drehbar gelagert ist. Das Radiallager hat eine Lagerbuchse, die die Läuferwelle umgibt. Die Lagerbuchse weist ein erstes Material auf. Zwischen der Läuferwelle und der Lagerbuchse ist eine Lage eines zweiten Materials angeordnet, wobei das erste und das zweite Material jeweils unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Die Lage des zweiten Materials ist entweder an der Lagerbuchse angeordnet und ist mit einer separaten, auf der der Läuferwelle zugewandten Seite aufgebrachten Gleitbeschichtung versehen oder die Lage des zweiten Materials ist an der Läuferwelle angeordnet und ist mit einer separaten, auf der der Lagerbuchse zugewandten Seite aufgebrachten Gleitbeschichtung versehen.
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Typischerweise ist das Radiallager eines Turboladers als öldurchflutetes Schwimmbuchsenlager ausgeführt. Dabei ist die Lagerbuchse zwischen einem Teil des Lagergehäuses, und der Läuferwelle angeordnet. Zwischen der im Betrieb rotierenden Läuferwelle und dem Lagergehäuse nimmt die rotierende Lagerbuchse die auftretenden Radialkräfte, wie Unwuchtkräfte, auf. Am inneren Durchmesser einer solchen Lagerbuchse zur Läuferwelle hin ist hierzu ein innerer Lagerspalt und am äußeren Durchmesser der Buchse zum Lagergehäuse hin ist ein äußerer Lagerspalt ausgebildet. Die beiden Spalte sind zumindest im Betrieb mit Öl gefüllt zur Ausbildung von Schmierfilmen.
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Neben einem grundsätzlichen Design des Radiallagers stellen die Lagerspalte Parameter zur Erreichung der Tragfähigkeit dar, um etwa Unwucht- und Starrkörperkräfte aufnehmen zu können. Diese sind im Wesentlichen durch Fertigungstoleranzen beeinflusst. Darüber hinaus verändern sich die Lagerspalte aufgrund der verschiedenen thermischen Dehnungen der entsprechenden Lagerkomponenten, insbesondere der Lagerbuchse, im Betrieb. Beispielhafte Lagerspalte bewegen sich im Bereich von wenigen Hundertstel Millimetern, wobei die Veränderung eines Spaltes ab wenigen Tausendstel Millimeter bereits signifikanten Einfluss auf das Lagersystem haben kann.
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So nimmt bei zunehmender Öltemperatur (und damit der Bauteiltemperatur von Lagerbuchse und Welle) die Viskosität des Öls ab, wodurch die Tragfähigkeit des Lagersystems reduziert würde. Weiterhin wurde erkannt, dass die thermische Ausdehnung der Lagerbuchse bei hohen (Öl-) Temperaturen zu einer Reduzierung des äußeren Lagerspalts und einer Vergrößerung des inneren Lagerspalts führt. Entsprechend würde sich die Tragfähigkeit des Radiallagers am inneren Spalt verschlechtern, während sie sich am äußeren Spalt verbessert.
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Durch das Vorsehen der Lage des zweiten Materials wird zu einem effizienten Betrieb des Turboladers beigetragen. Die Lage des zweiten Materials ist entweder an der Läuferwelle oder an der Lagerbuchse angeordnet. Es ist auch denkbar, dass zwei solcher Lagen vorgesehen sind, eine an der Lagerbuchse und eine an der Läuferwelle. Die Lage des zweiten Materials weist eine Gleitfläche auf, die je nach Anordnung entweder in der Lagerbuchse oder um die Läuferwelle gleitet. Das Anordnen des zweiten Materials zwischen der Lagerbuchse und der Läuferwelle bedeutet, dass in der folgenden Reihenfolge ein Wellenmaterial der Welle, das zweite Material und das erste Material der Buchse übereinander, etwa schichtartig, angeordnet sind. Mit anderen Worten findet in einer radialen Richtung bezüglich der Läuferwelle ein Materialübergang von dem Wellenmaterial zu dem zweiten und dem ersten Material statt.
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Durch die Ausnutzung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Lagerkomponenten kann das Lagerspiel des Radiallagers im Betrieb vorteilhaft verändert werden. Durch die Kombination des ersten und zweiten Materials mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten können der innere und äußere Lagerspalt im Betrieb positiv beeinflusst werden. Insbesondere lässt sich durch geeignete Wahl des ersten und zweiten Materials erreichen, dass sich der innere Spalt im Betrieb bei erhöhten Temperaturen nicht oder nicht signifikant vergrößert, während sich der äußere Spalt im Betrieb verringert.
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Dadurch kann bei hohen Temperaturen der Lagerkomponenten die Tragfähigkeit auf der der Welle abgewandten äußeren Seite der Buchse verbessert werden, während die Tragfähigkeit auf der der Welle zugewandten Seite der Buchse im Vergleich zu herkömmlichen Lagersystem nicht oder nicht signifikant verringert wird.
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Es sei erwähnt, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Wellenmaterials der Läuferwelle typischerweise sehr gering ist.
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Unter dem Begriff Material wird beispielsweise ein Stoff, ein Werkstoff, ein Rohstoff oder ein Verbundwerkstoff verstanden. Es kann sich dabei um ein Reinmaterial, etwa Kupfer, aber auch eine Legierung, beispielsweise Messing, handeln. Ein Material unterscheidet sich von einem anderen Material durch den Wärmeleitkoeffizient.
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Des Weiteren lässt sich bei kaltem Zustand des Motors beziehungsweise Öls ein weiterer Lagerspalt im Vergleich zu dem Betriebszustand mit hohen Temperaturen realisieren. Weiterhin können akustische Beeinträchtigungen, beispielsweise aufgrund der Anregung des sogenannten Sub2, aufgrund der unterdrückten oder zumindest verringerten Zunahme des inneren Spiels vermieden oder reduziert werden. Unter dem Sub2 wird der translatorische Starrkörpermod verstanden, der aufgrund von Instabilitäten im inneren Schmier-(Lager-)spalt angeregt wird. Diese Schwingung wird über den äußeren Lagerspalt nach außen übertragen und kann dort beispielsweise als Konstantton hörbar sein.
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Mittels des beschriebenen erfindungsgemäßen Turboladers ist es zudem nicht zwingend oder nur teilweise notwendig, die Lagerspalte durch Lagerspieleinengungen, etwa durch geeignete Wahl von Fertigungstoleranzen, anzupassen, um die Tragfähigkeit und/oder akustische Eigenschaften des Radiallagers bei einem vorgegebenen Design zu verbessern. Weiter ist es beispielsweise nicht zwingend notwendig, auftretende Kräfte durch Reduzierung von Unwuchten und/oder Anpassungen des Verdichter- und/oder Turbinenrads zu reduzieren. Die Anpassung der Räder würde Einschränkungen in Auslegung der Verdichter- beziehungsweise Turbinenräder und somit auch hinsichtlich einer thermodynamischen Auslegung haben. Anpassungen des Lagerspiels beziehungsweise von Toleranzen der Lagerkomponenten würden erhöhte Produktionskosten und Fertigungskosten bedingen.
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Weiterhin ist es nicht zwingend notwendig, die Unwucht des Verdichter- beziehungsweise Turbinenrads zu reduzieren, was ebenfalls erhöhte Kosten bedingen würde. Weiterhin ist es nicht zwingend notwendig, erhöhte Anforderungen an Schmieröle zu stellen, was beispielsweise Anforderungen von Kunden zuwiderlaufen könnte. Schließlich ist es auch nicht zwingend notwendig, das Radiallagerdesign grundsätzlich zu optimieren, beispielsweise breitere Buchsen und/oder Gleitlagerflächen vorzusehen. All die vorbeschriebenen Maßnahmen würden stets einen Kompromiss verschiedener Ziele darstellen, wobei die Anpassung eines Elements oder Komponente eine andere Eigenschaft negativ beeinflusst. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Tragfähigkeit durch größere Tragflächen zu Nachteilen hinsichtlich des Gesamtaufbaus, der Reibleistung oder der Akustik des Turboladers.
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Gemäß der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Turboladers ist die Lage des zweiten Materials direkt an der Lagerbuchse angeordnet. Somit ist die Lage des zweiten Materials Teil der Lagerbuchse, die zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Die Lagerbuchse ist somit zweiteilig aufgebaut. Dadurch wird beispielsweise der innere Lagerspalt zwischen der Läuferwelle und der Lage des zweiten Materials ausgebildet. Die Lagerbuchse weist etwa einen äußeren Ring mit dem ersten Material und einen inneren Ring mit dem zweiten Material auf. Dadurch werden die oben beschriebenen Vorteile und Funktionen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß weist die Lage des zweiten Materials eine separate Beschichtung auf. Dabei ist die Lage des zweiten Materials an der der Läuferwelle zugewandten Seite mit der zusätzlichen Gleitschicht zum Gleiten an der Welle versehen. Mittels der Gleitschicht können Trockenlaufeigenschaften der Lagerbuchse verbessert werden. Bei der Gleitbeschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Schicht DLC (englisch = diamond like carbon), chemisch Nickel, Chrom oder Teflon.
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Gemäß der zweiten alternativen Ausgestaltung ist die Lage des zweiten Materials direkt an der Läuferwelle angeordnet. Die Lage des zweiten Materials ist somit Teil der Läuferwelle. Somit ist die Lagerbuchse einteilig aus dem ersten Material gefertigt. In dieser Ausgestaltung ist der innere Lagerspalt zwischen der Lagerbuchse und der Lage des zweiten Materials ausgebildet. Etwa sind die Wärmeleitkoeffizienten so gewählt, dass eine Wärmeausdehnung der Läuferwelle mittels der Lage des zweiten Materials quasi erhöht wird, wodurch sich der innere Lagerspalt nicht oder nicht signifikant erhöht. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht die vorgenannten Vorteile und Funktionen.
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Erfindungsgemäß ist auch bei der vorgenannten zweiten alternativen Ausgestaltung auf die Lage des zweiten Materials eine separate Beschichtung aufgebracht. Die Lage des zweiten Materials ist dabei an der der Buchse zugewandten Seite mit der zusätzlichen Gleitschicht zum Gleiten versehen. Mittels der Gleitschicht sind die Trockenlaufeigenschaften der Lagerung verbessert. Bei der Gleitbeschichtung handelt es sich analog zu oben beispielsweise um eine Schicht DLC, chemisch Nickel, Chrom oder Teflon. Beispielsweise muss nicht die gesamte Lage des zweiten Materials mit der Beschichtung versehen sein, sondern es können kostengünstig nur einzelne Bereiche beschichtet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das zweite Material einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Lagerbuchsenmaterial auf. Dadurch wird zu den vorbeschriebenen Funktionen und Vorteilen beigetragen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Wellenmaterial Stahlmaterial. Das Stahlmaterial weist typischerweise einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dies ist insbesondere notwendig, um die hohen auf die Welle wirkenden Kräfte aufnehmen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Lagerbuchsenmaterial Messing.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das weitere Material Aluminium.
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Weitere Vorteile und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart.
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Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Turboladers,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Radiallagers des Turboladers in einer schematischen Querschnittsansicht und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Radiallagers des Turboladers in einer schematischen Querschnittsansicht.
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1 zeigt schematisiert einen exemplarischen Abgasturbolader 1 in Schnittdarstellung, der eine Abgasturbine 20, einen Frischluftverdichter 30 und ein Läuferlager 40 umfasst. Die Abgasturbine 20 ist mit einem Wastegateventil 29 ausgestattet und ein Abgasmassestrom AM ist mit Pfeilen angedeutet. Der Frischluftverdichter 30 weist ein Schub-Umluftventil 39 auf und ein Frischluft-Massestrom FM ist ebenfalls mit Pfeilen angedeutet. Ein sogenannter Turboladerläufer 10 des Abgasturboladers 1 weist ein Turbinenlaufrad 12 (auch Turbinenrad bezeichnet), ein Verdichterlaufrad 13 (auch Verdichterrad bezeichnet) sowie eine Läuferwelle 14 auf (auch Welle bezeichnet). Der Turboladerläufer 10 rotiert im Betrieb um eine Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14. Die Läuferdrehachse 15 und gleichzeitig die Turboladerachse 2 (auch Längsachse bezeichnet) sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt und kennzeichnen die axiale Ausrichtung des Abgasturboladers 1. Der Turboladerläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier Radiallager 42 und einer Axiallagerscheibe 43 gelagert. Sowohl die Radiallager 42 als auch die Axiallagerscheibe 43 werden über Ölversorgungskanäle 44 eines Ölanschlusses 45 mit Schmiermittel versorgt.
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In der Regel weist ein gebräuchlicher Abgasturbolader 1, wie in 1 dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind ein im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Turbinengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 ein Lagergehäuse 41 bezüglich der gemeinsamen Turboladerachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden.
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Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 1 stellt der Turboladerläufer 10 dar, der die Läuferwelle 14, das in dem Turbinengehäuse 21 angeordnete Turbinenlaufrad 12 mit einer Laufradbeschaufelung 121 und das in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnete Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung 131 aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad 13 sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle 14 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 in der Turboladerachse 2 liegt, also mit dieser zusammenfällt.
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Das Lagergehäuse 41 ist axial zwischen dem Turbinengehäuse 21 und dem Verdichtergehäuse 31 angeordnet. Im Lagergehäuse 41 ist die Läuferwelle 14 des Turboladerläufers 10 sowie die erforderliche Lageranordnung zur Axiallagerung und zur Drehlagerung der Läuferwelle 14 aufgenommen.
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Die Lageranordnung besteht in der Regel aus zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten Radiallagern 42 zur Drehlagerung und einer Axiallagerscheibe 43 zur Abstützung von im Betrieb auf die Läuferwelle 14 wirkenden Axialkräften. Die Lager können dabei als Gleitlager, als Wälzlager oder auch Magnetlager ausgeführt sein. Weiterhin besteht, zum Beispiel bei Wälzlagerungen, die Möglichkeit der Kombination von Axiallagerung und Drehlagerung. Auch die Zusammenfassung der Lagerkomponenten zu einer kompakten Lagereinheit, auch als Lagerkartusche bezeichnet, kann hier Anwendung finden. Zur Schmierung und Ölversorgung der Lagerkomponenten sind im Lagergehäuse 41 Ölversorgungskanäle 44 vorgesehen, die über einen Ölanschluss 45 mit einer externen Ölversorgung (nicht dargestellt) in Verbindung stehen und zu den zu versorgenden Lagerkomponenten führen.
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Auf der, dem Frischluftverdichter 30 zugewandten Seite des Lagergehäuses 41 ist ein Verdichtergehäuse-Anschlussflansch 47 vorgesehen, an dem das Verdichtergehäuse 31 am Lagergehäuse 41 angeschlossen ist.
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Auf der, der Abgasturbine 20 zugewandten Seite des Lagergehäuses 41 ist ein Turbinengehäuse-Anschlussflansch 46 vorgesehen, an dem das Turbinengehäuse 21 am Lagergehäuse 41 angeschlossen ist. Weiterhin ist auf dieser Seite des Lagergehäuses 41 zwischen Turbinengehäuse 21 und Lagergehäuse 41 ein sogenanntes Hitzeschild 48 angeordnet, das die dem Turbinengehäuse 21 zugewandte Gehäusewand des Lagergehäuses 41 sowie die Lagerkomponenten im Lagergehäuse 41 abdeckt und so gegen die hohen Abgastemperaturen in der Abgasturbine 20 abschirmt.
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Weitere Details des Turboladers 1 werden nicht näher erläutert. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Turbolader 1 exemplarischer Natur ist und auch anderweitig ausgestaltet sein kann.
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2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Radiallagers 42 des Turboladers 1 in schematisierten Querschnittsansichten.
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2 zeigt die Läuferwelle 14 mit entsprechender Läuferdrehachse 15. Weiterhin ist ein Teil des Lagergehäuses 41 zu erkennen. Das Radiallager 42 weist eine Radiallagerbuchse 421 auf, die zwischen der Läuferwelle 14 und dem Lagergehäuse 41 angeordnet ist. Die Lagerbuchse 421 ist als schwimmende Gleitlagerbuchse ausgebildet. Die Lagerbuchse 421 weist, gemäß der ersten alternativen Ausführung des Turboladers, einen zweiteiligen Aufbau aus zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitkoeffizienten auf. In einem äußeren, der Läuferwelle 14 abgewandten Bereich hat die Lagerbuchse 421 ein erstes Material 422, an welchem direkt angeordnet eine Lage eines zweiten Materials 423 angeordnet ist, welche der Läuferwelle 14 zugeordnet und zugewandt ist. Mit anderen Worten ist die Lagerbuchse 421 aus zwei ringartigen, miteinander verbundenen Materiallagen oder -schichten 422 und 423 gebildet.
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Zwischen dem ersten Material 422 und dem Lagergehäuse 41 ist ein äußerer Lagerspalt 424 ausgebildet, während zwischen dem der Lage des zweiten Materials 423 der Lagerbuchse 421 und der Läuferwelle 14 ein innerer Lagerspalt 425 ausgebildet ist.
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Die Läuferwelle 14 ist aus einem Stahlwerkstoff oder einem Stahlmaterial als Wellenmaterial gefertigt. Das erste Material 422 ist beispielsweise Messing (CuZn) und die Lage des zweiten Materials 423 besteht im Ausführungsbeispiel aus Aluminium. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Lage des weiteren Materials 423 ist geringer als der des ersten Materials 422. Beispielsweise ist die Buchse aus einem Messing-Rohr gebildet, welches mit Aluminium zur Bildung der Lage des zweiten Materials 423 aufgefüllt und anschließend fertigungstechnisch bearbeitet ist.
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Die Lagerbuchse 421 umgibt die Läuferwelle 14 derart, dass die Lage des zweiten Materials 425 um die Welle 14 gleiten kann.
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Mittels des beschriebenen Radiallagers können die erwähnten Vorteile und Funktionen erreicht werden. Insbesondere wird aufgrund der Kombination zweier unterschiedlicher Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht, dass sich der äußere Bereich der Lagerbuchse 421, etwa das erste Material 422, im Betrieb aufgrund der Wärme in radialer Richtung 16 ausdehnt. Dadurch wird der äußere Lagerspalt 424 reduziert. Die Reduzierung des äußeren Lagerspalts 424 bewirkt eine Erhöhung der Tragfähigkeit der Radiallagerung 42. Die Lage des weiteren Materials 423 dehnt sich verglichen mit dem ersten Material 422 weniger stark in radialer Richtung 16 aus, sodass der innere Lagerspalt 425 gar nicht oder deutlich weniger stark vergrößert wird. Beispielsweise kann eine Spielzunahme der Lagerbuchse 421 im Betrieb um 15 % im Vergleich zu einer herkömmlichen Lageranordnung ohne zusätzliches zweites Material 423 reduziert werden.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radiallagerung 42, um die vorbeschriebenen Vorteile und Funktionen zu erreichen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die Lage des zweiten Materials 423 nicht Teil der Lagerbuchse 421, sondern, gemäß der zweiten alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Turboladers, Teil der Läuferwelle 14. Beispielsweise ist die Lage des zweiten Materials 423 als Schicht auf die Läuferwelle 14 aufgebracht. Somit bildet sich der innere Lagerspalt 425 zwischen der Lagerbuchse 421 und der Lage des zweiten Materials 423 aus. Wiederum sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten analog zu oben unterschiedlich gewählt, sodass der innere Lagerspalt 425 in vorteilhafter Weise beim Betrieb nicht signifikant vergrößert wird. Beispielsweise kann die Spielzunahme im inneren Lagerspalt 425 halbiert werden im Vergleich zu einer herkömmlichen Lagerung.
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Die beschriebenen Radiallagerungen 42 gemäß der Ausführungsbeispiele sind insbesondere kostengünstig zu realisieren. Beispielsweise lässt sich der Turbolader 1 deutlich kostengünstiger herstellen als im Vergleich zu einem Turbolader, wobei die Lagerspalte und Toleranzen der Lagerkomponenten fertigungstechnisch, beispielsweise durch höhere Produktions- und Fertigungsvorgaben, eingestellt werden. Stellen die Toleranzen auf Basis der Anforderung bereits die möglichen Fertigungsgrenzen dar, ermöglichen die beschriebenen Radiallager-Konzepte den Einsatz eines bestimmten Radiallagerdesigns.
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Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle zweier Radiallager 42 auch nur ein Radiallager 42 denkbar ist. Es ist auch denkbar, dass die Radiallager 42 über einen Verbindungsabschnitt verbunden und somit einstückig ausgebildet sind. Wichtig ist die zusätzliche Lage eines zweiten Materials, die entweder Teil der Welle 14 oder Teil der Buchse 421 ist.
