CN107429735B - 涡轮增压机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有流体动力滑动轴承的涡轮增压机，流体动力滑动轴承具有转子和定子，其中，转子可相对于定子转动，其中，转子支承面与定子的配对面相对，以用于在收敛的间隙的区域中产生流体动压。在这种流体动力滑动轴承中可通过以下方式改进应用特性，即，转子支承面和/或配对面在沿着并且通过旋转轴线剖切时在剖视图中形成连续的支承轮廓，支承轮廓由凸形的或凹形的拱曲和/或至少两个轮廓区段形成，轮廓区段构造成直的和/或拱曲的。本发明也涉及流体动力滑动轴承以及具有这种滑动轴承的轴承组件。

Description

涡轮增压机
技术领域
本发明涉及具有流体动力滑动轴承的涡轮增压机，流体动力滑动轴承具有转子和定子，其中，转子可相对于定子转动，其中，转子支承面与定子的配对面相对，以便在收敛的间隙的区域中产生流体动压。
本发明还涉及具有流体动力滑动轴承的轴承组件。
最后，本发明涉及流体动力滑动轴承。
背景技术
能旋转的机械元件(例如轴、滚轮、齿轮或泵轮)需要在径向方向和轴向方向上的引导部以便能够传递力和扭矩。液力作用的滑动轴承可承担该任务。该轴承类型的功能基于流体动压产生的物理原理。在流体动力滑动轴承中，在转子和定子之间保持有合适的润滑剂。在转子相对于定子转动运动时在润滑剂中出现剪切力，剪切力此时使润滑剂以确定的速度运输穿过轴承。在收敛的轴承间隙中由此获得流体动压提升，在收敛的间隙走向中，紧接着收敛的轴承间隙产生压降。如果在转子和定子之间的相对速度足够高，那么通过流体动压构建足够紧密的润滑剂层，润滑剂层使两个滑动偶件彼此分开。在运行状态下在润滑剂层中产生摩擦(液体摩擦)。由此产生的流体动压与所使用的面相结合保持与外力平衡并且表示滑动轴承的承载能力。为了产生流体动压，无需压缩工作的附加能量或以确定的压力经由槽或凹槽输送的润滑剂体积形式的附加能量。由运行参数得出承载能力。用于数值计算流体动压的基础记载在DIN 31562部分1(DIN袖珍书198；滑动轴承2；Beuth出版社有限公司；柏林、科隆1991年)中。
现有技术中包括两种基本轴承类型：
1.流体动力径向滑动轴承
流体动力径向滑动轴承通常呈圆柱形套筒形式并且实施成节段式变型或可倾瓦块轴承。对此参见(DIN 31562部分2和VDI准则2204)。滑动轴承的液力作用的元件(例如节段)设置成圆柱形并由此与旋转轴线平行。收敛的间隙走向由转子与定子的偏心位置得出。
2.流体动力轴向滑动轴承
流体动力轴向滑动轴承构造成起动盘的形式，其具有不同的槽或呈堵塞边缘、楔形面或螺旋槽形式的表面改型。其也可构造成所谓的可倾瓦块轴承(对此参见DIN 31563部分1至3；DIN 31564部分1至3)。对此，轴向滑动轴承布置成正交于旋转轴线，以通常能旋转的止推垫圈作为配对运行偶件。产生流体动压所需的收敛的间隙走向由表面结构的构型(凹槽、坡道等)、通过可倾斜运动的节段的倾斜部或在轴承与止推垫圈之间的角度移位得出。
在一种技术实现方案中，在出现径向和轴向负荷时，在必须使用前述两种轴承类型。轴向负荷此时通过轴向滑动轴承引开并且径向负荷通过径向滑动轴承引开。在DE4217268C2中描述了这种实现方案。两种轴承类型此时分别彼此分开地计算以及设计，由此在结构和生产方面产生相应很高的成本。
为此在这种降低负荷的情况下通常使用相应设计的流体静力滑动轴承。对此，需要使用压力泵，其如前所述地具有持久的能量需求。在文献US 2,710,234A中描述了这种实现方案。
另一可行性方案是将所谓的螺旋槽引入转子支承面以便经由其产生压力构建。在文献US 3,265,452A中描述了这种实现方案。这种槽决定了附加的制造费用。
用于承载径向和轴向负荷的另一可行性方案是，使用所谓的球形轴承或万向轴承(EP1482189A1)或球铰接头(DE10028984C2)。但是他们不是被设计用于通过配对体(转子)围绕其轴线转动而产生固定大小的滑动速度的情况。而这种轴承的任务是可倾斜移动地或平衡地支承轴错位部。在此已知的是例如使用在液压缸中的关节眼。例如根据(WO0154613A2)所述的髋关节假体也具有相同功能。
由DE 10 2008 059 598 A1已知一种涡轮增压机。涡轮增压机具有轴，轴在其端部上承载涡轮或压缩机轮。轴借助两个流体动力滑动轴承支承在壳体中。该流体动力滑动轴承实施成锥形轴承的形式。
在WO2014/105377A1描述了另一涡轮增压机。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮增压机或流体动力滑动轴承或轴承组件，其中实现了改进的应用特性。
该目的通过以下方式实现，即，转子的转子支承面和/或定子的配对面在沿着并且通过旋转轴线剖切时在剖面图中形成连续的支承轮廓，支承轮廓由至少两个轮廓区段形成，轮廓区段构造成直的和/或拱曲的。
可替代地，也可规定，转子支承面和/或配对面凸形地和/或凹形地拱曲以便产生在径向方向和轴向方向上的流体动力承载能力。
因此，根据本发明能够借助连续的并且在横截面中可变化的支承轮廓在收敛的间隙中产生压力区域，压力区域将轴向负荷和径向负荷导开。由此在流体动力滑动轴承中出现三维的流体动力承载能力。本发明利用物理效果，根据该物理效果使得局部产生的流体动压垂直于表面地起作用。由此获得局部的承载能力。如果根据本发明此时基于构造成三维的表面，由此获得具有相应方向的局部力分量。由各个力分量的积分总和可算出轴承的承载能力分量并由此算出三维的承载能力并且设计用于相应的应用情况。
通过此时在唯一的流体动力滑动轴承中可导走轴向和径向负荷，为需要完成的轴承任务仅构造和生产一个机械元件。由此明显减小了零件和安装费用。对此，通过利用流体动压的产生能够取消外部能源的输送，例如通过使用泵来产生流体静压。这降低了结构成本、制造以及运行成本。通过由多个轮廓区段形成连续的支承轮廓或使转子支承面或配对面凸形或凹形地拱曲，获得了一个或多个收敛的间隙并由此获得轴向和径向的承载能力。该承载能力的矢量和大于轴向轴承和径向轴承相结合并且单独用于提供承载能力的类似轴承组件的承载能力。这使得借助根据本发明的流体动力滑动轴承能够在较小的空间上产生更大的功率密度。此外，由此降低了用于轴承组件所需的材料需求。
根据本发明优选的变型方案可规定，转子支承面和配对面具有或形成多面式滑动轴承、可倾瓦块轴承、浮动套筒轴承或圆柱形的滑动轴承。
根据本发明的另一优选的变型方案可规定，转子支承面的构型与定子的配对面的构型不同，使得转子支承面和配对面不是以面接触彼此贴靠、尤其不是整面地彼此贴靠。这例如可在转子和定子不完全匹配时实现。由此防止存在不能产生流体动压的几何结构，由此在没有辅助措施的情况下轴承不能或很难运行。
可想到的本发明的变型方案构造成，从转子支承面和/或配对面伸出尤其一件式模制的提升部。在相应的构型中借助提升部也可实现上述效应，由此转子支承面和配对面不是整面地彼此贴靠。此外，通过提升部调整流体动力作用的间隙走向并且设定流体动力轴承的运行性能。例如，对此可在转子支承面或配对面的区域中局部变形。通过由于局部产生的压应力可引起该变形。对此，提升部应有利地小于径向的轴承间隙。
根据本发明的流体动力滑动轴承也可构造成，转子支承面和/或配对面具有热膨胀系数不同的区域。通过该措施能够根据在轴承上的温度影响间隙走向，由此实现流体动力滑动轴承的承载性能的改变。例如可设置一种应用情况，在该应用情况下在提高温度时有针对性地提高总的轴承承载能力或仅一个力分量、例如轴向承载能力。热膨胀系数可彼此结合，使得在温度变化时在该区域中形成提升部/凹陷部，由此例如也可根据允许条件调整轴承性能。
附加地或可替代地也可为此规定，转子支承面和/或配对面具有弹性模量不同的区域。这使得在润滑剂中存在的压力变化时在间隙中出现转子支承面或配对面的几何结构改变。由此此时影响轴承的承载能力。也可想到，根据运行条件通过以下方式调整轴承性能，即，在转子支承面或配对面中设置凹口、孔等。由此也可形成具有不同的热膨胀或弹性的区。
根据本发明的可想到的变型方案可规定，转子支承面或配对面具有两个轮廓区段，轮廓区段沿旋转轴线的方向限定转子支承面或配对面，并且在该轮廓区段之间设置有一个或多个另外的轮廓区段以便形成连续的支承轮廓。由此，在几乎任意的负荷情况下可进行轴承设计。此外，可考虑转子支承面和/或配对面具有凸形和凹形的轮廓区段，其间接地经由另一轮廓区段或直接地过渡到彼此中。通过在支承轮廓中凸形和凹形的轮廓区段的结合可形成平和的过渡部，平和的过渡部实现了这种轴承构型，在这种轴承构型中实现了在运行期间对交替的轴承负荷和/或负荷方向的大的调节能力。
在本发明中可规定，转子支承面至少部分地由不可相对转动地与转子连接的转子部件形成。这具有的优点是，可非常精确配合地制造转子支承面。此外能够使转子与单独的转子部件个别地并且在结构上根据相应的轴承任务来调整。
根据本发明的滑动轴承可构造成，转子具有为滑动轴承分配的转向件，转向件布置在滑动轴承的润滑剂出口的区域中。借助转向件可将在滑动轴承中引导的润滑剂排走。对此在能旋转的转向件的周边上抛甩润滑剂。此时尤其也可朝向用润滑剂冷却的面抛甩，这例如在高温应用中，例如在涡轮增压机中提供附加的优点。
本发明的可想到的变型方案规定，设置润滑剂供给部，其中，经由润滑剂通道可将润滑剂输送给供给管路，供给管路与收敛的间隙处于空间连接，并且供给管路形成在转子和定子之间，或供给管路穿过定子延伸直至间隙区域。由此可提供紧凑构造的轴承组件。
在供给管路形成在转子和定子之间时，此时尤其在高转速的情况下可确保可靠而均匀的润滑剂供给。对此，在设置成供给管路在转子和定子之间延伸直至转子和定子之间的间隙区域、优选在定子中呈槽形凹口的形式时，此时实现了特别有效工作的轴承组件。
本发明的目的也通过一种轴承组件实现，其中，转子具有在转子轴线方向上彼此间隔布置的两个轴承部位，并且其中，其中至少一个轴承部位由根据权利要求1至12中任一项所述的流体动力滑动轴承形成。
对此，尤其可规定，定子由壳体嵌入件形成，其形成或具有两个流体动力滑动轴承的在轴线方向上彼此间隔布置的配对面。由此减少了零件和安装费用。此外两个轴承部位的定子能够精确配合地彼此协调。
对此，轴承组件也可为这样的，即，定子具有两个凸出部，两个凸出部形成轮廓区段，其中，凸出部经由中间件间接地或直接地连接。通过中间件可确定两个轴承部位的轴承间距。中间件也可承担附加功能。因此可考虑，中间件具有用于两个轴承部位的润滑剂供给部的引导通道。
根据本发明，两个轴承部位可构造成具有根据本发明的三维的流体动力滑动轴承。但是也能够仅使用一个。另一个此时优选可实施成流体动力径向轴承。
附图说明
下面根据在附图中所示的实施例详细阐述本发明。其中：
图1以示意图示出了具有转子和定子的流体动力滑动轴承的剖视图；
图2示出了流体动力滑动轴承的另一可替代的实施方式的剖视图；
图3至图6示出了流体动力滑动轴承的其他可替代的变型方案，其中，定子以剖视图示出；
图7以放大的视图示出了定子的细节；
图8至图11以侧视图和剖面图示出了具有流体动力滑动轴承的涡轮增压机的各种变型方案；
图12和图13在侧视图和剖面图中示出了用于将定子尤其固紧在涡轮增压机的壳体中的两个技术变型方案；
图14示出了涡轮增压机的轴承组件的部分剖视图；以及
图15至图17示出了用于流体动力滑动轴承的润滑剂供给部的细节。
具体实施方式
图1示出了流体动力滑动轴承，该滑动轴承具有转子10和定子20。在此选择沿着转子10的转子轴线R的剖面示意图。转子10具有连接件11，轴承区段12紧接在该连接件上。在连接件11上可间接地或直接地联接机械构件，例如齿轮等。轴承区段12具有尤其旋转对称的转子支承面13。对此，转子支承面形成连续的支承轮廓。该支承轮廓由两个轮廓区段13.1和13.2形成，使得支承轮廓是连续的。因此在本发明中，支承轮廓与旋转轴线的间距能够沿着转子轴线(纵向中轴线)变化。
尤其如图1所示地，在该实施例中支承轮廓是连续可微分的。在支承轮廓连续可微分的情况下，尤其能够实现简单的数值的轴承计算，并且实现在整个支承轮廓上的承载能力。配对面21可同样是旋转对称的。
定子20构造成具有用于转子10的容纳部。定子具有配对面21。配对面21形成支承轮廓，支承轮廓由凸形拱曲部和空心圆柱形区域形成。凸形拱曲部和空心圆柱形区域形成轮廓区段21.1和21.2。配对面21同样形成连续的支承轮廓并且如转子支承面13一样是连续可微分的。
在本发明中，定子20布置成，在转子10和定子20之间可实现相对速度以用于产生流体动压。定子20可位置固定地安装，或者同样可构造为可转动的，例如构造为浮动套筒。
在流体动力滑动轴承组装好的状态下，转子支承面13与配对面21相对。如图1可见，转子支承面13的支承轮廓与配对面21的支承轮廓稍有不同。这通过轮廓区段13.1和21.1的不同拱曲形成。借助该措施防止转子支承面13和配对面21面式地、尤其整面地彼此贴靠，从而存在不会产生流体动压的几何结构。
图1象征性地示出了流体动力滑动轴承的运行示意图，在其中，通过在附图左侧中转子10相对于定子20的偏心位置得到了在轴向方向和径向方向上收敛的间隙S。在转子支承面13和配对面21之间引导的润滑剂在收敛的间隙的区域中产生压力，该压力确定流体动力滑动轴承的承载能力。对此，在每个部位处压力都垂直于转子支承面13或配对面21地起作用。由此得到相对于旋转轴线R沿轴向和径向作用的力分量。该力分量的积分总和确定轴承在轴向方向和径向方向的承载能力。
图2示出了根据本发明的流体动力滑动轴承的另一变型方案。对此，转子支承面13由两个轮廓区段13.1、13.2、即，凸形拱曲部和垂直于纵向中轴线的平面形成。配对面21具有相应的轮廓(轮廓区段21.1、21.2)。
图3示出了根据本发明的流体动力滑动轴承的另一变型方案。对此，转子10具有转子支承面13，转子支承面具有三个轮廓区段13.1、13.2和13.3。轮廓区段13.1由截锥体形成。轮廓区段13.3构造成圆柱形。在轮廓区段13.1和13.3之间的过渡区段由构造成凹形拱曲部的轮廓区段13.2形成。对此由此构造，使得轮廓区段13.1和13.3连续地过渡到彼此中。由此，支承轮廓13沿旋转轴线R的方向是连续可微分的。
相应地，定子20的配对面21由三个轮廓区段21.1至21.3组成。轮廓区段21.1构造成锥形容纳部。构造成凸形拱曲部的轮廓区段21.2紧接该轮廓区段21.1。凸形拱曲部过渡到构造成空心圆柱体的轮廓区段21.3。在组装好的状态下轮廓区段13.1和21.1；13.2和21.2或13.3和21.3相对。通过轮廓区段13.3和21.3，由于圆柱形构造方式仅在径向方向上产生支承力。而轮廓区段13.1和13.2或21.1和21.2产生在径向方向和轴向方向上的力分量。
图4示出了流体动力的多面式滑动轴承或节段式滑动轴承，在其中转子支承面13由两个轮廓区段13.1和13.2连续地组成。轮廓区段13.1构造成凹形拱曲部，圆柱形轮廓区段13.2紧接该轮廓区段13.1。相应地，定子20的配对面21构造成具有两个轮廓区段21.1和21.2。轮廓区段21.1实施成凸形拱曲部。呈空心圆柱体形式的轮廓区段21.2紧接该轮廓区段21.1。而在此，在轮廓区段13.2和21.2的区域中仅产生在径向方向上的力。在轮廓区段31.1和21.1的区域中在收敛的间隙S中产生轴向的和径向的力分量。
图5示出了根据本发明的流体动力滑动轴承的构造，在其中，转子支承面13由四个轮廓区段13.1至13.4连续组成。轮廓区段13.1实施成具有相对较大张角的截锥体。轮廓区段13.2以凹形拱曲部的形状紧接着。呈圆柱体形式的轮廓区段13.3紧接着轮廓区段13.2。轮廓区段13.3过渡到实施成凸形拱曲部的轮廓区段13.4。定子20具有配对面21，配对面具有四个轮廓区段21.1和21.4。轮廓区段21.1形成锥形容纳部，其过渡到由轮廓区段21.2形成的凸形拱曲部。呈空心圆柱形容纳部形式的轮廓区段21.3紧接轮廓区段21.2。配对面21以呈凹形拱曲部形式的轮廓区段21.4结束。在组装好的状态下并且在运行时，在图5中所示的流体动力滑动轴承在相对而置的轮廓区段13.3和21.3的区域中产生径向力分量。与此相对，对应的轮廓区段13.1、13.2、13.4、21.1、21.2和21.4产生径向的和轴向的力分量。
在根据图1至5的流体动力滑动轴承或根据本发明的流体动力滑动轴承运行期间，作用到流体动力滑动轴承上的外力的数值和方向可变化。由于这种变化也使得转子10的旋转轴线R相对于定子20的纵向中轴线M的对应关系改变。对此，该改变可以是在转子轴线R和纵向中轴线M之间的角错位也可以是径向错位或轴向错位。尤其可想到，所有的错位方式同时出现。根据本发明的流体动力滑动轴承可以响应于这种改变。在转子10相对于定子20的这种调节情况下，收敛的间隙S的位置和几何结构也改变。转变的间隙S的改变导致在该收敛的间隙S中的力分量的改变，力分量确定流体动力滑动轴承的承载能力。例如如果在根据图5的流体动力滑动轴承中将增大的轴向力作用到转子10上，则在轮廓区段13.1、13.2、13.4或21.1、21.2和21.4的区域中的收敛间隙改变。由于流体动力间隙的几何结构的改变在该区域中实现了更高的压力，该更高的压力导致轴向承载能力的增大。因此可补偿该作用的轴向力。在径向负荷改变的情况下或在相对于纵向中轴线M调节旋转轴线R时引起相同的效应。
图6示出了根据图3的滑动轴承，但是此时定子20和转子10被交换。
在图7中示出了转子10和定子20的区域的详细示意图。对此，定子20的在图7中所示的部分区域例如是根据图1至图6的轮廓区段21的一部分。如图7中可看出，在定子20中引入孔23或类似的凹口。孔或凹口23优选通至收敛间隙S的区域中。如果此时在孔或凹口23中产生压力，例如通过压入杆，则在支承轮廓处、尤其在流体动力的起作用的间隙S的区域中出现塑性或弹性的变形，该变形形成提升部22。由此，相应地使得配对面21的表面有针对性地变形。根据孔或凹口23的几何结构和压力能够有针对性地影响提升部22的轮廓。借助提升部22可有针对性地影响间隙走向以及尤其在收敛间隙S中的流体动压产生。通过该措施能够根据存在的支承任务个别地调整流体动力滑动轴承。当然也可在转子10上形成提升部22。此外也能够在转子10和/或定子20上设置多个提升部22。
在本发明中还能够改变在收敛间隙S中的压力产生，其中，在流体动力间隙S的区域中转子支承面13和/或配对面21可包括具有不同的热膨胀系数和/或不同的弹性模量的区域。对此，转子支承面13和/或配对面21可包括具有不同材料的区。例如在收敛间隙S的区域中可设置凹口、尤其是孔，其被引入到转子10和/或定子20中。凹口此时可用材料填充，该材料具有与包围着的转子10或定子20的材料不同的热膨胀系数和/或不同的弹性模量。例如在凹口中可引入树脂材料，树脂材料与转子支承面13或配对面21表面齐平地结束。也可想到，转子支承面13和/或配对面21包括具有不同的热膨胀系数的区域，其中尤其可规定，在转子支承面和/或配对面中尤其由氧化物陶瓷或由另一元素构成的一个分元件比转子支承面和/或配对面的间接或直接连接在该分元件上的区域具有更低的热膨胀系数。这种分元件的示例是钨酸锆、硅、钛、钢/铁。转子支承面13和/或配对面21例如可至少部分地由青铜材料构成，其例如具有大约18e-6 1/K的热膨胀系数。
在图8至图11中示出了根据本发明的涡轮增压机的各种变型方案，在其中使用前面所述的根据本发明的流体动力滑动轴承。
如图8所示，涡轮增压机具有转子10。转子10具有轴15，轴在其轴端部处具有连接件11。其中一个连接件11承载涡轮14。另一个连接件11承载压缩机轮16。
转子10具有两个轴承区段12，两个轴承区段在轴15的轴线方向上彼此间隔地布置。对此，在轴承区段12的区域中形成转子支承面13。在本发明中，转子支承面13或者与轴15构造成一件式。但是也可想到，转子支承面13由尤其与轴15不可相对转动地连接的支承件形成。由此例如在图8所示的涡轮增压机中，为涡轮14分配的转子支承面13一件式地构造在轴15上。左侧的轴承区段12由转子部件40形成，转子部件不可相对转动地与轴15连接。转子部件40具有基础件41，基础件被容纳部贯穿。通过该措施可将转子部件40推到轴15的配合面17上。对此例如能够通过轴15的凸肩17.1限定推上运动，转子部件40沿轴向撞击在其上。优选地，转子部件40借助紧密配合沿轴向固定在轴15上。转子部件40具有轴承区段42，轴承区段一件式地模制在基础件41上。轴承区段42形成左侧轴承区段12的转子支承面13。
在本发明中可规定，转子支承面13不是单单仅由轴15或转子部件40形成。而是也可将转子支承面13设置成，其在轴15的一部分上以及在转子部件40的一部分上延伸。
此外，转子部件40可具有环绕的密封件容纳部43，例如呈环绕槽和转向件(Abweiser)44的形式。
转子10保持在涡轮增压机的壳体50中，优选容纳壳体中。壳体50被轴承容纳部52贯穿。在该轴承容纳部52中装入定子20。对此，定子20可如图8所示构造成套筒形的嵌入件。定子20在其纵向侧端部上具有凸出部24。凸出部24的径向外表面可基本构造成圆柱形。凸出部24形成轮廓区段21.1至21.4，其与转子支承面13的轮廓区段13.1至13.3相对。与此相应地，根据本发明转子支承面13和定子20的配对面21可如所述地构造成连续的支承轮廓，以便在整个支承轮廓上实现轴向和/或径向的承载能力。
两个凸出部24经由中间件27彼此连接成一体。
为了安装，转子10与安装好的涡轮14在根据图8的绘图平面中从右向左地推入到壳体50中。定子20在此位置固定地预安装在壳体50中。与此相应地，轴15穿过定子20推入，直至右侧的轴承区段12的转子支承面13与定子20的配对面21相对。在推入转子10时，此时嵌入环绕的密封件容纳部19中的密封件也到达壳体50的密封面的区域中。然后从左侧开始将转子部件40推到轴15上，直至转子部件撞击在凸肩17.1上。然后，转子部件40的转子支承面13与定子20的左侧配对面21相对。在转子部件40的环绕的密封件容纳部43中可嵌入密封件。然后将轴承件30推到转子部件40上。轴承件30可构造成罩盖的形式。轴承件通过周面31密封地装入壳体50的凹口51中。轴承件30的精确配合安装通过轴承件30的止挡33确保，在安装状态下止挡贴靠在壳体50的配对面上。轴承件30具有导出区域32，导出区域可呈离心通道形式地环绕地被引入轴承件30的内轮廓中。最后，将压缩机轮16推到轴15上并且固定在其上。对此，压缩机轮16撞击在转子部件40上并且相对于轴15沿轴向和径向不可移动地固定住。
在可替代的安装方法中，定子20可被预先安装在轴15上并且以组合的形式被推入轴承壳体中，在此定子20接下来在轴向方向上相对于壳体50固定。
在可替代的构造方案中取消轴承件30。在未示出的实施方式中，转子部件40由于安装原因不具有转向件44。但是此外，转子部件40可具有环绕的密封件容纳部43，例如呈环绕槽的形式以用于容纳密封环。密封环此时贴靠在壳体50上而不是轴承件30上。
如图8中进一步可见地，在壳体50中引入润滑剂通道53。润滑剂通道53通入分配腔室54中，分配腔室环绕着定子20的中间件27地成型在壳体50中。定子20具有缺口25。缺口提供在分配腔室54和空腔18(布置在转子10和定子20之间)之间的空间连接。空腔18从缺口25沿轴向朝向轴15的方向引至两个轴承区段12。空腔18与在转子支承面13和轴承区段12的配对面21之间形成的间隙区域处于空间连接。与此相应地，运行介质、尤其润滑剂能够经由润滑剂通道53输送给两个流体动力滑动轴承。此时在开始运行期间转子10相对于定子20转动时，在两个轴承区段12的间隙区域中出现流体动压构建。对此，经由润滑剂通道53和空腔18将润滑剂连续地输送给轴承区段12。对此，润滑剂穿过两个流体动力滑动轴承。接着左侧的流体动力滑动轴承的间隙区域，润滑剂此时到达转子部件40的区域中并且经由转向件44沿径向向外滑移。对此，润滑剂此时到达轴承件30的导出区域32中。然后润滑剂朝重力方向运行并且积聚在壳体的空腔55中。
在右侧的流体动力滑动轴承中，润滑剂紧接着滑动轴承的间隙区域从连接件11沿径向向外滑移。在此，润滑剂到达成型在壳体50中的导出区域56的区域中。然后，润滑剂朝重力方向向下运行并且同样积聚在空腔55中。不仅借助轴承件30的导出区域32而且尤其借助涡轮14的区域中的导出区域56，用润滑剂实现壳体冷却。这是明显额外的益处。尤其此时可经由润滑剂将在开始运行期间出现的热引入量导走并且保持远离轴承部位12。由此，在高温应用中可确保流体动力滑动轴承的运行可靠性。尤其防止润滑剂此时在轴承区段12的区域中经受不允许的温度负荷。
在图8的实施方式中，通过接合在中间件27的缺口25中的销70沿轴向固定定子20并且使其不可转动。在壳体50中，销可以有利地定位在供油孔(润滑剂供给部35)中并且接合到定子20的缺口25中。
润滑剂积聚在空腔55中并且必要时通过热交换器和泵再次输送回到润滑剂通道53中。
根据图9的定子20借助固紧元件58保持在壳体50中。对此，固紧元件58例如可由固定环构成，如图9中所见。
此外，根据图9的涡轮增压机的技术设计相应于根据图8的，从而可参考上述实施方式。
图10示出了涡轮增压机的另一变型方案，其基本相应于根据图8或图9的构造，因此可参考上述实施方式并且仅讨论不同点。
如图10可见，为了改进在壳体50的支撑区段57的区域中密封效果，使用具有两个密封容纳部19的双重密封件。
润滑剂通道53起始于壳体50的输入管路53.1。输入管路可实施成螺接件的形式。
定子20借助固紧元件58在周向方向和轴线方向上被保持。固紧元件58具有基体58.3，基体具有配合面58.1和支撑面58.2。在基体58.3上连接固紧凸出部58.4。固紧凸出部58.4接合到定子20的固紧容纳部中以便固定定子。对此，固紧元件58可构造成两件式的，以便能够将固紧凸出部58.4装入定子20的环绕槽中。但是也可想到，固紧凸出部58.4作为可弹性偏转的卡锁元件安装在一件式的固紧元件58上。固紧元件58构造成，能够吸收轴向力和周向力，从而在轴向方向和周向方向上固紧定子。
如图10可见，固紧元件58接着流体动力滑动轴承的间隙区域形成输送轮廓。该输送轮廓确保润滑剂经由固紧元件58到达轴承件30的导出区域32中。
最后，从图10中可看出，轴承件30在其外周上承载密封件34。由此，能够使轴承件30可靠地相对于壳体50密封。固紧元件58被装入壳体50的容纳部中，使得固紧元件以其配合面58.1撞击在壳体50的配对面上。支撑面58.2用作轴承件30的止挡33的支撑。
图11示出了涡轮增压机的另一变型方案，其中，该涡轮增压机的构造基本相应于根据图10的涡轮增压机的构造，从而可参见上述实施方式。
与根据图10的涡轮增压机不同的是，根据图11的涡轮增压机具有改型的润滑剂供给部。与此相应地设有输入管路53.1，输入管路通至润滑剂通道53中。润滑剂通道53过渡到两个供给管路53.2中。供给管路53.2通入定子20的输送部28中。输送部28与两个流体动力滑动轴承的间隙区域处于空间连接以供给润滑剂。
如前所述，使定子20能够以不同方式沿轴向并且不可相对转动地连接在壳体50中。
图12和图13示出了另两个用于固紧定子20的变形方案。
如图12所示，在壳体50中引入引导通道59，引导通道经由开口59与环境连接。与开口59.1相对地，引导部59通入在定子20和壳体50的对应的壳体区段之间形成的空腔中。对此，该空腔由定子20的外轮廓中的凸肩形成。与此相应地形成容纳部29。此时，通过开口59.1可将固紧元件58推入引导部59中。对此，固紧元件58可由能弯曲的构件、例如线材区段形成。固紧元件58经由引导部59到达容纳部29的区域中，并且在这种情况下优选根据容纳部29的轮廓塑性变形。固紧元件58的安装方向通过定子20的止挡29.1和止挡29.2限定。在推入固紧件58时，该固紧件首先到达止挡29.1的区域中并且使定子20在壳体50的定子容纳部中转动，直至止挡29.2同样贴靠在固紧元件58上，如附图所示。由此沿周向方向固定定子。在轴线方向上的固定可通过以下方式实现，即，容纳部29构造成槽形，从而定子20在轴线方向上不再能够相对于固紧元件58移位。
图13示出了另一变型方案，在其中，在壳体50中引入呈通道形式的两个引导部59。通道又是通入容纳部29中。容纳部29构造成在定子20中的凹入部。在引导部59中又能够引入固紧元件58，例如呈线材区段的形式。固紧元件58贴靠在定子20的形状倾斜部、例如削平部上并由此在周向上固紧定子20。在轴线方向上的固紧又可通过以下方式实现，即，容纳部29构造成槽形。引导部59在壳体50中优选如此定位，使得固紧元件58能够穿过排油孔(图13下部)引入引导部中。由此能够避免附加的安装孔。容纳部29优选定位在定子20的中间。使用两个固紧元件59具有以下优点，即，在轴向力的情况下没有扭矩作用到转子10上，因为该力在转子10的中心被吸收。
图14示出了流体动力滑动轴承的另一变型方案，尤其用在涡轮增压机中。对此又使用两个流体动力滑动轴承，两个流体动力滑动轴承形成轴承区段12。根据本发明，左侧的流体动力滑动轴承具有转子支承面13，转子支承面由多个轮廓区段13.1至13.4组成。定子20具有配对面21，配对面同样具有多个轮廓区段21.1至21.4。右侧的流体动力滑动轴承60实施成普通的径向轴承。在壳体50中引入输入管路53.1，输入管路通入供给管路53.2中。供给管路53.2与流体动力滑动轴承的定子的输送部28、61处于空间连接，以便实现在流体动力间隙中的润滑剂供给。
在图15至图17中详细示出了根据本发明的在根据图10的涡轮增压机中的流体动力滑动轴承的各种变型。当然该流体动力滑动轴承也可应用在其他的涡轮增压机中、尤其在附图中描述的其他涡轮增压机中。
如图15可见，定子20具有中间件27，在中间件上模制凸出部24。凸出部24形成具有轮廓区段21.1、21.2的配对面21。此外，在定子20和壳体50之间形成供给管路53.2。供给管路53.2由定子20的外直径比凸出部24的区域更小的区段形成。供给管路53.2通入输送部28中。输送部28又与流体动力滑动轴承的间隙区域S处于空间连接。与轮廓区段21.1、21.2相对地，转子10形成轮廓区段13.1、13.2。轮廓区段13.1、13.2、21.1、21.2连续可微分地过渡到彼此。中间件27具有缺口25。定子20在到转子10的过渡区域中形成凹入部，凹入部提供另一供给管路53.3。经由两个供给管路53.2、53.3可使润滑剂通过润滑剂通道53输送给间隙区域S。
图16示出了润滑剂供给部的变型，在其中，在转子10和定子20之间又形成供给管路53.3，供给管路与润滑剂通道53处于空间连接(缺口25)。在转子10和/或定子20中引入凹陷部，凹陷部形成供给管路53.2。与此相应地，在转子10和定子20之间，供给管路53.2部分地或完全地形成在整个支承轮廓上。由此，润滑剂供给部可经由润滑剂通道53、供给管路53.3，直接经由供给管路53.2进入流体动力滑动轴承的间隙区域S中。在另一实施方式中，在定子20中的凹陷部53.2经由导向轮廓接着支承部。在定子20中的凹陷部53.2由此连续地从径向轴承区域过渡到轴向轴承区域中。槽轮廓(曲线)定义为在有效范围中的连续可微分的函数。
图17示出了根据图16的定子20从右侧看的端面视图，其中给出在图15中示出的穿过定子20的剖面走向。

Claims (30)

1.涡轮增压机，所述涡轮增压机具有流体动力滑动轴承，所述流体动力滑动轴承具有转子(10)和定子(20)，其中，所述转子(10)能相对于所述定子(20)转动，其中，转子支承面(13)与所述定子(20)的配对面(21)相对，以用于在收敛的间隙的区域中产生流体动压，
其特征在于，所述转子支承面(13)和/或配对面(21)在沿着并且通过旋转轴线(R)剖切时在剖视图中形成连续的支承轮廓，所述支承轮廓由至少两个轮廓区段(13.1、13.2、13.3、13.5、21.1、21.4)形成，所述至少两个轮廓区段构造成直的和/或拱曲的，
以便产生在径向方向和轴向方向上的流体动力承载能力。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)的构型与所述定子(20)的配对面(21)的构型不同，使得所述转子支承面(13)和所述配对面(21)不是以面接触彼此贴靠。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)的构型与所述定子(20)的配对面(21)的构型不同，使得所述转子支承面(13)和所述配对面(21)不是整面地彼此贴靠。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，从所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)伸出一件式模制的提升部(22)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)和所述配对面(21)具有或形成多面式滑动轴承、可倾瓦块轴承、浮动套筒轴承或圆柱形的滑动轴承。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有热膨胀系数不同的区域，其中，能设置成，在所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)中，由氧化物陶瓷或由另一元素构成的分元件比所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)的间接或直接连接在该分元件上的区域具有更低的热膨胀系数。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有弹性模量不同的区域。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有两个或多个轮廓区段(21.1、21.2、21.3)，所述轮廓区段沿旋转轴线(R)的方向限定所述转子支承面(13)或所述配对面(21)，
并且在所述轮廓区段(21.1、21.3)之间设置有一个或多个另外的轮廓区段(21.2)以便形成连续的、连续可微分的支承轮廓，以及以便在整个支承轮廓上实现在轴向方向和/或径向方向上的承载能力。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有至少一个凸形和凹形的轮廓区段(21.1、21.2、21.3)，所述轮廓区段间接地经由另一轮廓区段(21.2)或直接地过渡到彼此中。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机或流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)至少部分地由不可相对转动地与所述转子(10)连接的转子部件(40)形成。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其特征在于，所述转子(10)具有为所述滑动轴承分配的转向件(44)，所述转向件布置在所述滑动轴承的润滑剂出口的区域中。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压机，其具有润滑剂供给部，其中，经由润滑剂通道(53)能将润滑剂输送给供给管路(53.2)，所述供给管路(53.2)与收敛的间隙(S)处于空间连接；并且
所述供给管路(53.2)形成在所述转子(10)和所述定子(20)之间；或
所述供给管路(53.2)穿过所述定子(20)延伸直至间隙区域。
13.根据权利要求12所述的涡轮增压机，其特征在于，所述供给管路(53.2)在转子(10)和定子(20)之间延伸直至转子(10)和定子(20)之间的间隙区域，在定子(20)中呈槽形凹口的形式。
14.流体动力滑动轴承，所述流体动力滑动轴承具有转子(10)和定子(20)，其中，所述转子(10)能相对于所述定子(20)转动，其中，转子支承面(13)与所述定子(20)的配对面(21)相对，以用于在收敛的间隙的区域中产生流体动压，
其特征在于，所述转子支承面(13)和/或配对面(21)在沿着并且通过旋转轴线(R)剖切时在剖视图中形成连续的支承轮廓，所述支承轮廓由至少两个轮廓区段(13.1、13.2、13.3、13.5、21.1、21.4)形成，所述至少两个轮廓区段构造成直的和/或拱曲的，以便产生在径向方向和轴向方向上的流体动力承载能力。
15.根据权利要求14所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，从所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)伸出一件式模制的提升部(22)。
16.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)和所述配对面(21)具有或形成多面式滑动轴承、可倾瓦块轴承、浮动套筒轴承或圆柱形的滑动轴承。
17.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有热膨胀系数不同的区域，其中，能设置成，在所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)中，由氧化物陶瓷或由另一元素构成的分元件比所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)的间接或直接连接在该分元件上的区域具有更低的热膨胀系数。
18.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有弹性模量不同的区域。
19.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有两个或多个轮廓区段(21.1、21.2、21.3)，所述轮廓区段沿旋转轴线(R)的方向限定所述转子支承面(13)或所述配对面(21)，
并且在所述轮廓区段(21.1、21.3)之间设置有一个或多个另外的轮廓区段(21.2)以便形成连续的、连续可微分的支承轮廓，以及以便在整个支承轮廓上实现在轴向方向和/或径向方向上的承载能力。
20.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)和/或所述配对面(21)具有至少一个凸形和凹形的轮廓区段(21.1、21.2、21.3)，所述轮廓区段间接地经由另一轮廓区段(21.2)或直接地过渡到彼此中。
21.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子支承面(13)至少部分地由不可相对转动地与所述转子(10)连接的转子部件(40)形成。
22.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述转子(10)具有为所述滑动轴承分配的转向件(44)，所述转向件布置在所述滑动轴承的润滑剂出口的区域中。
23.根据权利要求14或15所述的流体动力滑动轴承，其具有润滑剂供给部，其中，经由润滑剂通道(53)能将润滑剂输送给供给管路(53.2)，所述供给管路(53.2)与收敛的间隙(S)处于空间连接；并且
所述供给管路(53.2)形成在所述转子(10)和所述定子(20)之间；或
所述供给管路(53.2)穿过所述定子(20)延伸直至间隙区域。
24.根据权利要求23所述的流体动力滑动轴承，其特征在于，所述供给管路(53.2)在转子(10)和定子(20)之间延伸直至转子(10)和定子(20)之间的间隙区域，在定子(20)中呈槽形凹口的形式。
25.轴承组件，所述轴承组件具有转子(10)和定子(20)，其中，所述转子(10)能相对于所述定子(20)转动，其中，转子支承面(13)与所述定子(20)的配对面(21)相对，以用于在收敛的间隙(S)的区域中产生流体动压，其特征在于，所述转子(10)具有在转子轴线方向上彼此间隔布置的两个轴承部位，其中至少一个轴承部位由根据权利要求14至24中任一项所述的流体动力滑动轴承形成。
26.根据权利要求25所述的轴承组件，其特征在于，所述定子(20)由壳体嵌入件形成，其形成或具有两个流体动力滑动轴承的在轴线方向上彼此间隔布置的配对面(21)。
27.根据权利要求26所述的轴承组件，其特征在于，所述定子(20)具有两个凸出部(24)，所述两个凸出部形成轮廓区段(21.1-21.4)，其中，所述凸出部(24)经由中间件(27)间接地或直接地连接。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的轴承组件，其特征在于，其中一个轴承部位由流体动力滑动轴承形成。
29.根据权利要求26或27所述的轴承组件，其特征在于，借助润滑剂供给部将润滑剂同时输送给两个滑动轴承。
30.具有根据权利要求25至27中任一项所述的轴承组件的涡轮增压机，其中，所述涡轮增压机能设置成，形成或具有配对面(21)的壳体嵌入件借助精确配合或轴向轴固定环或其他固紧元件(58)固定地保持在壳体(50)中。
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