DE3490164T1

DE3490164T1 - Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor

Info

Publication number: DE3490164T1
Application number: DE19843490164
Authority: DE
Inventors: William E. Columbus Ind. Woollenweber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1985-06-13
Also published as: JPS60501016A; WO1984004136A1; GB2149858A; GB2149858B; US4565505A; GB8427975D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor und ist insbesondere auf einen Turbolader gerichtet, der mit höherer Leistung und Zuverlässigkeit arbeitet und der leichter herstellbar und wartbar ist. Ein besonderer Vorteil des Turboladers ist die Einfachheit,mit der er automatisch und unter Verwendung von Industrierobotern hergestellt werden kann.

Turbolader für Diesel-und den Benzinmotoren sind bekannt. Derartige Turbolader werden unter anderem von folgenden Firmen hergestellt und verkauft: Airesearch, Industrial Division of Garrett Corp., Schwitzer Division of Wallace Murray Corp., Cummins En-gine Co. Die im Handel erhältlichen, kleinen Turbolader verwenden üblicherweise Anströmturbinen, denen die Abgase des Antriebsmotors mittels schaufelloser, schneckenförmiger Turbinengehäuse gerichtet zugeführt werden, wobei die Gehäuse die kleinen mit radialen Schaufeln versehenen Turbinenräder der Turbinen umgeben.

Derartige Radialturbinen verwenden rückwärts offene Räder, bei denen sich die radialen Schaufeln des Turbinenrades über einen mittleren Nabenabschnitt des Rades nach außen erstrecken und untereinander über einen Abschnitt ihrer äußeren radialen Länge unabgestützt sind. Die Weglassung von Material bei der Ausbildung des offenen Rükkenabschnittes des Sternrades solcher handelsüblicher Radialturbinen soll die Rotationsträgheit des Turbinenrades vermindern und das Ansprechverhalten des Turbola-

ders auf die Abgase des Verbrennungskraftmotors verbessern. Handelsübliche Radialturbinen mit rückwärts offe- £ nen Turbinenrädern schließen die Verwendung einer stationären Wand ein, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Rückseite des rotierenden Turbinenrades angeordnet ist, um eine exzessive Gasleckage hinter den Turbinenschaufeln zu vermeiden. Dieses Abschlußglied ist wie

,Q auch die Turbinenräder den hohen Abgastemperaturen des Verbrennungskraftmotors ausgesetzt und muß deshalb aus wärmebeständigem Material bestehen, um ein exzessives Verwerfen zu vermeiden, aus dem ansonsten eine Berührung mit dem rotierenden Turbinenrad resultieren könnte.

..p. Die engen Toleranzen, die solche radial Zuströmturbinen leistungsfähig machen,und die Materialien und die Herstellungsverfahren, die zum Erzielen einer guten Turbinenwirkung notwendig sind, verteuern die Herstellung solcher Turbinen.

In gegenwärtig erhältlichen Turboladern sind die Turbinenschaufeln in ihren äußeren Extremitäten mit Konturen versehen, die mit den Konturen des Turbinengehäuses zusammenpassen, das die Turbineneinlaß- und Auslaßöffnung

^f- und den Abgasdurchgang definiert. Generell erstrecken sich in solchen Turbinen die Turbinenschaufeln von einem mittigen Kern oder einer Nabe nach außen in einen Abschnitt des Turbinengehäuses, der einen Abgasauslafö-und Turbineneinlaßabschnitt des Turboladers definiert. Wenn

_on die Nabendurchmesser der Turbinenschaufeln klein sind, müssen die Turbinenschaufeln an ihrem Fuß verdickt aus_r gebildet werden, um den Fliehkräften widerstehen zu können, so daß nur eine kleine Anzahl von Schaufeln vorgesehen werden kann, die die Leistungsfähigkeit der derart

_o_ aufgebauten Turbine senken.
35

Die radialen Anströmturbinen bekannter Turbolader haben

die Abgase um 90° oder mehr in ihrer Strömung zwischen dem Turbineneinlaß und dem Turbinenauslaß umgelenkt. Beic spiele solcher Turbinen werden auf Seite 1154 des'1980 Diesel and Gas Turbine Worldwide -Catalog^veröffentlicht von Diesel and Gas Turbine Progress, P.O.Box 26308, Milwaukee, Wisconsin 53226, gezeigt. Wie in diesem Katalog gezeigt wird enthält der schneckenförmige Abschnitt

,Q des Turbinengehäuses, der das Abgas des Verbrennungskraftmotors in den Turbineneinlaß leitet, häufig einen meridianalen oder mittigen Teiler, um die pulsierende Strömung des Abgases von einem Zylindersatz des Verbrennungskraftmotors in eine schneckenförmige Kammer und die

p. pulsierende .Abgasströmung von einem anderen Zylindersatz in eine andere schneckenförmige Kammer zu führen. Der zentrale Teiler des schneckenförmigen Gehäuses hält die Trennung der zwei pulsierenden Ströme aufrecht, um zu verhindern, daß die Pulse der Strömung von einem Zylinder_o satz die Strömung des Abgases vom anderen Zylindersatz und deren Einfluß auf die Turbine nachteilig beeinflussen. Solche geteilte Turbinengehäuse sind insbesondere in V-Motoren wünschenswert, in denen die Abgasströmung von einer Zylinderreihe einem Teil des geteil-

„,- ten Turbinengehäuses und die Abgasströmung von der anderen Zylinderreihe dem anderen Teil des Turbinengehäuses zugeführt wird. Solche Doppel-Strömungs-Turbinengehäuse sind aus der US-PS 36 1 4 259 bekannt.

_on Handelsübliche Motoren verwenden auch Turbinengehäuse, in denen die Abgasströme von zwei verschiedenn Zylindergruppen, z.B. der beiden Reihen eines V-Motors, zur Turbine des Turboladers auf zwei getrennten Strömungswegen geführt werden, die vor oder in dem Beginn des schneckenförmigen Abschnittes des Gehäuses enden. Aus der US-PS 39 30 747 ist ein Turbinengehäuse dieser Art bekannt, das den zusätzlichen Vorteil besitzt, daß jeder Abschnitt der geteilten Zuführung Abgas vom anderen Abschnitt ansaugen

kann, resultierend aus einer stärkeren und durch die Pulse bedingten Strömung, was den Rückstaudruck im Abgase system zu den Motorzylindern reduziert.

Für einen Turbolader ist die Verwendung reibungsarmer Wälzlager wünschenswert, z.B. von Kugel- oder Rollenlagern, um die Reibung zu reduzieren und hohe Drehgeschwin-

,Q digkeiten mit 'geringen Energieverlusten zuzulassen. Jedoch haben solche Lager in Turboladern mit Wellendrehzahlen im Bereich von 60 000 bis 80 000 s~ eine begrenzte Lebensdauer von annähernd 500 Betriebsstunden. Eine derart begrenzte Lebensdauer ist jedoch für Turbolader von

. ,- Verbrennungskraftmotoren nicht akzeptabel.

Lagerungssysteme für Turbolader müssen nach Massenproduktionsverfahren und ökonomisch herzustellen und zu handhaben sein. Zusätzlich müssen die Lagerungssysteme eine

„₀ lange Lebensdauer erbringen und-dürfen nicht schon nach relativ kurzen Zeitabschnitten wie nach 500 Betriebsstunden ausfallen. Da reibungsarme Lager wie Rollen- und Kugellager . teuer sind und eine für die kommerzielle Verwendung in Automobil-Motoren-Turboladern zu kurze Betriebs-

_,- und Lebensdauer erbringen, ist es üblich geworden, für diese Anwendungsfälle Buchsenlager (Gleitlager) einzusetzen .

Übliche Buchsenlager haben sich für solche Anwendungs- _n fälle jedoch als ungünstig erwiesen, da sie einen in der Praxis unvermeidlichen Unwuchtgrad der von ihnen gelagerten, drehbaren Teile nicht tolerieren und da sie nicht in der Lage sind, Resonanzvibrationen der drehenden Teile aufgrund solcher Unwuchten zu dämpfen. Anstatt um ein stationäres Zentrum zu rotieren, taumeln mit hoher Dreh-

zahl rotierende, unausgewuchtete Wellen um das Zentrum, derart, daß ihre Mitte in einer kreisförmigen oder in einer modifizierten kreisförmigen Bahn wandert. Die übli-

chen Lagerspiele begrenzen zwar das Ausmaß dieser Taumelbewegung; jedoch bei Drehzahlen im Bereich von 80 000 s~ oder mehr tritt ein metallischer Kontakt und damit rapider Verschleiß in den Lagerungen als Resultat eines Zusammenbruchs es Ölfilms ein, weil der Ölfilm zu hohen dynamischen und Lagerbelastungen unterworfen wird.

,Q Aus diesen Problemen resultiert eine Vielzahl bekannter Lagerungen. Unter den Patenten, die solche in Hinblick auf die vorerwähnten Probleme entwickelten Lagerungen offenbaren, sind auch die US-PSen 305 66 3^, 309 61 26, 339 09 26 und 399 33 70. Diese Patente betreffen Lagerun-

p. gen, die auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Stabilität erbringen und in der Lage sind, Vibrationen und Schockbelastungen aufzunehmen, die in Lagerungssystemen von Turboladern auftreten, und die preiswert herstellbar sind. Die in diesen Patenten offenbarten Lagerungs-

„_n systeme lösen das Stabilitätsproblem durch die Verwendung einer freischwimmenden Lagerbuchse zwischen der rotierenden Welle und ihrem stationären Stützglied, wobei die Lagerbuchse so ausgelegt ist,· daß sie einen Schmierfilm zwischen ihrer inneren Oberfläche und der rotierenden Welle und zwischen ihrer äußeren Oberfläche und dem stationären Stützglied erzeugt. In solchen Lagerungssystemen kann die Lagerbuchse frei rotieren, jedoch mit einer Drehzahl, die erheblich geringer ist, als die Drehzahl der rotierenden Welle. Die Lagerbuchse ist ferner radial in Abhän-

qn gigkeit von Unwuchten der rotierenden Welle bewegbar. Der Freiheitsgrad der radialen Bewegung läßt eine Rotationsbewegung der Welle außerhalb deren Massenzentrum zu, wobei der innere und der äußere Schmierfilm für die notwendige Schmierung und die Polsterung gegen Vibrationen und

„ρ- Schocklasten sorgen. Auf diese Weise wurde das Problem der Ölverwirbelung gelöst, bei der die Drücke im Schmierfilm gegen Null gehen und die Welle die Lagerfläche unmittelbar berühren konnte.

τ-·

Aus diesen Patenten bekannte Lagerungen sind ferner mit Schublagerflächen ausgestattet, beispielsweise wie dies g die US-PS 339 09 26 zeigt, und verwenden einen erhöhten Reibungswiderstand an der äußeren Buchsenoberfläche zum Verringern der Drehgeschwindigkeit der Lagerbuchse auf einen Bruchteil der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Welle. Ferner sind Strömungsdurchgänge innerhalb des La-,0 gers vorgesehen, die das Schmiermittel von der äußeren Fläche zu den innenliegenden Flächen und auch zu den Schublagerflächen führen.

Weitere auf Turbolader-Lager gerichtete Patente, in de-. ρ- nen das Stabilitätsproblem zu lösen versucht wurde, sind die US-PSen 304 36 36 und 381 17 41. Jedoch sind die Lagerungen dieser bekannten System mit erheblichen hydrodynamischen Verlusten behaftet, die die Leistungsfähigkeit des Turboladers reduzieren. Die früher handelsübii-„„ chen Turbolader enthalten viele Merkmale, aufgrund derer sie automatisch nur schwer und teuer herstellbar sind. Viele ihrer Konstruktionsmerkmale erfordern einzelne Herstellungsschritte oder Befestigungselemente, die die Verwendung von Robotern bei der Herstellung oder dem Zusara-„p. menbau der Turbolader ausschließen. Beispielsweise ist es für einen Industrieroboter schwierig, kleine Spannringe, kreisförmige Klips, Befestigungselemente mit Gewinde und dergl. zu manipulieren.

Handelsübliche Turbolader werden in den US-PSen 329 20 92, 329 23 64, 327 04 95, 361 42 59, 393 07 47, 321 80 29, 340 80 46 und 342.39 26 beschrieben.

Die Erfindung vereinigt die Vorteile einer kombinierten „ Strömungsturbine, die durch die Auslaßöffnung des Turbinengehäuses in die Turboladeranordnung eingesetzt und daraus wieder entnommen werden kann, mit einem einsetzbaren Lagerungssystem für das Turbinenrad und das Kompres-

sorgebläse verbindende, drehbare Lager, und schafft eine Anordnung und eine Konstruktion von Teilen, die den Turc bolader bilden und es gestatten, den Turbolader automatisch und mit programmierbaren Industrierobotern herzustellen.

In dem erfindungsgemäßen Turbolader kann das Turbinenrad ,Q in einer Lage benachbart zum Abgasauslaß des Turbinengehäuses durch die Auslaßöffnung des Turbinengehäuses eingesetzt werden, und zwar im wesentlichen entlang der Drehachse. Der Abgasauslaß des Turbinengehäuses und das Turbinenrad arbeiten zusammen und bilden eine kombinierte· te Strömungsturbine, in der Abgas von der Auslaßöffnung von der Rückseite in das Turbinenrad geleitet wird, und zwar axial durch die Turbine und auf einem Durchmesser, der kleiner ist als der maximale Durchmesser der Schaufeln. Der Abschnitt des Turbinengehäuses, der den schnek-„_ kenförmigen Strömungsdurchgang oder schneckenförmige Strömungsdurchgänge benachbart zum Turbineneinlaß formt, ist im allgemeinen gegenüber dem Kompressor des Turboladers geneigt. Ein Hauptteil des Turbinengehäuses liegt im wesentlichen auf der Kompressorseite einer Ebene, die nor_ocmal zu der durch den hintersten Teil der Turbine verlaufenden Drehachse steht. Nahezu die gesamten Abgase treten in das Turbinenrad, ein und werden dann in der Auslaßöffnung der Turbine unter Winkeln umgelenkt, die kleiner als ein rechter Winkel in Bezug auf die Drehachse sind, _n .d.h. die im wesentlichen weniger als 90° betragen. In solchen Turboladern kann das Abgas von einer Seite des Turbinengehäuses im wesentlichen tangential zum mittigen Kern des Turbinenrades und in einer solchen Richtung strömen, daß seine Strömungsrichtung nur unter einem spitzen „£. Winkel von weniger als 45° umgelenkt wird. Das Abgas von der anderen Seite des Abgasauslasses des Turbinengehäuses wird im Bereich des mittigen Kernes des Turbinenrades so ausgerichtet, daß es auf den Kern unter einem Winkel von

weniger als 45° auftrifft und im allgemeinen um 90° oder weniger umgelenkt wird.

Sofern das Turbinengehäuse zwei schneckenförmige Strömungsdurchgänge für das Abgas bildet, liegt ein schnekkenförmiger Abschnitt im wesentlichen auf der Kompressorseite einer zur Drehachse normalen Ebene

,Q durch den hintersten Punkt der Turbineneinlaßöffnung.Der andere schneckenförmige Abschnitt liegt allgemein auf der Kompressorseite einer zur Drehachse normalen Ebene und geht durch den vordersten Teil der Turbineneinlaßöffnung. In derartigen Turboladern liegt der meridianale oder mit-

, e- tige Teiler des Turbinengehäuses, der die zwei schneckenförmigen Abgasströmungsdurchgänge bildet, allgemein auf der Kompressorseite einer zur Drehachse normalen Ebene, die durch den Abschnitt des Turbinenrades verläuft, die dem Kompressor am nächsten liegt. Beide Seitenflächen de.°

₂« mittigen Teilers schließen spitze Winkel mit der Drehachse der Turbine ein und leiten das Abgas allgemein in Richtung auf die Auslaßöffnung.

Die Erfindung betrifft ferner zuverlässige und reibungs-2jlose Wälzlager für solche Turbolader, wobei die Lager grundsätzlich einen äußeren Laufring aufweisen, der so ausgelegt ist, daß er in seinem Stützglied drehbar ist und ein Buchsenlager an einem Ende und ein Wälzlager am anderen Ende trägt. Das Buchsenlager wird durch das LaoQ gerungssystem innerhalb des Turboladers am turbinenseitigen Ende positioniert, während das Wälzlager durch das Lagerungssystem benachbart zum Kompressor am kühleren Ende der Maschine angeordnet sein kann. Das Lagerungssystem ist in ein stationäres Maschinenelement einsetzbar „ und stützt die Welle drehbar, die die Turbinen- und Kompressorräder an zwei beabstandeten Stellen trägt. Der äussere Laufring des Lagerungssystems hat zweckrnäßigerweise eine langgestreckte zylindrische äußere Lagerfläche, die

so ausgelegt ist, daß sie drehbar auf einem Schmierfilm im Berührungsbereich mit dem stationären Maschinenelec ment getragen wird. Ein solcher zweckmäßiger äußerer

Laufring und das Buchsenlager, das er trägt, können Strömungsdurchgänge enthalten, die einen Schmierfluß zur Berührungsfläche zwischen dem Buchsenlager und der drehenden Welle gewährleisten. Die innere Fläche des äußeren ,_n Laufringes kann einen vergrößerten Durchmesser aufweisen, um einen Schmierfluß vom Buchsenlager zu den Elementen des Wälzlagers zu gewährleisten.

Das dem Wälzlager benachbarte Ende des Lagerungss ystems .,. kann mit nach außen vorstehenden Flächen versehen sein, die im allgemeinen senkrecht zur Drehachse verlaufen und Schublagerungen bilden, die dadurch dem kühleren Ende der Maschine benachbart liegen. In einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgernäßen Lagerungssystems schmiert _on der äußeren Lagerfläche des äußeren Laufringes zugeführtes Schmiermittel auch eine der nach außen quer verlaufenden und vorstehenden Schublagerflächen. Der inneren Fläche des Buchsenlagers zugeführtes Schmiermittel schmiert auch die Wälzelemente des reibungs^rmen'Lagers „p. und kann nach dem Verlassen des reibungsarmen Lagers auch die andere nach außen und quer,vorstehende Schublagerfläche schmieren.

Das Lagerungssystem ist im Hinblick auf das stationäre

_n Maschinenelement dimensioniert, in welches es passen oU

muß, so daß es über die Welle leicht in das stationäre Maschinenelement einsetzbar und dann in Abhängigkeit von Unwuchten der durch die Welle getragenen Massen auf Schmierfilmen frei radial bewegbar ist.

In erfindungsgemäßen Turboladern ist nach dem Entfernen von Teilen der das Kompressorgehäuse bildenden Teile und des Kompressorrades das Herausnehmen der Welle und des

Turbinenrades durch die Auslaßöffnung des Turbinengehäuses an einem. Ende des Turboladers möglich und auch das g Ausbauen des Lagerungssystems durch das andere Ende des

Turboladers. Das einsetzbare Lagerungssystem positioniert das Buchsenlager benachbart zur Turbine und das Wälzlager benachbart zum Kompressor und formt in einer zweckmäßigen Ausführungsform herausnehmbare Schublagerflächen an dem -,Q dem Kompressor benachbarten Ende, die mit dem Lagersupport des Turboladers und mit einem Abschnitt des Kompressorgehäuses nach dem Zusammenbau des Turboladers zusammenwirken.

j^g Der erfindungsgemäße Turbolader ist zum automatischen Zusammenbau konzipiert, und insbesondere zum Zusammenbau entlang seiner Drehachse unter Verwendung■eines Industrieroboters. Das Turbinenrad kann in dem Turbolader durch die Turbinenauslaßöffnung im wesentlichen entlang seiner

„„ Mittelachse positioniert werden. Es können deshalb das Turbinengehäuse und das Turbinenrad mit der vorläufig befestigten, drehbaren Welle auf diese Weise zusammengebaut werden. Das Lagergehäuse ist so ausgelegt, daß es auf dem Turbinengehäuse festsetzbar ist; das Lagerungs-

2g system selbst ist beim Zusammenbauen dadurch einsetzbar, daß es über die Wolle und in das Lagerungsgehäuse eingepaßt wird. Die den Kompressor bildenden Teile können auf ähnliche Weise entlang der Drehachse des Turboladers zusammengebaut werden, wenn ein erster Kompressorgehäuseabschnitt

₃q auf das Lagerungsgehäuse aufgesetzt und dann die Anordnung mittels eines Umfangsbefestigungsteiles zusammgengezogen wird, der am Turbinengehäuse und dem ersten Kompressorgehäuseabschnitt angreift. Das Kompressorrad kann dann auf die Welle aufgesetzt und befestigt werden, ehe ein

„p. zweiter Kompressorgehäuseabschnitt auf dem ersten Kompressorgehäuseabschnitt aufgesetzt und mit einem anderen Umfangsbefestigungselement festgelegt wird.

Die Abschnitte des Turbinengehäuses, des Lagergehäuses und die ersten und zweiten Kompressorgehäuseabschnitte,

._ die beim Zusammenbau aneinander angesetzt werden, köno

nen mit rampenartigen kegeligen Flächen ausgestattet sein, um beim Zusammenbau das Ineinanderführen der zusammengehörenden Abschnitte zu unterstützen. Zusätzlich können der vordere innere Umfangsrand des Buchsenlagers und der äußerste Umfangsrand der Welle_/über den das Buchsenlager geschoben werden muß, mit entsprechenden Radien versehen sein, und auch der Abschnitt der Welle, der unmittelbar benachbart zum äußersten Umfangsrand der Welle liegt, kann mit einer hohlen und gerundeten Nut versehen sein, um das Einsetzen des Lagerungssystems zu unterstüt-■

zen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend im Detail erläutert.Es zeigen:
20

Fig. 1 einen Achsschnitt eines erfindungsgemäßen Turboladers in der Drehachse,

Fig. 2 einen Achsschnitt in der Drehachse

eines Details einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 3 einen teilweisen Achsschnitt in . 30

der Drehachse bei einem Detail einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 einen Teilachsschnitt eines erfindungsgemäßen Turboladers unter Ver-35

deutlichung des Lagerungssystems,

Fig. 4a eine teilweise Achsschnittansicht

eines Wälzlagerendes des Lagersystems gemäß der Erfindung, wobei

ein konventionelles Lager in das Lagersystem eingegliedert ist, und

Fig. 5 einen teilweisen Achsschnitt durch jQ ein Detail des Lagerungssystems

sowie einen Teil der Welle, auf die das Lagerungssystem aufschiebbar ist.

jg Gemäß Fig. 1 enthält ein Turbolader allgemein Mittel 11, die eine Turbine an^: einem Ende definieren, sowie Mittel 12, die einen Kompressor am anderen Ende definieren. Ferner sind dazwischen Mittel 13 vorgesehen, die eine drehbare Welle zwischen der Turbine und dem Kompressor ab-

2Q stützen und deren Lagerungssystem definieren.

Die die Turbine definierenden Mittel enthalten ein Turbinengehäuse 20 und ein Turbinenrad 30 mit einer Vielzahl von Schaufeln 31, die sich von einem zentralen Kern oder

op- einer Nabe 32. nach außen erstrecken. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, haben Spitzen 31a der Turbinenschaufeln 31 einen maximalen »Durchmesser, mit dem sie entlang der Mittelachse 22, die allgemein die gewünschte Drehachse der drehenden Teile des Turboladers 10 ist, durch die Aus-

OQ laßöffnung 21 des Turbinengehäuses passen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, formt das Turbinengehäuse 20 einen schneckenförmigen Abschnitt 23, der sich um den Umfang des Turbinenrades 30 erstreckt und eine Abgasauso₅ laß- bzw. Turbineneinlaßöffnung 24 bildet. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsfo.rm ist der schneckenförmige Abschnitt 23 des Turbinengehäuses 20 mit einem meridianalen öder mittigen Teiler 25 versehen, der zwei schnek-

kenförmige Strömungsdurchgänge 26 und 27 trennt, die sich um den Umfang erstrecken und mit ihren jeweiligen Gasausg lassen durch eine Turbineneinlaßöffnung 24 in die Turbine münden. Die Turbineneinlaßöffnung 24 wird durch einen Turbinengehäuseabschnitt 23a an der Rückseite der Turbine und einem Gehäuseabschnitt 23b gebildet, der den vordersten Rand der Turbineneinlaßöffnung definiert. Mit

,Q "rückwärts" wird in der weiteren Beschreibung der Turbinenmittel 11 auf diejenigen Teile verwiesen, die den Kompressormitteln 12 am nächsten liegen. Mit "vorne" werden bei der Beschreibung der Turbinenmittel 11 diese Abschnitte angesprochen, die mehr in Richtung zur Turbinenaus-

, ι- laßöffnung 21 liegen.

Gemäß Fig. 1 liegt der die schneckenförmige Führung zur Turbineneinlaßöffnung 24 formende Turbinengehäuseabschnitt 23 im allgemeinen hinter einer senkrecht auf die Drehach-

_on se 22 stehenden Ebene durch einen hintersten Abschnitt 32a des Turbinenrades. Der schneckenförmige Strömungsdurchgang 26 und der mittige Teiler 25 in dem mittig geteilten Turbinengehäuse gemäß Fig. 1 liegen im wesentlichen hinter der Ebene, in der der hinterste Abschnitt 32a der Tur-

₂f- bine 30 rotiert. Der schneckenförmige Strömungsdurchgang 27 liegt im wesentlichen hinter dem vordersten Punkt 23b der Turbineneinlaßöffnung 24.

Eine äußere Fläche 33 des mittigen Kernes 32 der Turbine 30 ist so ausgebildet, daß Linien, die im wesentlichen entlang der Drehachse 22 und tangential zur Fläche 33 über die gesamte axiale Länge des Kernes 32 verlaufen, in bezug auf die Drehachse 22 unter spitzen Winkeln, vorzugsweise weniger als 50°, liegen. Wie die Fig. 1 und 2 hervorheben, beträgt der eingeschlossene Winkel benachbart zum Turbineneinlaß 32a annähernd 45°. Dieser Winkel nimmt· im wesentlichen in Richtung zum Turbinenauslaß 21 ab.

Bei der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die
Spitzen der Turbinenschaufeln 31a unter Ausformen von Abschnitten 31b nach rückwärts, so daß sie unmittelbar benachbart zu einem innersten Ende 25a des mittigen Teilers 25 des schneckenförmigen Abschnittes 23 liegen. Die hinterste Innenfläche des schneckenförmigen Abschnittes 23 des Gehäuses 20 benachbart zum Turbineneinlaß 24, d.h.
bei 23a, leitet Abgase, die den schneckenförmigen Strömungsdurchgang 26 verlassen, in eine Richtung, die im
wesentlichen parallel zur äußeren Fläche 33 des mittigen Kernes 32 des Turbinenrades an dessen hinteren Ende,d.h. benachbart zu 32a, ist. Die innere Fläche 25b, die den
schneckenförmigen Strömungsdurchgang 26 bildet, liegt in bezug auf die äußere Fläche 33 des mittigen Kerns 32 der Turbine und in bezug auf die Drehachse 22 mit einem solchen Winkel, daß sie Abgas in bezug auf die äußere Fläche 33 des mittigen Kerns und in bezug auf die Drehachse 22 mit spitzen Winkeln leitet; Das Abgas wird dann von dem schneckenförmigen Strömungsdurchgang 27 mit einem im wesentlichen spitzen Winkel in bezug auf die äußere Fläche 33 des mittigen Kerns 32 des Turbinenrades 30 weitergeführt. Die Fläche 25c, die den schneckenförmigen Strömungsdurchgang 27 bildet, leitet Abgas vom schneckenförmigen Strömungsdurchgang 27 mit einem spitzen Winkel

auf die äußere Fläche 33 des mittigen Kerns 32 der Turbine 30 und im wesentlichen in Richtung zur Auslaßöffnung 21. Auf diese Weise wird bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen das gesamte Abgas, das den schneckenförmigen Abschnitt 23 des Turbinengehäuses 20 verläßt, mit einem spitzen Winkel in bezug auf die Drehachse der Turbine und im wesentlichen in Richtung auf die Auslaßöffnung 21 der Turbine geführt und ist der
schneckenförmige Abschnitt 23 des Turbinengehäuses 20
hinter der Turbine schräg geneigt.

Die Merkmale des Turboladers 10, die in den die Turbine

formenden Mitteln vorliegen, schaffen eine Misch-Strömungsturbine, d.h. eine Turbine mit axialer und radialer ρ- Strömung, woraus eine Reduzierung der Energieverluste beim Umlenken der Abgase resultiert. Diese Ausbildung gestattet es ferner, die Enden der Turbinen-Schaufeln bis nahe an das Ende einer mittigen Teilwand des schnekkenförmigen Abschnittes des Turbinengehäuses zu verlängern, um einen Gasaustausch zwischen den geteilten Strömungswegen zu reduzieren, d.h., zwischen den verwirbelnden Strömungsdurchgängen 26 und 27. Dadurch arbeitet die Turbine mit größerer Leistung, und zwar wegen ihrer axialen Durchströmung wegen einer verringerten Verrnischung und geringerer Verluste in der Turbineneinlaßöffnung und wegen verringerter Energieverluste bei der Umlenkung der Abgase. Beispielsweise wird Abgas von dem Verwirbelungsströmungsdurchgang 26 um einen spitzen Winkel von im wesentlichen weniger als 45° (d.h. sogar weniger als 30° bis 45°) bei seinem Durchgang durch die Turbine um-

gelenkt. Das Abgas von dem Verwirbelungsströmungsdurchgang 27 wird im Bereich des mittigen Kernes 32 des Turbinenrades 30 mit einem Winkel geführt, der kleiner als 30° bis 40° ist, und in einer solchen Richtung, daß ein „c größerer Teil des Abgases aus dem Verwirbelungsströmungsdurchgang 27 um weniger als 90° umgelenkt wird.

Das Turbinengehäuse 20 enthält Sitzflächen 28a und 28b zum Einsetzen und Positionieren eines Lagerungsgehäuses

40 in bezug auf die gewünschte Drehachse 22 des rotieren-3U

den Systems des Turboladers. Das Lagerungsgehäuse 40 ist so ausgebildet, daß es das Lagerungssystem der Turbine ■ gegen die Hitze der Turbinenmittel 11 abschirmt. Ein Hitzeschild 41 wird durch Flächen 28a und 28b des Turbinen_o_ gehäuses 20 abgestützt. Mittel 13, die die Lagerabstüt-

zung definieren, enthalten einen Abschnitt 42, der das Lagerungssystem zusätzlich gegenüber den Turbinenmitteln 11 isoliert und Flächen schafft, an denen Kolbenringe

^T*

auf der Welle in einer später zu erläuternden Weise angreifen können. Gemäß Fig.1 ist aufgrund der Konstruktiv tion und der Anordnung des Turbinengehäuses 20 und des Turbinenrades 30 kein zusätzliches Sicherungsglied unmittelbar benachbart zur Rückseite des Turbinenrades erforderlich.

^q Gemäß den Fig. 1 und 4 ist ein Lagerungssystem 50 vorgesehen, mit dem eine Schnellaufende Welle 34 im Lagerungsgehäuse 40 des Turboladers abgestützt ist. Das Lagerungssystem enhält einen äußeren Laufring 52 der im Lagerungsgehäuse 40 drehbar ist und ein Buchsenlager 54 an einem

, p. Ende sowie ein Wälzlager 56 am anderen Ende trägt.

Gemäß den Fig. 1 und 4 positioniert das Lagerungssystem das Buchsenlager 54 benachbart zum heißen Ende der Maschine, d.h. benachbart zu den Turbinenmitteln 11, und ^₀ positioniert das Wälzlager 56 benachbart zum kühleren Ende der Maschine, d.h. benachbart zu den Kompressormitteln 12.

Das Buchsenlager kann eine Kupfer-Blei-Buchse 54a ent-„,_ halten, die in den äußeren Laufring 52 eingepreßt ist. Das Wälzlager 56 enthält einen inneren Laufring 56a und eine Vielzahl von Wälzelementen 56b zwischen der Welle und dem äußeren Laufring 52.

_or. Der äußere Laufring 52 kann an seiner inneren Fläche maschinell bearbeitet sein, um mit dem inneren Laufring 56a und 'der Vielzahl der Wälzelemente 56b zur Schaf rung eines reibungslosen Lägers am dem Buchsenlager 54 abgewandten Ende zusammenzuarbeiten. Der äußere Laufring

könnte jedoch auch ein konventionelles Wälzlager, wie ο ο

beispielsweise in Fig. 4A gezeigt, enthalten. Der äußere Laufring 52 weist eine äußere Lagerfläche 52a auf, die in der inneren Lagerfläche 40a des Lagerungsgehäuses 40 dreh-

/18

bar getragen ist. Eine innere Fläche 52b des äußeren Laufringes erstreckt sich von dem dem Buchsenlager bejnachbarten Ende zum anderen das Wälzlager 56 formenden Ende^um einen Schmierfluß zu den Wälzelementen 56b des Wälzlagers 56 zu gewährleisten. Die äußere Fläche des äußeren Laufringes kann ferner ein Schublager bilden. Ein derartiges Schublager kann durch ein Paar nach außen

,Q vorstehender Flächen 52c und 52d gebildet werden, die sich quer zur Drehachse von der äußeren Fläche des äußeren Laufringes 52 wegerstrecken. Zweckmäßigerweise sind die Flächen 52c und 52d ein Paar zueinander beabstandeter und paralleler Flächen, die senkrecht auf die Dreh-

₁,- achse des rotierenden Systems gerichtet sind. Es ist jedoch nicht notwendig, daß die Schublagerflächen normal • zur Drehachse stehen oder zueinander parallel sind. Beispielsweise könnte die Fläche 52d durch den Abschnitt des äußeren Laufringes gebildet werden, der unmittelbar

__n benachbart zu den Wälzelementen 56b ist, im Gegensatz zu der abgewandt liegende Fläche 52c, wie Fig.1 zeigt.

Gemäß der Erfindung ist das gesamte Lagerungssystem 50 im Lagerungsgehäuse 40 frei drehbar. Gemäß den Fig. 1 ' und 4 wird ein Schmiermittel (z.B.öl) in Strömungsdurchgänge 42 und 44 im Lagerungsgehäuse 40 eingeführt. Das Schmiermittel strömt durch die Durchgänge 42 und 44 zur gemeinsamen Zone zwischen dem Lagerungsgehäuse 40 und dem äußeren Laufring 52 des Lagerungssystems. Der Lagerspalt _n für den Schmierfilm liegt zwischen dem äußeren Laufring 52 und dem Lagerungsgehäuse 40 in einem Bereich von annähernd 0,0051 cm bis annähernd 0,0102 cm. Gemäß Fig.1 enthält der äußere Laufring 52 einen Strömungsdurchgang 52e. Die Lagerbuchse 54a enthält einen korrespondieren-

„._ den Strömungsdurchgang 54b um auch einen Schmierfluß zur do

inneren Lagerfläche des Buchsenlagers 54 zu gewährleisten. Der Lagerspalt für den Ölfilm liegt zwischen dem

it

Buchsenlager 54 und der Welle 34 in einem Bereich von annähernd 0,0025 cm bis annähernd 0,0051 cm.

Gemäß Fig. 1 kann das Lagerungssystem 50 in den Turbolader 10 eingesetzt werden, wenn die Kompressormittel 12 entfernt sind, d.h., wenn Endgehäuse 70 und 71 sowie ein Kompressorrad 72 aus der Maschine entnommen sind.

.Q Das Einsetzen des Lagerungssystems 50 in den Turbolader 10 läßt sich durch einfaches Aufschieben des Lagerungssystems 50 über das kompressorseitige Ende der Welle 34 durchführen, wobei das Buchsenlager 54 vor dem Wälzlager 56 aufgesteckt wird. Gemäß Fig. 5 ist der vordere innere

._ Rand des Buchsenlagers mit einem Radius ausgestattet, wie auch der äußere Rand der Welle, über die das Buchsenlager geschoben wird,wobei dort eine ausgehöhlte, gerundete Nut 34b vorgesehen ist, die das Aufsetzen des Lagerungssystems unterstützt. Mit den vorerwähnten Lagerspalten

_on läßt sich das Lagerungssystem 50 zwischen dem Gehäuse und der Welle 34 mit verhältnismäßig wenig Aufwand einsetzen. Der innere Laufring 56a des Wälzlagers 56 wird nach dem Einsetzen durch ein Abstandselement 58 festgeklemmt, wenn das Kompressorgebläserad 72 auf der Welle

„c 34 befestigt wird, so daß der innere Laufring 56a mit der Welle 34 gedreht wird. Es ist auch möglich, den inneren Laufring 56 zu verlängern und damit das Abstandselement 58 bei verschiedenen Anwendungsfällen wegzulassen.

Im Turbolader sind die Turbinenmittel 11 den heißen Abgasen ausgesetzt und die rotierende Welle 34 wird deshalb an ihrem turbinenseitigen Ende erhitzt, so daß sie axial in Abhängigkeit von der thermischen Expansionsfä-„,_ higkeit des Materials expandieren muß, aus dem sie besteht. Im erfindungsgemäßen Lagerungssystem sind benachbart zum Wälzlager am kühlen kompressorseitigen Ende der Maschine Schublagerflächen vorgesehen. Das Buchsenlager

ist am türbinenseitigen Ende der Maschine angeordnet; die Welle 34 kann sich durch das Buchsenlager in Abhängigkeit ι- von der Hitze, der sie ausgesetzt ist, ausdehnen.

Ein weiteres Merkmal des Lagerungssystems ist die Anordnung der Schublagerflächen 52c und 52d. Gemäß Fig. 1 und Fig. 4 kann das Lagerungsgehäuse 40 mit einer Endfläche

,Q 40c versehen sein, die mit der nach außen vorstehenden Lagerungsfläche 52c an der äußeren Fläche des äußeren Laufringes 52 des Lagerungssystems zusammenarbeitet. Zusätzlich kann ein Kompressorgehäuseabschnitt 70 mit einer Lagerfläche 70d versehen sein, die mit der nach außen vorstehenden Schublagerfläche 52d des äußeren Laufringes 52 des Lagerungssystems zusammenarbeitet. Nach dem Einsetzen des Lagerungssystems 50 in die Maschine und nachdem der Kompressor-Qehäuseabschnitt 70 an der Maschine befestigt worden ist,z.B. durch ein Umfangsbefestigungs-

_on element 68, wird zwischen den Flächen 52c und 52d des äußerten Laufringes 52 und den korrespondierenden stationären Flächen 40c und 7Od der Maschine ein Schublager gebildet. Die Abmessungen des Systems sind so, daß ein Endspalt oder ein axialer Spalt zwischen den Flächen 52c

„ρ- und 52d des äußeren Laufringes und den Flächen 40c und ,7Od der Maschine in einem Bereich von annähernd 0,0102 cm bis annähernd 0,0204 cm vorliegt. Gemäß den Fig. 1 und 4 strömt das dem gemeinsamen Bereich zwischen der äußeren Lagerfläche 52a des äußeren Laufringes und der

„₀ inneren¹ Lagerfläche 40 des Lagerungsgehäuses durch Strömungsdurchgänge 42 und 44 zugeführte Schmiermittel auch zwischen die Schublagerfläche 52c und die korrespondierende Fläche 40c des Lagerungsgehäuses 40, um dieses Schublager zu schmieren.

Das Lagerungssystem gemäß der Erfindung gewährleistet auch die Schmierung des Buchsenlagers, des Wälzlagers und der anderen Schublagerfläche. Zusätzlich zum Öl im

gemeinsamen Bereich zwischen der äußeren Fläche des äußeren Laufrings und dem Lagerungsgehäuse 40 durch den Strops mungsdurchgang 42 zugeführtes Schmiermittel wird durch einen Strömungsdurchgang 52e des äußeren Laufringes und einen Strömungsdurchgang 54b des Buchsenlagers 54 strömen.
Dieses Schmiermittel bildet einen Schmierfilm zwischen der rotierenden Welle 34 und der Buchse 54a. Ein Teil des für das Buchsenlager 54 bestimmten Schmiermittels wird von dem Buchsenlager in Richtung zum Wälzlager 56 strömen. Das
Schmiermittel wird dann zur inneren Fläche 52b des äußeren Laufringes 52 abgeschleudert und darüberfließen und so
einen Schmierfluß zu den Wälzelementen 56b des Wälzlagers _1C 56' bilden. Nachdem das Schmiermittel aus dem Wälzlager 56

ausgetreten ist, fließt es in den gemeinsamen Bereich zwischen die Schublagerfläche 52d und die korrespondierende Lagerfläche 70d des Kompressorgehäuseabschnittes 70 und
schmiert dort das andere Schublager. Wenn der Schniierfluß vom Buchsenlager 54 zum Schublager ungenügend ist, kann
auch ein axialer Strömungsweg vom Strömungsweg 44 des Lagerungsgehäuses zu und durch den Abschnitt des äußeren
Laufringes 52 gelegt werden, der zwischen den Flächen 52c und 52d vorliegt.

Nachdem das Schmiermittel das Lagerungssystem verlassen

hat, fließt es nach außen aus der Maschine, beispielsweise durch die in üblicher Weise in der Maschine angeordneten Abflußöffnungen.

■

Das Lagerungssystem .gemäß der Erfindung kann in radialer· Richtung unter Wirkung von Unwuchtbedingungen der von der rotierenden Welle getragenen Massen nachgeben. Eine zufriedenstellende Stabilität des Lagerungssystems wird erreicht, wenn der äußere Laufring des Lagerungssystems mit annähernd der halben Drehzahl der Welle rotiert. Jedoch ist es zweckmäßig, wenn der äußere Laufring noch langsamer rotiert, da die Stabilität noch mehr verbessert wird, wenn die Dreh-

3A90164

zahl des äußeren Laufringes ein noch kleinerer Bruchteil der Drehzahl der rotierenden Welle ist. Mit der Erfindung ist es möglich die Drehgeschwindigkeit des äußeren Laufringes auf einen Bereich von annähernd 1/3 bis annähernd 1/10 der Drehgeschwindigkeit der Welle begrenzen und zwar durch den Reibungswiderstand, der sich an der langgestreckten zylindrischen Lagerfläche 52a und den Schub-

,Q lagerflächen 52c und 52d bei der bevorzugten Ausführungsform ergibt. Eine so niedrige Drehzahl des äußeren Lauf--; ringes verringert die Relativgeschwindigkeit zwischen den Wälzelementen des Wälzlagers und dem äußeren Laufring und verbessert die Standzeit des Wälzlagers erheblich und re-

, ρ- duziert die mit dem Wälzlager und dem Buchsenlager einhergehenden Reibungsverluste erheblich. Es wird angenommen, daß das optimale Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit des äußeren Laufringes und der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Welle -etwas kleiner als 0,3 ist.

. .

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die äußere Fläche 52a des äußeren Laufringes 52 eine langgestreckte zylindrische Lagerfläche. Eine derartige Fläche schafft einen nennenswerten Reibungswiderstand im Lagerungsgehäuse 40 und reduziert auf diese Weise die relativen Drehgeschwindigkeiten zwischen dem äußeren Laufring und den Wälzelementen 56b und zwischen den-Wälzelementen· 56b und deren inneren Laufring 56a sowie zwischen dem Buchsenlager 54 und der Welle 34 in einem erheblichen Ausmaß. Zusätz-

„₀ lieh ist bei dem bevorzugten Ausführüngsbeispiel ein erheblicher Abstand zwischen dem Buchsenlager 54 und dem Wälzlager 56 vorgesehen und wird ein einzelnes, leicht einsetzbares Lagerungssystem für die Welle 34 geschaffen. Auf diese Weise schafft das Lagerungssystem gemäß der Er-

_QC- findung ein reibungs armes Turboladerlagerungssystem. Das Lagerungssystern ist in radialer Richtung in Reaktion auf Unwuchten der'rotierenden Masse beweglich. Zusätzlich reduziert das Lagerungssystern die relativen Drehgeschwindig-

keiten zwischen der Welle und dem Lagerungssystem und zwischen dem Lagerungssystem und dem stationären Maschinen-

c element, wodurch die Ölverwirbelungsprobleme eleminiert und die Betriebslebensdauer des Lagerungssystems verbessert werden. Schubbelastungen können am kompressorseitigen Ende des Turboladers aufgenommen werden, während sich die Welle in Reaktion auf die Hitzebelastung durch das

~ Buchsenlager am turbinenseitigen Ende der Maschine frei ausdehnen kann. Im Lagerungssystem dämpfen die Ölfilme die rotierende Welle gegen Schockbelastungen und Vibrationen, gewährleisten eine ausreichende Schmierung, führen Reibungshitze von den Lagerflächen ab und haben ferner die

,_ Tendenz, von der Welle vom heißen Ende der Maschine zu-Io

geführte Wärme abzuführen. Das Lagerungssystem ist einfach und kostengünstig herstellbar und schafft ein totales Lagerungssystem,das leicht in eine Maschine eingesetzt werden kann und damit deren Herstellung, Reparatur

und Wartung kostengünstig macht. Der äußere Laufring des A U .

Lagerungssystems kann aus Stahl bestehen. Das Lagerungsgehäuse kann dagegen entweder aus Aluminiumguß oder Gußeisen bestehen.

_or_ Die Mittel 12 zum Bilden des Kompressors bestehen im we-

sentlichen aus drei oder vier Hauptteilen: dem ersten Kompressorgehäuseabschnitt 70, einem zweiten Kompressorgehäuseabschnitt 71, einem Kompressorgebläserad 72 und dem Umfangsbefestigungselement 73, das an den ersten und zweiten Kompressorgehäuseabschnitten angreift und diese

aneinander festlegt.. Der erste Kompressorgehäuseabschnitt 70 enthält Flächen 70a und 7Ob₇ die an dem Lagerungsgehäuse 40 anliegen und das Kompressorgehäuse, d.h. die Abschnitte 70 und 71, um die Drehachse 22 des Turboladers

positionieren. Wie bereits erwähnt wurde,kann der erste 35

Kompressorgehäuseabschnitt eine Lagerfläche 7Od aufweisen, die mit dem Lagerungssystem zusammenarbeitet und ein Schublager bildet.

Der Turbolader gemäß Fig. 1 kann durch programmierte Industrieroboter oder ähnliche Automatenanordnungen leicht c zusammengebaut werden. Die Turbine 31 und die rotierende Welle 3^ sind vorher zusammengebaut und z.B. durch Lichtbogen-, Elektronenstrahl- oder Reibungs-Schweißen oder dergl. miteinander verbunden.

_n Erfindungsgemäß kann der Turbolader einfach durch Aufeinanderstapeln seiner Hauptkomponenten in Richtung der Drehachse vom turbinense.itigen Ende zusammengebaut werden. Seine aufeinandersetzbaren stationären Teile weisen Paßflächen auf, die das Positionieren des jeweils nachfolgenden Teils auf dem davor eingesetzten Teil erleichtern. Wie vor-.

stehend erläutert wurde,weisen die drehbaren Teile ein einsetzbares Lagerungssystem auf, mit dem die die Turbine und das Kompressorrad tragende Welle abstützbar ist. Die gesamte Anordnung wird nach dem Zusammenbau mittels nur zweier

Umfangsbefestigungselemente und eines einzelnen Gewindebe- A U ■ ⁱ

festigungselementes am kompressorseitigen Ende der rotierenden Welle fixiert. Die hauptsächlichen stationären Teile bestehen nur aus dem Turbinengehäuse, dem Lagerungsgehäuse und den beiden Kompressorgehäuseabschnitten. Die

Paßflächen, mittels derer die Flächen der Teile aufeinan-25

der ausrichtbar sind, können mit konischen Einlassen versehen sein, um eine in der Praxis unvermeidliche Fehlausrichtung zwischen den zusammenzusetzenden Teilen zu kompensieren und bei der ordnungsgemäßen Ausrichtung der Teile auf die Drehachse Hilfe zu leisten. Die beiden Umfangsbefestigungselemente können vor dem Festlegen von der Seite her aufgebracht werden. Das eine Umfangsbefestigungselement hält alle Turboladerteile, ausgenommen einen entfernbaren Kompressorgehäuseabschnitt und das Kompressorrad.

Das zweite Umfangsbefestigungselement hält dann den zwei-35

ten Kompressorgehäuseabschnitt an dem ersten und gestattet auch dessen Wiederabnahme ohne Zerlegen der restlichen Komponenten der Turbine.

Beim Zusammenbauen des Turboladers gemäß Fig.1 kann die Turbine 30 mit der Welle 34 auf einem Montagesockel mit c Halterung plaziert werden, ehe das Turbinengehäuse 20 vertikal aufgesetzt und nach unten über die Turbinenwelle geschoben wird. Der Metallblech-Hitzeschild 41 kann dann auf den Flächen 28a und 28b des Turbinengehäuses 20 angeordnet werden. Eine Montagehülse kann dann über die Welle 34 ge-

.Q steckt werden, um einen Kolbenring 35 in die Nut 34a der Welle einführen zu können. Danach wird die Montagehülse entfernt. Das Lagerungsgehäuse 40 wird dann in vertikaler Richtung über die Welle 34 und über den Kolbenring 35 geschoben, bis es auf der Fläche 28 unter Zwischenlage des

_T ρ- Hitzeschildes 41 positioniert ist. Dann wird das Lagerungssystem 50 über die Welle 34 geschoben, bis die Schublagerfläche 52c an der korrespondierenden Schublagerfläche 40c des Lagerungsgehäuses 40 anliegt. Danach wird der erste Kompressorgehäuseabschnitt 70 dadurch auf dem Lägerungsgehäuse 40 positioniert, daß seine Lagerflächen 70a und 70b auf das Lagerungsgehäuse 40 aufgesetzt werden. Das Umfangsbefestigungselement 68 wird so angesetzt, daß seine Flächen das Turbinengehäuse 20 und den ersten Kompressorgehäuseabschnitt 70 ergreifen und wird dann durch druck-

„p. oder federgespannte Klemmittel oder andere Klemmen festgelegt.

Ein Kolbenring-Einbauwerkzeug wird dann in den ersten Kompressorgehäuseabschnitt 70 eingesetzt, ehe ein Kolbenring 36 bis in die Nut 58a in dem Abstandselement 58 (oder im inneren Laufring 56a des Lagerungssystems) eingeführt worden ist. Das Einbauwerkzeug wird dann entfernt, ehe das Kompressorrad 72 auf die Welle 34 aufgeschoben und gegen das Abstandselement 58 (oder den inneren Laufring 56a) angelegt wird. Dann wird der zweite Kompressorgehäuseabob

schnitt 71 auf dem ersten Kompressorgehäuseabschnitt 70 mittels der Lagerungsflächen 70c und 70e der beiden Gehäuseabschnitte positioniert. Danach wird das Umfangsbe-

3Λ9016Α

ab

festigungselement 73 über die beiden Gehäuseabschnitte 70 und 71 gelegt und angezogen. Diese Arbeitsschritte können durch einen programmierten Roboter durchgeführt werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, daß eine Befestigungsmutter 79 von Hand eingesetzt und mit einem Drehmomentschlüssel bis auf einen korrekten Dreh-•jQ momentwert angezogen wird, um den Turbolader endgültig zusammenzubauen. Die Befestigungsmutter 79 kann dabei auf die Welle 3*J durch die Kompressoreinlaßöffnung aufgeschraubt werden.

, ,- Die Fig. 2 und 3 zeigen teilweise Schnittansichten anderer Ausführungsformen eines Turboladers;bei dem die Turbinenschaufeln auf eine etwas andere Weise auslaufen. Die Fig. 2 und 3 zeigen nur die Mittel 11 zum Bilden der Turbine, während die verbleibenden Abschnitte des Turboladers denen ' von Fig. 1 entsprechen. Bei der Ausführungsform von Fig.2 reicht der hinterste Punkt einer Spitze 31c einer Turbinenschaufel nach hinten bis unter den vordersten Punkt 23a am hinteren Ende des schneckenförmigen Gehäuses und liegt etwas innerhalb des schneckenförmigen Strömungsdurchganges

„,- 26. Dieses Prinzip hat die Tendenz, den Energietransfer vom Abgas im schneckenförmigen Strömungsdurchgang 26 auf das Turbinenrad 30 zu verbessern. Jedoch wird dabei das Trägheitsmoment des Turbinenrades 30 um seine Drehachse vergrößert.

Bei der Ausführungsform von Fig.3 benötigt das schneckenförmige Gehäuse keinen mittigen Teiler oder einen meridianalen Abschnitt, sondern formt einen einzigen schneckenförmigen Strömungsweg 126 um das Turbinenrad 30. Bei dieser Ausführungsform ist das Trägheitsmoment des Turbinenrades 30 gegenüber denen der Ausführungsformen gemäß den Fig.1 und 2 reduziert, da die Turbinenschaufeln entlang einer Linie enden, die zwischen den hintersten und den

vordersten Teilen 23a und 23 b des Turbinengehäuses liegt, das die Turbineneinlaßöffnung 24 begrenzt.

Erfindungsgemäß lassen sich Turbolader preisgünstiger herstellen, die mit einem größeren Wirkungsgrad arbeiten,als die aus dem Stand der Technik bekannten Turbolader. Beim erfindungsgemäßen Turbolader ist ferner das Kontur-Schlei-

^q- fen des Außendurchmessers der Schaufeln des Turbinenrades entbehrlich. Es gibt nämlich keine engen Spalte zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse. Eine Seite der Kolbenringnut am kompressorseitigen Ende des Turboladers wird durch eine Fläche des Kompressorrades gebildet, wo-

, p. durch der schwierige Nutschleif-Vorgang überflüssig ist. Das Turbinenrad wird zusammen mit der Welle in das Turbinengehäuse eingesetzt oder es wird das Turbinengehäuse über das Turbinenrad durch die Auslaßöffnung gesteckt. Ea gibt nämlich keine Teile ,die in unmittelbarer Nachbarc^'naf'.

_nn zur Rückseite der Turbine vorlagen. Das Lagerungssystem wird durch eine einfache Anordnung gekühlt und geschmiert, die einen Schmierfluß zum Buchsenlager, zu den Wälzelementen des Wälzlagers und zu den Schublagerflächen zwischen dem Lagerungsystem und dem ersten Kompressorgehäuseab-

_₅ schnitt gewährleistet. Die Größen der Schublagerflächen des Lagerungssystems können auf einfache Weise in der Konstruktion variiert werden, ohne daß dies große Kosten verursacht , da das Lagerungssystem Schublagerflächen im gemeinsamen Bereich mit dem Lagerungsgehäuse und dem ersten

_n Kompressorgehäuseabschnitt bildet. Die drehbare Welle und SU

die daran festgeklemmten, mitdrehenden Abschnitte sitzen benachbart zu den Kolbenringbuchsen Rampen.die das Schmiermittel nach außen und von den Kolbenringdichtungen wegschleudern, so daß es vom Lagerungsgehäuse leicht entfernt _o_ werden kann. Die rotierende Welle kann sich durch das Buch-

senlager am turbinenseitigen Ende des Turboladers in Abhängigkeit von der Hitze von der Turbine frei ausdehnen. Durch die Verwendung der kombinierten Strömungsturbine

kann der Durchmesser des Turbinengehäuses reduziert und der Turbolader kompakt ausgebildet werden.

Obwohl nur bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt wurden, sind weitere Ausführungsbeispiele im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche denkbar.

Claims

20 Patentansprüche

/ Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor, wobei der Turbolader durch Automaten entlang seiner Drehachse zusammenbaubar ist, gekennzeichnet durch:

ein Turbinengehäuse (20), das an einem Ende eine Auslaßöffnung (21) und in der Drehachse (22)einen axialen Strömungsdurchgang und am anderen Ende einen in Umfangsrichtung um den axialen Strömungsdurchgang verlaufenden, schneckenförmigen Strömungsdurchgang (26,27,126) sowie eine innere ringförmige Öffnung (24) in den axialen Strömungsdurchgang aufweist,

eine an einem Ende ein Turbinenrad (30) tragende, drehbare Welle (3*O, die in ihrem mittleren Abschnitt eine La-

gerungsflache aufweist, wobei das Turbinenrad (30) e.inen maximalen Durchmesser (31a) aufweist, der kleiner ist als c der Durchmesser des axialen Strömungsdurchganges des Turbinengehäuses, derart, daß das Turbinenrad im wesentlichen entlang seiner Drehachse (22) in eine Arbeitsstellung benachbart zur innenliegenden ringförmigen Öffnung (24) bewegbar ist,

ein auf das Turbinengehäuse (20) aufsetzbares Lagerungsgehäuse (HO),das einen Lagerungssupport (40a) für die drehbare Welle (34) bildet und den Lagerungssupport gegen die Hitze im Turbinengehäuse und von der Turbine abschirmt,

ein über die drehbare Welle (34) und in das Lagerungsgehäuse (40) passendes Lager (50), das einen reibungsarmen Support für die Lagerfläche des mittleren Abschnittes der drehbaren Welle (34) bildet und ein Paar. Flächen (52c,52d) aufweist, die sich quer zur Drehachse (22) erstrecken, von denen die eine Querfläche (52c) mit einer korrespon-

dierenden und quer verlaufenden Fläche (40c) des Lagerungsgehäuses unter Ausbildung eines Schublagers in Schubrichtung des Turbinenrades zusammenarbeitet,

einen ersten und auf das Lagerungsgehäuse (40.) aufsetzbaren Kompressorgehäuseabschnitt (70), der eine sich quer zur Drehachse erstreckende Fläche (70d) aufweist, die mit der anderen, quer verlaufenden Flächef52d) des Lagers unter Bilden eines Schublagers in Schubrichtung des Kompressors zusammenarbeitet,

wobei das Turbinengehäuse (20) und der erste Kompressorgehäuseabschnitt (70) durch ein Umfangsbefestigungsmittel (68) gegeneinander klemmbar sind,

ein auf die drehbare Welle (34) aufsetzbares und darauf bef'estigbares Kompressorrad (72),und

einen zweiten auf den ersten Kompressorgehäuseabschnitt

(70) aufsetzbaren Kompressorgehäuseabschnitt (71),der einen Kompressoreinlaß und einen Kompressorauslaß begrenzt,

wobei die Kompressorg.ehäuseabschnitte durch ein Umfangsbefestigungsmittel (73) miteinander verbindbar sind.

2. Verfahren zum Herstellen von Turboladern für Verbrennungskraftmotoren mit Automaten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen eines Turbinengehäuses (20) mit einer Turbinenauslaßöffnung (21) und einem entlang der Drehachse (22) der Turbine verlaufenden .Strömungsdurchgang und einem eingeformten peripheren schneckenförmigen Strömungsdurchgang (26,27,126) mit einer inneren ringförmigen Öffnung (24) am kompressorseitigen Ende des Turbinengehäuses gegenüberliegend zur Auslaßöffnung (21) und mit einer nach außen weisenden Sitzfläche (28a) am kompressorseitigen Ende,

Anordnen einer vorgefertigten Einheit aus einem Turbinenrad (30) und einer drehbaren Welle (3¹O, die eine sich

von dem Turbinenrad weg erstreckende Lagerfläche besitzt,

Einsetzen der vorgefertigten Einheit in die Auslaßöffnung (21) des Turbinengehäuses (20) unter Positionieren des Turbinenrades (30) benachbart zur inneren ringle förmigen Öffnung und mit vom Turbinenrad und vom kompressorseitigen Ende des Turbinengehäuses sich nach außen erstreckender und die Lagerfläche tragender Welle (34),

Anbringen eines Lagerungsgehäuses (40) an der nach außen weisenden Sitzfläche (28a) am kompressorseitigen Ende des Turbinengehäuses, wobei das Lagerungsgehäuse an seinem . freien Ende eine nach außen weisende Lagerfläche (40c) besitzt,

Einsetzen eines Lagers (50) über die drehbare Welle (34) bis in das Lagerungsgehäuse (40), wobei das Lager (50) eine Lagerfläche aufweist, die mit der Lagerfläche der drehbaren Welle und der Lagerfläche am freien Ende des Lagerungsgehäuses zusammenwirkt,

Anbringen eines ersten Kompressorgehäuseabschnittes (70) auf dem Lagerungsgehäuse, um die spätere Lage eines zweige ten Kompressorgehäuseabschnittes (71) zu definieren, wobei der erste Kompressorgehäuseabschnitt in aufgesetzter Stellung eine Lagerfläche (7Od) für das Ende des Lagers (50) bildet,

Anbringen eines Kompressorrades (72) auf .der drehbaren Welle (34) und Befestigen des Kompressorrades an der Welle (34) und dem Turbinenrad (30),

Aufsetzen des zweiten Kompressorgehäuseabschnittes (71) auf den ersten Kompressorgehäuseabschnitt (70)_/um Kompressoreinlaß- und -auslaßöffnungen zu begrenzen, . '

Festlegen der einzelnen Komponenten des Turboladers mit

einem Umfangsbefestigungselement (68), das am Turbinengehäuse (20) und dem ersten Kompressprgehäuseabschnitt (70) angreift und diese zusammenhält und auf diese Wei-„J-. se das Lagerungsgehäuse (40) festlegt, und mit einem weiteren Umfangsbefestigungselement (73), das an den ersten und zweiten Kompressorgehäuseabschnitten angreift und diese miteinander verbindet.

3. Turbolader mit einem eine Auslaßöffnung (21) und einen schneckenförmigen Strömungsdürchgang (26,27,1-26) definierenden Turbinengehäuse (20), mit dem Gas einem Turbinenrad (30) zuführbar ist, das in dem Turbinengehäuse (20) in Reaktion auf den schneckenförmigen Strömungsdurchgang verlassendes Gas drehbar angeordnet ist,

mit einer durch das Turbinenrad antreibbaren, drehbaren Welle (34) mit Lagerungsmitteln (50) für die drehbare Welle (34)_/mit einem die Lagerungsmittel und die Welle innerhalb des Turboladers tragenden Lagerungsgehäuse (40),mit einem durch die rotierende Welle angetriebenen Kompressorrad (72), und mit einem das Kompressorrad umgebenden und mit ihm zusammenarbeitenden Kompressorgehäuse (71,70), um Gas in den Kompressor zu saugen,

dieses zu verdichten und aus dem Kompressorgehäuse auszuschieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit aus dem Turbinenrad (30) und der drehbaren Welle (34) und das Turbinengehäuse (20) baulich derart aufeinander abgestimmt sind, daß das Turbinenrad (30) durch Einführen der Baueinheit in das Turbinengehäuse (20) durch die Auslaßöffnung (21) des Turbinengehäuses jQ entlang der Drehachse (22) bis in eine Stellung benachbart zum schneckenförmigen Strömungsdurchgang (26,27,126) bringbar ist.

4. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch g e ,c kennzeichnet, daß das Lagerungsgehäuse (40) überdie drehbare Welle (34) aufschiebbar und auf dem Turbinengehäuse (20) anbringbar ist, daß das Lager (50) durch Aufschieben über die.Welle (34) in das Lagerungsgehäuse einbringbar ist, um axiale und koaxiale Lagerflä-

_ΟΓι ' chen für die drehbare Welle zu bilden, daß ein erster Kömpressorgehäuseabschnitt (70) über die drehbare Welle auf das Lagerungsgehäuse aufsetzbar ist, um ein axiales Schublager für die drehbare Welle zu bilden, und daß das Turbinengehäuse und ein erster Kompressorgehäuseabschnitt

₂(- außenliegende Flächen aufweisen, mit denen das Turbinengehäuse und das Kompressorgehäuse konzentrisch um die drehbare Turbine und die Welle positionierbar sind.

5. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch g e _g0 kennzeichnet, daß das Lagerungsgehäuse (40)

durch Aufschieben über die drehbare Welle (34) auf das Turbinengehäuse (20) aufsetzbar ist und Lagerflächen (40c) bildet, die koaxial zur drehbaren Welle und quer zur Drehachse der Welle an deren kompressorseitigen Ende liegen, „f. und daß die Lagerung ein Buchsenlager (54) am turbinenseitigen Ende und ein Wälzlager (56) am kompressorseitigen Ende aufweist, die durch Aufschieben auf die drehbare Welle anbringbar sind, daß die Lagerung (50) einen

3A90164

äußeren Laufring (52) aufweist, der sich über die Länge
des Lagers (50) erstreckt und das Buchsenlager (54) am
turbinenseitigen Ende trägt und mit einem inneren Laufring (56a) und einer Vielzahl von Kugeln (56b) am kompressorseitigen Ende zusammenarbeitet, um das Kugellager
zu bilden, daß der äußere Laufring (52) an seiner äußeren Fläche eine Umfangslagerflache (52a) bildet, die zur drehjQ baren Welle koaxial ist, und daß der äußere Laufring (52) eine Lagerfläche (52c) aufweist, die sich von der äußeren Umfangsflache wegerstreckt und benachbart zur quer verllaufenden Lagerfläche (40c) des Lagerungsgehäuses (40)
liegt, um mit ihr. zusammenzuarbeiten.

6. Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Kompressorgehäuse einen Abschnitt aufweist, der über die drehbare Welle aufschiebbar und auf dem Lagerungsgehäuse festlegbar ist unci 2Q dabei eine Lagerfläche (TOd) bildet, die quer zur Drehachse der drehbaren Welle benachbart zum äußeren Laufring (52) des Lagerungssystems liegt, um nach dem Zusammenbau
eine Schublagerung zu bilden.

2g 7. Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerungsgehäuse (40) Ölströmungsdurchgänge (42,44) aufweist, die einen Schmierfluß zum gemeinsamen Bereich zwischen dem Lagerungsgehäuse (40) und dem äußeren Laufring (52) des Lagerungssystems

OQ gewährleisten und durch den äußeren Laufring des Lagerungssystems zum gemeinsamen Bereich zwischen dem Buchsenlager (54) und der drehbaren Welle (34) verlaufen, wobei das
das Buchsenlager verlassende Schmiermittel von der drehbaren Welle beim Arbeiten des Turboladers auf die innere

Fläche (52b) des äußeren Laufringes und von einem vergrösserten inneren Durchmesser des äußeren Laufringes zur
Schmierung der Wälzelemente führbar ist, und daß Schmiermittel vom gemeinsamen Bereich zwischen dem äußeren Lauf-

ring (52) und dem Lagerungsgehäuse (40) das Schublager (40c,52c) am korapressorseitigen Ende des Lagerungssystems schmiert.

8. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Turbinengehäuse (20) einen schneckenförmigen Strömungsdurchgang (26,27,126) benachbart zum Turbinenrad bildet, der einen wesentlichen Teil des Abgases in das Turbinenrad (30) und in Richtung auf die Auslaßöffnung (21) über einen Bereich von Winkeln leitet, die in bezug auf die Drehachse (22) des Turbinenrades spitz bis annähernd senkrecht zur Drehachse (22) sind.

9. Turbine für den Turbolader eines Verbrennungskraftmotors, mit einem einen zentralen Kern (32) und eine Vielzahl nach außen verlaufender Flügel (31) aufweisen-

„j-. den Turbinenrad, mit einen meridianal'geteilten Schnekkendurchgang (26,27) formenden Mitteln (23,25) für das das Turbinenrad durchströmt Abgas, wobei die Mittel eine Öffnung (24) definieren, mit der Abgas von jeder Seite des meridianal geteilten Schneckenganges auf die

_oc sich nach außen erstreckenden Schaufeln (31) des Turbinenrades gelangt , dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel (23) zum Ausbilden der Schnecke an deren Öffnung das Abgas von einer Seite . (26)der meridianal geteilten Schnecke im wesentlichen

• tangential zum zentralen Kern (32) des Turbinenrades (30)

und in einer Richtung leiten, bei der seine Strömung irn wesentlichen um weniger als um 30° bis 45° zwischen der Schneckenöffnung und dem Turbinenauslaß umgelenkt wird, und daß die Mittel die Abgase von der anderen Seite (27)

_otr der meridianal geteilten Schnecke am zentralen Kern des ob

Turbinenrades mit einem Winkel von weniger als 30 bis und in eine solche Richtung leiten, daß die Strömungsrichtung um im allgemeinen 90° oder weniger umgelenkt wird.

10. Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor, mit einem Turbinenrad (30), mit ein Turbinengehäuse (20) und c eine Schnecke (23) formenden Mitteln, um das Abgas des Verbrennungskraftmotors in das Turbinenrad zu leiten, und mit einem von dem Turbinenrad getriebenen Kompressor (12), dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptabschnitt der Schnecke (23) auf der Kompres-._. sorseite derjenigen Ebene liegt, die zur Drehachse (22) des Turbinenrades senkrecht stehen und in denen der Abschnitt (32a) des Turbinenrades rotiert, der dem Kompressor am nächsten und den Abgasen ausgesetzt ist.

.11. Turbolader nach Anspruch 10, dadurch ge-

kennzeichnet , daß das Turbinenrad (30) einen zentralen Kern (32) mit einem in bezug auf die Drehachse (22) weniger als annähernd 50° einschließenden Winkel aufweist, daß die Turbinenschaufeln (3T) von dem Kern (32) abstehen und daß die kompressorseitige Fläche (23a) der Schnecke (23) das Abgas auf den hintersten Punkt (32a) der Turbineneinlaßöffnung (24) unter einem Winkel richtet, der im wesentlichen parallel zum Winkel des zentralen Kerns (32) des Turbinenrades, ist.

12. ■ Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor mit, einem Turbinenrad (30), mit ein Turbinengehäuse (20) und zwei schneckenförmige Verteilerabschnitte (26,27) bildenden Mitteln, mit denen Abgas des Verbrennungskraftmo-

_ tors durch eine Turbineneinlaßöffnung in das Turbinenrad 3Ü

leitbar sind, mit einem durch das Turbinenrad angetriebenen Kompressor (12), dadurch gekennzeichnet , daß der eine schneckenförmige Abschnitt (26) allgemein auf der Kompressorseite einer

__ Ebene liegt, die durch den hintersten Punkt (23) der Tur-35

bineneinlaßöffnung geht und senkrecht auf die Drehachse (22) steht, daß der andere schneckenförmige Abschnitt (27) auf der Kompressorseite einer Ebene liegt, die durch den

3>

vordersten Punkt (23b) der Turbineneinlaßöffnung geht und senkrecht auf die Drehachse (22) steht.

13- Turbolader nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad eine kombinierte .Strömungsturbine mit Schaufeln (31) bildet, die eine sternradartige Konfiguration hat, daß der eine dem Kompressor naheliegende schneckenförmige Abschnitt (26) eine öffnung (24) definiert, die Abgas in das Turbinenrad (30) von dessen Rückseite einem Durchmesser leitet, der kleiner ist als der maximale Durchmesser (31a) der Schaufeln.

14. Turbolader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die ein Turbinengehäuse (20) und zwei schneckenförmige Abschnitte bildenden Mittel einen mittigen Teiler (25,25a) aufweisen, der die

zwei schneckenförmigen Abschnitte (26,27) voneinander 20

trennt und im wesentlichen eine Seite des dem Kompressor nächstliegenden schneckenförmigen Abschnittes (26) sowie eine Seite der Öffnung des anderen schneckenförmigen Abschnittes (27) definiert.

15- Turbolader nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der mittige Teiler (25) im wesentlichen auf der Kompressorseite von Ebenen liegt, die durch den dem Kompressor nächstliegenden Abschnitt (32a) des Turbinenrades gehen und senkrecht auf die Drehachse (22) stehen.

16. Turbolader nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß beide Seitenflächen (25b,

25c) des mittigen Teilers (25) in bezug auf die Drehach-35

se (22) der Turbine spitze eingeschlossene Winkel bilden und Abgas im wesentlichen in Richtung auf die Auslaßöffnung (21) leiten.

17- Turbolader nach Anspruch 1¹I, dadurch gekennzeichnet , daß der mittige Teiler (25) unmittelbar benachbart zu den Spitzen (31b) der Turbinenschaufeln endet und die Abgasströmung vom schnekkenförmigen Abschnitt (26) nahe dem Kompressor zur Rückseite des Turbinenrades (30) begrenzt, welche Abgasströmung die Turbinenschaufeln (31) innerhalb ihres maxima-

J^q len Durchmessers (31a) erreicht, und daß der mittige Teiler (25) in bezug auf die Drehachse (22) der Turbine unter einem spitzen Winkel liegt und einen wesentlichen Anteil des Abgases vom anderen schneckenförmigen Abschnitt (27) in die Turbinenschaufel (31) unter Winkeln leitet,

je die kleiner sind als ein rechter Winkel auf die Drehachse (22).

18. Turbolader nach Anspruch 17, dadurch

gekennzeichnet , daß das Turbinenrad (30)

_on einen zentralen Kern (32) aufweist, der von seiner Hinterseite aus bezüglich der Drehachse einen eingeschlossenen Winkel von annähernd 40° bis annähernd 50° aufweist und von dem die Turbinenschaufeln ausgehen, und daß der eine schneckenförmige Abschnitt (26) Abgase im wesentlichen parallel zu dem Abschnitt (32a) des zentralen Kernes leitet, der der Öffnung des einen schneckenförmigen Abschnitts (26) am nächsten liegt, und daß der andere schneckenförmige Abschnitt (27) das Abgas auf den zentralen Kern (32) unter Winkeln leitet, die im wesentlichen

_on zwischen annähernd 40° und annähernd 50° liegen, um den Energieverlust beim Umlenken des Abgases zu reduzieren.

19- Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor, mit eine vom Abgas des Verbrennungskraftmotors treibbare Turbine bildenden Mitteln, mit einen Kompressor bildenden Mitteln (12), mit einer sich von der Turbine zum Kompressor erstreckenden drehbaren Welle (3Ό zum Antrieb des Kompressors, und mit einem Lagerungssystem (50)

zum Tragen der drehbaren Welle innerhalb eines stationären Masc'hinensupports (40) gekennzeichnet d u r c h:

ein eine innere Lagerfläche zum Tragen der drehbaren Welle (34) auf einem Schmierfilm bildendes Buchsenlager (54),

einen mit einer Vielzahl von Wälzelementen (56) zusammenarbeitenden und auf der drehbaren Welle (34) befestigbaren inneren Laufring (56a),

mit einer Vielzahl von Wälzelementen (56b), und

einem äußeren Laufring (52), der an einem Ende mit dem Buchsenlager (54) zur Ausbildung eines Schmierfilmes und zum drehbaren Tragen der Welle (34) und am anderen Ende zur Zusammenarbeit mit den Wälzelementen (56b) und dem inneren Laufring (56a) unter Ausbildung eines Wälzlagersupports für die Welle (34) zusammenarbeitet, wobei der äußere Laufring eine äußere Lagerfläche (52a) besitzt, die drehbar auf einem Schmierfilm im stationären^ Maschinensupport (40) getragen ist,

und wobei das Lagerungssystem radial im Maschinensupport in Reaktion auf Unwuchten bewegbar ist und im Maschinen-

support mit einem Bruchteil der Drehzahl der Welle (34) rotiert.

20. Turbolader nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerungssystem die

drehbare Welle (34) an zwei in Längsrichtung beabstandeten Stellen abstützt,daß die Lagerfläche (52a) des äußeren Laufringes (52) ein langgestreckter Zylinder ist, daß die innere Fläche (52e) des äußeren Laufringes sich vom einen Ende benachbart zum Buchsenlager (54) bis zum anderen den Wälzelementen (56b) benachbarten Ende erstreckt.

21. Turbolader nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Maschinensupport (40)· einen Schmierfluß zu der äußeren Lagerfläche (52a) des äußeren Laufringes (52) bildet, daß der äußere Laufring (52) und das Buchsenlager (54) für einen Schmierfluß Strömungsdurchgänge (52e,54b) zu der inneren Fläche (54a) des Buchsenlagers (54) und der inneren Fläche (52b) des ,Q äußeren Laufringes aufweisen und Schmiermittel auch zum Wälzlager (56) liefern.

22. Turbolader nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die äußeren Lagerte fläche (52a) des äußeren Laufringes (52) zwei sich quer

erstreckende, beabstandete Flächen (52c, 52d) am dem inneren Laufring (56a) und den Wälzelementen (56b) benachbarten Ende aufweist, um ein Paar Schublagerflächen für das Lagerungssystem zu bilden, daß der stationäre Ma-2Q schinensupport einen Schmiermittelfluß zur äußeren Lagerfläche (52a) des äußeren Laufringes bereitstellt, mit dem eine der Schublagerflächen schmierbar ist, die durch die eine sich nach außen und quer erstreckende Fläche (52c) gebildet wird, und daß das Lagerungssystem Ströme mungsdurchgänge (52e,54b) für einen Schmiermittelfluß zur inneren Fläche des Buchsenlagers (54a) und zu den Wälzelementen (56b) aufweist.

23. Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor, mit „₀ eine durch die Abgase des Verbrennungskraftmotors getriebene Turbine bildenden Mitteln (11), mit einen Kompressor bildenden Mitteln (12), mit einer sich von der Turbine zum Kompressor zum Antrieb des Kompressors erstreckenden, drehbaren Welle (34) und mit einem Lagerungssy-

_oc stern (50) für die drehbare Welle sowie mit Abstützmitteln ob

(40) für das Lagerungssystem, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerungssystem einen äußeren Laufring (52^!) aufweist, der in den Abstütz-

mitteln (40) drehbar gelagert ist und ein Buchsenlager ■ (5¹O an einem Ende und ein Wälzlager (56) am anderen Ende trägt.

24. Turbolader nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerungssystern (50) in die Abstützmittel (40) einsetzbar ist, daß der äußere Laufring (52) eine langgestreckte .zylindrische äußere Lagerfläche (52a) aufweist, die auf einem Schmierfilm innerhalb der Abstützmittel (40) drehbar getragen wird, daß das Buchsenlager (54) und das Wälzlager (56) in Längsrichtung voneinander getrennt sind, um beabstan-

-,ι- dete Abstützungen für die Welle zu bilden, und daß der äußere Laufring (52) und das Buchsenlager (54) Strömungsdurchgänge (52e,54b) aufweisen, um eine Schmiermittelströmung zum Buchsenlager und die innere Fläche (52b) des äußeren Laufringes sowie eine Schmiermittelströmung

2Q von dem Buchsenlager(54) zum Wälzlager (56) zu führen.

25- Turbolader nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet ., daß das Buchsenlager (54) durch das Lagerungssystem benachbart zur Turbine (30) und das Wälzlager (56) benachbart zum Kompressor (72) positioniert ist.

26. Turbolader nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Laufring OQ (52) nach außen vorstehende Flächen (52c,52d) aufweist und an seinem dem Kompressor (72) benachbarten Ende ein Schublager bildet.

27- Turbolader nach Anspruch 23, dadurch

^p- gekennzeichnet, daß das Wälzlager (56)

ein konventionelles Kugellager ist, das vom äußeren Laufring (52) getragen wird.

28. Turbolader nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere' Laufring (52) mit den Abstützmitteln(40) derart zusammenarbeitet, daß er mit weniger als der halben Drehzahl der rotierenden Welle (3.4) rotiert.

29- Turbolader nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Laufring (52) und den abstützenden Mitteln (40) ein Schmierfilm mit einer durchschnittlichen Dicke zwischen annähernd 0,0051 cm bis annähernd 0,0102 cm bildbar ist,

daß die Schublager einen axialen Lagerspalt von annähernd 0,0102 cm bis annähernd 0,0204 cm aufweisen, und daß der äußere Laufring mit weniger als 1/3 der Drehzahl der rotierenden Welle (34) rotiert.

30. Turbolader nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufring (52) mit den abstützenden Mitteln (40) derart zusammenarbeitet, daß er in Reaktion auf Unwuchten in dem von ihm getragenen System radial bewegbar ist und eine axiale Ausdehnung der drehbaren Welle im Buchsenlager (54) zu^läßt"

31. Turbolader für einen Verbrennungskraftmotör, mit ein Turbinenrad (30) und eine drehbare Welle (34) bildenden Mitteln, mit ein Turbinengehäuse (20) und eine Abgasöffnung (21) sowie einen schneckenförmigen Strömungsdurchgang (26,27,126) bildenden Mitteln, um die Abgase in das Turbinenrad zu leiten, mit eine Lagerung (50) für die drehbare Welle bildenden Mitteln, mit einem auf der drehbaren Welle befestigbaren Kompressorrad (72), mit ein Kompressorgehäuse (70,71) formenden Mitteln, von denen ein Teil (71) abnehmbar ist, um Zugang zum Herausnehmen des Kompressorrades zu gestatten, und mit einen Lagersupport bildenden Mitteln (40), dadurch

gekennzeichnet , daß nach dem Entfernen der das Kompressorgehäuse (70,71) formenden Mittel und dem Entfernen des Kompressorrades (72) das Turbinenrad (30) und die drehbare Welle (34) durch die Auslaßöffnung (21) des Turbinengehäuses (26) an einem Ende des Turboladers herausnehmbar sind, und daß die eine Lagerung (50) für die drehbare Welle bildenden Mittel vom anderen Ende des Turboladers herausnehmbar sind.

32. Turbolader nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Lagerung formenden Mittel umfassen

einen langgestreckten äußeren Laufring (52) mit einer äußeren Lagerfläche (52a),innerhalb der ein langgestreckter zylindrischer Lagerabschnitt vorgesehen ist, der sich von dem einen benachbart zum Turbinenrad liegenden Ende weg erstreckt, sowie ein Paar sich quer erstreckender Schublagerflächen (52c,52d) am anderen dem Kompressor benachbarten Ende,

ein innerhalb des äußeren Laufringes an dem einen Ende getragenes Buchsenlagerf54)zum Abstützen der drehbaren

Welle (34) benachbart zur Turbine (31), und 25

einen inneren Laufring (56a) sowie eine Vielzahl von Wälzelementen (56b) am anderen Ende, die mit dem äußeren Laufring (52) zusammenarbeiten, um die drehbare Welle benachbart zum Kompressor drehbar abzustützen,

wobei der langgestreckte äußere Laufring über das Ende der drehbaren Welle (3.4) aufgeschoben ist und sowohl Schublager als auch eine drehbare Abstützung an voneinander beabstandeten Stellen der drehbaren Welle bildet.

33- Turbolader nach Anspruch 32, dadurch.

gekennzeichnet , daß der äußere Laufring

(52) und daß Buchsenlager (54) Strömungsdurchgänge (52e und 54b) für die Lieferung von Schmiermittel zur inneren

Fläche (5¹Ia) des Buchsenlagers (54) aufweisen, und daß die innere Fläche (52b) des äußeren Laufringes (52) Schmiermittel von dem Buchsenlager (54) zu den Wälzelementen (56b) leitet.

34. Turbolader für einen Verbrennungskraftmotor, mit eine Turbine definierenden Mitteln (11), mit einen Kompressor definierenden Mitteln (12) und mit dazwischenliegenden Mitteln (40) zum Abstützen der drehbaren Welle (34) zwischen der Turbine und dem Kompressor sowie eines Lagerungssystems (50), dadurch gekennzeichnet , daß die die Turbinenmittel definierenden Turboladerteile, die Kompressormittel und die Abstützteile für die drehbare Welle so ausgelegt sind, daß sie durch Automaten zusammenbaubar sind, in dem die einzelnen Teile über das Ende der drehbaren Welle (34) und in Richtung der Drehachse (22) aufeinandergestapelt werden.

Fall Nr. 658/009

IM PATENT- UND WARENZEICHENAMT DER VEREINIGTEN STAATEN

Betrifft die Anmeldung von WILLIAM E. WOOLLENWEBER Anm.Nr.: PCT/US 84/0040 Anm.Tag: 21. März 1984

Für: TURBOLADER FÜR EINEN VERBRENNUNGSKRAFTMOTOR

Int.Cl. F04B 17/00

U.S.Cl. 417/407

Prüfer:

Tomothy S. Thorpe

VERBESSERUNG

Das Internationale Büro von WIPO 1211 Genf 20

Schweiz·

Sehr geehrte Herren:

Bitte verbessern Sie die obenbezeichnete internationale PCT Anmeldung wie folgt:

In den Ansprüchen

Streichen der Ansprüche 1 bis 8, Streichen der Ansprüche 19 bis 3^-

In Anspruch 13, Seite 31, wurde das Wort "gemischt" in "Kombi nation" in Zeile 34 geändert.Eine diese Änderung aufweisende neue Seite 31 liegt bei.

Hochachtungsvoll

William E. Woollenweber 3905 Cove Road
Columbus, IN 47203 U.S.A.

Commissioner of Patents and Trademarks Box PCT

Washington, D.C. 20231 Attn: James W. Jones

jenen Anmeidrxn*;) um das Aögas aes

, ^bTe^nungskraftmotors in das Turbinenrad zu leiten,

und mit einem von dem Turbinenrad getriebenen Kompressor £ (12), dadurch gekennzeichnet,

•der Hauntabschnitt der Schnecke (23) auf der Kompres-

S₅ sorseite derjenigen· Ebene liegt, die zur

£ des Turbinenrades senkrecht stehen .und "in denen der Ab-

schnitt (32a) des Turbinenrades rotiert, der dem Kompres-• sor am nächsten _f " ■[ und den Abgasen ausgesetzt ist.

n. Turbolader nach Anspruch 10, d a^rd u rc ^ β e-

kenn soe. 1 c h/n e-t , daß. das Turbinr . nen zentralen Kern (32) «it einem in bezug

nen z

achse (Z₂) weniger als annähernd 50 )^.

bihufel. 31) ^n de.

achse (Z₂) weniger

Winkel aufweist, daß die Turbinenschaufel. ^ IB JCam (32) abstehen und daß die Kompressorsext.ge Flach« ' f den hintersten

JCam (32) abstehen und daß d p

(23.) der Schnecke (Z₃)- das Abgas auf den hintersten Punkt (32a) der Turbineneinlaßöffnung X2X) unter einea

nafallel zum Winkel tlhn parallel

Punkt (32a)

Winkel richtet, der in wesentlichen pa

des zentralen Kerns (32) des Turbinenrades ist-

,2 Turbolader für einen Verbrennun_gSkraft_motor mit '

line. Turbinenrad (30). mit ein Turbinengehäuse 20Vund zwei schneckenförmige-Verteiierabschnitte t²⁶·²⁷^" ■ denden Mitteln, mit denen Abgas des verbrennungsUraftao-

,5 tors durch eine Turbineneinla_EBffnung in das ™™> leitbar sind, mit einem durch das Turbinenrad angetriebenen Kompressor (12), dadurch κ · * ^e Γ - zeichnet, da_B der eine schneckenförmige Ab-

schnitt (26) allgemein auf der
_Ebene liegt, die durch den hintersten

kht

_Ebene liegt, die dur ^

_bineneinla_ßöffnuns geht und senkrecht auf ^ (22) steht, daß der andere schneckenförmige Abschnitt. (27)

\c*ß Buci , t._Ke-_e unit die durch den

auf der Kompressorseite einer Ebene liegt, α

vordersten Punkt (23b) der TurbineneinlaBöffnung geht und senkrecht auf die Drehachse (22) steht.

T₃. Turbolader nach Anspruch 12, d a d u r.c-h E ekennzeichnet, daß das Turbinenrad eine ^, __komb_inie_Xte_Stro_mun_Ssturbine mit Schaufeln .(3T) bildet, die eine stern. ' .