DE102008038714A1 - Abgasturbolader - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Gehäuse (I) und einem Laufzeug (II), wobei das Gehäuse (I) einen Luftführungsabschnitt (2), einen Abgasführungsabschnitt (3) und einen Lagerabschnitt (4) aufweist, und das Laufzeug (II) ein Verdichterrad (7), ein Turbinenrad (9) und eine das Verdichterrad (7) mit dem Turbinenrad (9) drehfest verbindende Welle (5) umfasst, wobei das Verdichterrad (7) in einer ersten Kammer (6) des Luftführungsabschnitts (2) zum Ansaugen und Verdichten von Luft und das Turbinenrad (9) in einer zweiten Kammer (8) des Abgasführungsabschnitts (3) zur Expansion von Abgas drehbar aufgenommen sind, und die Welle (5) im Lagerabschnitt (4) mit Hilfe einer Lagervorrichtung (14) drehbar gelagert ist, wobei zur Lagerung der Welle (5) die Lagervorrichtung (14) mindestens ein schmierölfreies Lager (16, 17) aufweist, welches mit Hilfe einer folienartigen Beschichtung ausgestaltet ist. Erfindungsgemäß ist zur zusätzlichen Lagerung und Abstützung der Welle (5) im Lagerabschnitt (4) eine Stützvorrichtung (23) mit mindestens einem Stützelement (24, 25) angeordnet. Die Erfindung wird überwiegend im Kraftfahrzeugbau eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 11 2005 003 627 T2 geht ein Abgasturbolader umfassend ein Gehäuse und ein Laufzeug hervor, wobei das Gehäuse einen Luftführungsabschnitt, einen Abgasführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt aufweist. Das Laufzeug weist ein Verdichterrad, ein Turbinenrad und eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad drehfest verbindende Welle auf. Das Verdichterrad ist in einer ersten Kammer des Luftführungsabschnitts zum Ansaugen und Verdichten von Luft und das Turbinenrad ist in einer zweiten Kammer des Abgasführungsabschnitts zur Expansion von Abgas drehbar aufgenommen. Die Welle ist im Lagerabschnitt mit Hilfe einer Lagervorrichtung drehbar gelagert, wobei die Lagervorrichtung mindestens ein schmierölfreies Lager aufweist, welches mit einer folienartigen Beschichtung ausgestattet ist. Das schmierölfreie folienbeschichtete Lager weist eine Beschichtung des Lagers im peripheren Innenraum des Lagers hervor, welche aufgrund ihrer Zusammensetzung eine Reduzierung der Versagenskriterien Temperatur und Reibung zur Folge hat.
  • Aus der Offenlegungsschrift US 6 158 893 A geht ein schmierölfreies Lager mit einer folienartigen Beschichtung hervor, welches insbesondere im Abgasturboladerbau einsetzbar ist, wobei das schmierölfreie folienbeschichtete Lager bei Temperaturen von ca. 650°C und Drehzahlen von ca. 60 000 min–1 betreibbar ist.
  • Die Vorteile eines Abgasturboladers mit einem schmierölfreien folienbeschichteten Lagers sind vielschichtig. Die Problematik eines mit Schmieröl betriebenen Abgasturboladers ist darin begründet, dass es zu einem Übertritt von Schmieröl in den abgasführenden Bereich des Abgasturboladers kommen kann. Bei größeren Mengen Schmieröl kann dies zu einem vollständigen Versagen des Abgasturboladers führen. Zusätzlich ist ein schmierölführender Abgasturbolader, wie alle schmierölführenden Maschinen in regelmäßigen Abständen kostenverbunden zu warten, zumindest derart, dass ein Austausch des Schmiermittels bzw. des Schmieröls erfolgt. Neben der Schmierölfreiheit sind als Vorteile insbesondere zu nennen:
    • – Erzielbarkeit hoher Drehzahlen,
    • – Wartungsfreiheit des Abgasturboladers,
    • – Dämpfung von Vibrations- und Erschütterungsbeanspruchungen,
    • – Geräuscharmut,
    • – hohe Laufgenauigkeiten bei Funktionsgenauigkeit in allen Raumlagen,
    • – hohe Ausfallsicherheit durch hohe Beständigkeit und
    • – eine sehr hohe Belastbarkeit, wobei insbesondere eine sich bei hohen Drehzahlen aufbauende sehr dünne Luftschicht von unter 0,00254 cm eine Belastbarkeit von mehreren hundert Kilogramm erlaubt.
  • Temperaturfestigkeit aufgrund hoher Abgastemperaturen sowie Drehzahlfestigkeit aufgrund hoher Drehzahlen des Abgasturboladers sind Belastungen, denen das schmierölfreie folienbeschichtete Lager standzuhalten hat. Ein weiteres Kriterium ist die häufig wechselnde Belastung im Einsatz des Abgasturboladers im Automobilbereich. Im Betrieb ist der Abgasturbolader einem andauernden Wechsel von nahezu Null- und Niedriglast auf Teil- und Volllast ausgesetzt. Im Null- und Niedriglastbereich ist eine Reibung in Form einer Festkörperreibung zwischen dem schmierölfreien folienbeschichteten Lager und der im Lager drehbar aufgenommenen Welle vorherrschend, so lange bis sich das Luftpolster im Lager vollständig ausgebildet hat. Diese Beanspruchung führt ebenfalls aufgrund des hohen Verschleißes durch den Festkörperkontakt bei der Festkörperreibung zu einem im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern vorzeitigen Versagen des schmierölfreien folienbeschichteten Lagers. Dies wiederum führt zu hohen Reparaturkosten, da das schmierölfreie folienbeschichtetes Lager ausgebaut und vollständig erneuert werden muss.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader der oben genannten Art bereitzustellen, welcher eine erhöhte Lebensdauer bei gleichzeitiger Reduzierung des Verschleißes aufweist.
  • Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist einen Lagerabschnitt auf, wobei im Lagerabschnitt eine Stützvorrichtung mit mindestens einem Stützelement zur zusätzlichen Lagerung und Abstützung der Welle angeordnet ist. Die zusätzliche Lagerung der Welle bzw. die dadurch herbeigeführte zusätzliche Abstützung der Welle führt sowohl im Stillstand als auch im Betrieb des Abgasturboladers zu einer Entlastung des schmierölfreien folienbeschichteten Lagers, im Weiteren als Luftlager bezeichnet, da Lagerkräfte sowohl auf das Luftlager als auch auf die Stützvorrichtung verteilt vorliegen. Im Stillstand ruht die Welle überwiegend auf dem Stützelement der zusätzlichen Lagerung. Liegen im Stillstand des Abgasturboladers mechanische Einflüsse vor, beispielsweise Stöße oder Schläge, so erfolgt die Abstützung überwiegend mit Hilfe der zusätzlichen Lagerung. Das Luftlager selbst erfährt nahezu keine Belastung. Im Betrieb des Abgasturboladers insbesondere im Nulllast- bis Niedriglastbereich, in den Betriebsbereichen, in denen noch kein ausreichender Luftspalt zwischen Luftlager und Welle ausgebildet ist, liegt überwiegend ein Festkörperkontakt zwischen der Welle und dem Stützelement vor, so dass der Festkörperkontakt zwischen der Welle und dem Luftlager weitestgehend reduziert ist. Die Reduzierung des Festkörperkontaktes hat eine Reduzierung des Verschleißes des Luftlagers zur Folge. Üblicherweise führt der Verschleiß des Luftlagers zu einem Versagen des Abgasturboladers. Somit ergibt eine Reduzierung des Verschleißes des Luftlagers eine Steigerung der Lebensdauer des Abgasturboladers. Eine Folge davon ist die Reduzierung von Instantsetzungskosten, welche aufgrund eines Austausches des Luftlagers im Versagensfall entstehen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist eine Erhöhung der Betriebssicherheit wobei eine Anzahl von Start-Stopp-Zyklen gesteigert werden kann.
  • In einer Ausgestaltung ist vorteilhafterweise ein erster Abstand zwischen einer der Welle zugewandt positionierten Auflagefläche des Stützelementes und einer Wellenachse der Welle kleiner ausgebildet als ein zweiter Abstand der Wellenachse zu einem Innendurchmesser des Luftlagers. Somit ist im Anfahrbetrieb bzw. bei einer Beschleunigung aus dem Nulllast- oder Niedriglastbetrieb des Abgasturboladers das Luftlager vollständig entlastet und es kann sich ein Luftspalt so lange aufbauen, bis er vollständig entwickelt ist. Während des Aufbaus des Luftspaltes ergibt sich eine Translation der Welle im Allgemeinen in vertikaler Richtung zur Wellenachse solange bis der Luftspalt vollständig ausgebildet ist. Erst wenn der Luftspalt vollständig ausgebildet ist, liegt eine effektive Lagerung der Welle im Luftlager vor und der Festkörperkontakt zwischen der Welle und dem Stützelement ist aufgrund der Vertikalbewegung vollständig gelöst.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist das Stützelement ein Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten auf, wodurch eine weitere Reduzierung der Reibleistung herbeiführbar ist.
  • In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung weist die Welle wenigstens im Bereich des Stützelementes und/oder das Stützelement wenigstens im Bereich der Welle an einer der Welle zugewandt positionierten Oberfläche eine Beschichtung mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf, so dass eine weitere Reduzierung der Reibleistung bei zusätzlicher Kostensenkung aufgrund einer ausschließlich partiellen Beschichtung erzielbar ist. Sind sowohl der entsprechende Bereich der Welle als auch der entsprechende Bereich des Stützelementes mit einer Beschichtung versehen ist eine weitere Reduzierung der Reibleistung herbeiführbar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stützelement bewegbar im Lagerabschnitt angeordnet, so dass der Festkörperkontakt zwischen der Welle und dem Stützelement steuerbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stützelement mit Hilfe mindestens eines Stellelementes bewegbar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stellelement als ein Piezo-Aktor ausgestaltet. Der Einsatz von Piezo-Aktoren bildet den Vorteil, dass innerhalb einer Maximalposition und einer Minimalposition jede weitere Position einstellbar ist. Zusätzlich weisen sich die Piezo-Aktoren als kostengünstig aus, da sie bereits in kostengünstigen Massenartikeln bspw. Autofocuskameras eingesetzt werden. Insbesondere bei einem Einsatz mehrerer Aktoren ist eine gezielte Bewegung der Stützelemente in Richtung der Welle erreichbar, so dass ein abruptes Abbremsen der Welle infolge eines Festkörperkontaktes mit den Stützelementen nahezu ausschließbar ist.
  • In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist das Stellelement in Form einer Magnetspule ausgebildet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stützelement ringförmig ausgebildet, wobei die Welle im Inneren des Stützelementes aufnehmbar ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist das Stützelement durchströmbare Öffnungen auf, so dass der Aufbau des Luftspaltes aufgrund einer mit Hilfe der Öffnungen initiierten Strömungszirkulation und die dadurch erzeugte Auftriebskraft in kurzer Zeit herbeiführbar sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Öffnungen überwiegend im Bereich des Festkörperkontaktes zwischen der Welle und dem Stützelement angeordnet. Der Vorteil ist, dass aufgrund der kumulativen Anordnung der Öffnungen im Bereich des Festkörperkontaktes eine verbesserte Auftriebskraft erzeugbar ist, mit Hilfe derer ein schnelleres Abheben der Welle und somit eine Reduzierung des Verschleißes des Stützelementes erzielbar ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das ringförmig ausgebildete Stützelement (24, 25) zur kompakten Auslegung des Abgasturboladers im Inneren des schmierölfreien, folienartig beschichteten Lagers (16, 17) aufnehmbar ausgestaltet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die Welle des Abgasturboladers mit Hilfe eines Elektromotors antreibbar, wodurch der Einsatz des Abgasturboladers in Verbindung mit einer Brennstoffzelle realisierbar ist. Des Weiteren kann bei diesem Ein satz des elektrisch unterstützen Abgasturbolader der Abgasturbolader energiesparend abgeschaltet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann der Luftspalt zwischen der Welle und dem Luftlager mit Hilfe von Druckluft aufgebaut werden, so dass der Luftspalt unabhängig von der Drehzahl des Abgasturboladers erzeugbar ist.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist der Luftspalt zwischen der Welle und dem Luftlager mit Hilfe einer Rotations-energie der Welle aufbaubar, so dass auf zusätzliche Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckluft verzichtet werden kann.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 In einem Längsschnitt einen Abgasturbolader gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 in einem Querschnitt ein schmierölfreies Lager mit einer Folienbeschichtung gemäß dem Stand der Technik,
  • 3 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Lagerabschnitt eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
  • 4 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers gem. 3 mit bewegbaren Stützelementen,
  • 5 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers gem. 4 mit Stützelementen in einer ersten Variante,
  • 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers gem. 5 mit Stützelementen in einer zweiten Variante,
  • 7 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers gem. 5 mit Stützelementen in einer dritten Variante.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen Abgasturbolader 1 gemäß dem Stand der Technik für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, mit einem Luftführungsabschnitt 2, einem Abgasführungsabschnitt 3 sowie einem Lagerabschnitt 4. Im Lagerabschnitt 4 ist eine Welle 5 drehbar gelagert, welche ein in einer ersten Kammer 6 des Luftführungsabschnitts 2 positioniertes Verdichterrad 7 mit einem in einer zweiten Kammer 8 des Abgasführungsabschnitts 3 positioniertes Turbinenrad 9 drehfest verbindet. Im Betrieb wird das aus der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas durch nicht näher dargestellte Abgasleitungen geführt, wobei die Abgasleitungen einen nicht näher dargestellten Auslassbereich der Brennkraftmaschine mit einem Eintrittsbereich 10 des Abgasführungsabschnitts 3 verbindend angeordnet sind.
  • Das Abgas wird über den Eintrittsbereich 10 das Turbinenrad 9 anströmend geleitet, unter Herbeiführung einer Expansion des Abgases im Abgasführungsabschnitt 3, so dass das Turbinenrad 9 in eine Drehbewegung versetzt wird. Mit Hilfe der Welle 5 wird das Verdichterrad 7 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt, so dass Luft angesaugt und im Luftführungsabschnitt 2 verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird über nicht näher dargestellte Frischluftleitungen, welche einen Austrittsbereich 11 des Luftführungsabschnitts 2 mit einem nicht näher dargestellten Einlassbereich der Brennkraftmaschine verbindend angeordnet sind, der Brennkraftmaschine zugeführt. Üblicherweise ist ein nicht näher dargestellter Ladeluftkühler zwischen dem Luftführungsabschnitt 2 und dem Einlassbereich angeordnet, zur Kühlung der durch den Verdichtungsprozess im Luftführungsabschnitt 2 erwärmten Luft.
  • Der in 1 dargestellte Lagerabschnitt 4 weist eine Lagervorrichtung 14 auf, mit einem ersten schmierölfreien Lager 16 mit einer Folienbeschichtung und einem zweiten schmierölfreien Lager 17 mit einer Folienbeschichtung, im Weiteren als Luftlager 16, 17 bezeichnet.
  • Das Luftlager 16, 17 umfasst ein zylinderförmiges Lagergehäuse 18, eine Abstandsfolie 19, welche an einer inneren peripheren Oberfläche des Lagergehäuses 18 vorgesehen ist, eine wellenartige ausgebildete Zwischenfolie 20, welche auf der Abstandsfolie 19 angeordnet ist sowie eine Deckfolie 21, welche auf der Zwischenfolie 20 angeordnet ist (s. 2). Die Welle 5 ist im Inneren der Luftlager 16, 17 drehbar gelagert.
  • Das erste Luftlager 16 ist in einem ersten Lagerabschnittsbereich 12 und das zweite Luftlager 17 ist in einem zweiten Lagerabschnittsbereich 13 positioniert. Das Lagergehäuse 18 des jeweiligen Luftlagers 16, 17 ist fest in dem jeweiligen Lagerabschnittsbereich 12, 13 gelagert.
  • Im Stillstand, auch Ruhezustand genannt, oder im Nulllast- oder Niedriglastbereich weist bei dem Abgasturbolader 1 gemäß dem Stand der Technik das Luftlager 16, 17 einen Festkörperkontakt mit der Welle 5 auf, wobei eine Berührung der Deckfolie 21 mit der Welle 5 vorliegt. In einem bestimmten Betriebsbereich, im Teillast- und Volllastbereich, insbesondere bei mittleren bis hohen Drehzahlen des Abgasturboladers 1 baut sich zwischen der Deckfolie 21 und der Welle 5 ein Luftspalt 22 vollständig auf, d. h. über dem gesamten Umfang der Welle 5 ist kein Kontakt zwischen der Welle 5 und der Deckfolie 21 ausgebildet, so dass eine reibungsfreie Lagerung der Welle 5 ermöglicht ist.
  • Beim Beschleunigungsvorgang oder Betrieb des Abgasturboladers 1 aus dem Ruhezustand oder einem Bereich niedriger Drehzahlen heraus, im Nulllast- bzw. Niedriglastbereich, ist der Luftspalt 22 nicht vollständig aufgebaut, so dass teilweise Festkörperreibung aufgrund von Festkörperkontakt zwischen der Deckfolie 21 und der Welle 5 vorherrscht.
  • 3 zeigt eine Stützvorrichtung 23 zur Reduzierung der Festkörperreibung zwischen der Deckfolie 21 und der Welle 5, wobei die Stützvorrichtung 23 ein erstes Stützelement 24 mit einer der Welle zugewandt positionierten Auflagefläche 27 und ein zweites Stützelement 25 mit einer der Welle zugewandt positionierten Auflagefläche 27 aufweist. Ein erster Abstand A1 zwischen einer Wellenachse 26 der Welle 5 und der Auflagefläche 27 ist so ausgelegt, dass im Ruhezustand oder bei niedrigen Drehzahlen die Welle 5 sich auf den Stützelementen 24, 25 und nicht auf der Deckfolie 21 abstützend ausgestaltet ist. Der erste Abstand A1 zwischen einer der Welle zugewandt positionierten Auflagefläche 27 des Stützelementes 24, 25 und der Wellenachse 26 ist kleiner ausgebildet als ein zweiter Abstand A2 der Wellenachse 26 zu einem Innenradius RI des Luftlagers, wobei der Innenradius RI einem Innenradius der Deckfolie 21 entspricht.
  • Die Stützelemente 24, 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel vollständig aus einem keramischen Werkstoff SiC aufgebaut. Ebenso könnte das Material einen anderen Werkstoff mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten beinhalten, beispielsweise gemäß einem klassischen Gleitlager einen Bronze-Polytetrafluorethylen(PTFE)-Aufbau aufweisend, oder ein weiterer keramischer Werkstoff wie beispielsweise Si3N4 sein.
  • Auch könnte der Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten nur in einem Bereich der Auflagefläche 27 vorliegen, in dem Bereich, welcher den Festkörperkontakt mit der Welle 5 aufweist, und/oder die Welle 5 weist mindestens teilweise in dem Bereich des Festkörperkontaktes den Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten auf.
  • Idealerweise ist die Welle 5 aus Stahl gefertigt. Zur weiteren Reduzierung der Reibleistung weist die Welle 5 im Bereich der Stützelemente 24, 25 eine Beschichtung auf. Die Beschichtung umfasst idealerweise einen Hartstoff der beispielsweise DLC, eine diamantähnliche Schutzschicht aus Kohlenstoff, oder CrN aufweist. Ebenso könnte die Welle 5 auch mit PTFE beschichtet sein, und/oder die Auflagefläche 27 des Stützelementes 24, 25 weist eine PTFE-Beschichtung auf.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel gem. 4 ist die Stützvorrichtung 23 bewegbar ausgebildet. Das bedeutet, dass die Positionen der Stützelemente 24, 25 veränderbar sind. Eine Positionsänderung ist mit Hilfe eines ersten Stellelementes 28 und eines zweiten Stellelementes 29 herbeizuführen, wobei die Stellelemente 28, 29 in Form von Aktoren ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Stellelement 28, 29 zwei bewegbare, mit dem Stützelement 24, 25 in Verbindung stehende Stellglieder auf. Idealerweise erfolgt die Positionsänderung gegenüber der Welle 5 vertikal, allerdings könnten die Stützelemente 24, 25 auch eine um eine nicht näher dargestellte Achse kreisförmige Bewegung ausführbar ausgestaltet sein, derart, dass eine Positionsänderung in Form einer Kipp- und/oder Klappbewegung in axialer Richtung der Welle 5 ermöglicht ist.
  • Im Ruhezustand oder bei niedrigen Drehzahlen werden die Aktoren, beispielsweise Piezo-Aktoren oder Magnetspulen, derart mit Hilfe nicht näher dargestellter Steuerelemente angesteuert, dass die Welle 5 auf den Stützelementen 24, 25 aufliegt bzw. einen Festkörperkontakt mit den Stützelementen 24, 25 aufweist, während die Deckfolie 21 kontaktfrei zur Welle 5 ist. Diese Position entspricht einer Maximalposition. Sobald der Luftspalt 22 zwischen Welle 5 und Deckfolie 21 vollständig ausgebildet ist, werden die Stützelemente 24, 25 mit Hilfe der Stellelemente 28, 29 in eine Minimalposition gebracht, wobei in der Minimalposition ein größter Abstand zwischen der Welle 5 und den Stützelementen 24, 25 vorliegt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 24, 25 ringförmig ausgebildet, wobei das Stützelement 24, 25 die Welle 5 vollständig umfassend ausgestaltet ist (s. 5). In diesem Ausführungsbeispiel weist das Stellelement 28, 29 ein bewegbares, mit dem Stützelement 24, 25 in Verbindung stehendes Stellglied auf.
  • Im Ruhezustand oder bei niedrigen Drehzahlen ist das Stützelement 24, 25 mit Hilfe des bewegbaren Stellelements 28, 29 ellipsenförmig verformt, derart, dass ein Festkörperkontakt zwischen dem Stützelement 24, 25 und der Welle 5 ausgebildet ist. In diesem Zustand ist kein Festkörperkontakt zwischen der Deckfolie 21 des Luftlagers 16, 17 und der Welle 5 ausgebildet. Bis zum Aufbau des vollständigen Luftspaltes 22 zwischen der Deckfolie 21 und der Welle 5 wird das Stellelement 28, 29 mit Hilfe des Aktors solange bewegt, bis der Festkörperkontakt zwischen Stützelement 24, 25 und Welle 5 aufgehoben ist. Das ringförmig Stützelement 24, 25 weist beispielhaft ein keramisches Material auf.
  • In einer zweiten Variante des Stützelementes 24, 25, s. 6, weist das ringförmige Stützelement 24, 25 durchströmbare Öffnungen 30 auf, welche regelmäßig oder unregelmäßig über einem Umfang des Stützelementes 24, 25 angeordnet sind. Diese Öffnungen 30 können in Form von Bohrungen, geätzten oder geprägten Kanalstrukturen ausgebildet sein. Bevorzugterweise sind die Öffnungen 30 überwiegend im Festkörperkontaktbereich zwischen der Welle 5 und dem Stützelement 24, 25 angeordnet.
  • In einer dritten Variante des Stützelementes 24, 25 gem. 7 ist das Stützelement 24, 25 im Inneren des Luftlagers 16, 17 aufgenommen. Die Deckfolie 21 steht somit nicht in Kontakt mit der Welle 5 sondern in Kontakt mit dem Stützelement 24, 25 solange bis sich der Luftspalt 22 vollständig ausgebildet hat.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 112005003627 T2 [0002]
    • - US 6158893 A [0003]

Claims (16)

  1. Abgasturbolader mit einem Gehäuse (I) und einem Laufzeug (II), wobei das Gehäuse (I) einen Luftführungsabschnitt (2), einen Abgasführungsabschnitt (3) und einen Lagerabschnitt (4) aufweist, und das Laufzeug (II) ein Verdichterrad (7), ein Turbinenrad (9) und eine das Verdichterrad (7) mit dem Turbinenrad (9) drehfest verbindende Welle (5) umfasst, wobei das Verdichterrad (7) in einer ersten Kammer (6) des Luftführungsabschnitts (2) zum Ansaugen und Verdichten von Luft und das Turbinenrad (9) in einer zweiten Kammer (8) des Abgasführungsabschnitts (3) zur Expansion von Abgas drehbar aufgenommen sind, und die Welle (5) im Lagerabschnitt (4) mit Hilfe einer Lagervorrichtung (14) drehbar gelagert ist, wobei zur Lagerung der Welle (5) die Lagervorrichtung (14) mindestens ein schmierölfreies Lager (16, 17) aufweist, welches mit Hilfe einer folienartigen Beschichtung (19, 20, 21) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Lagerung und Abstützung der Welle (5) im Lagerabschnitt (4) eine Stützvorrichtung (23) mit mindestens einem Stützelement (24, 25) angeordnet ist.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstand (A1) zwischen einer der Welle (5) zugewandt positionierten Auflagefläche (27) des Stützelementes (24, 25) und einer Wellenachse (26) der Welle (5) kleiner ausgebildet als ein zweiter Abstand (A2) der Wellenachse (26) zu einem Innenradius (RI) des schmierölfreien, folienartig beschichteten Lagers (16, 17).
  3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (24, 25) ein Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten aufweist.
  4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) wenigstens im Bereich des Stützelementes (24, 25) eine Beschichtung mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
  5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (24, 25) wenigstens im Bereich der Welle (5) an einer der Welle (5) zugewandt positionierten Auflagefläche (27) eine Beschichtung mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
  6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (24, 25) bewegbar im Lagerabschnitt (4) angeordnet ist.
  7. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (24, 25) mit Hilfe mindestens eines Stellelementes (28, 29) bewegbar ist.
  8. Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (28, 29) in Form eines Piezo-Aktors ausgestaltet.
  9. Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (28, 29) in Form einer Magnetspule ausgebildet ist.
  10. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (24, 25) ringförmig ausgebildet ist und die Welle (5) im Inneren des Stützelementes (24, 25) aufnehmbar ist.
  11. Abgasturbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmig ausgebildete Stützelement (24, 25) durchströmbare Öffnungen (30) aufweist.
  12. Abgasturbolader nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (30) überwiegend im Bereich eines Festkörperkontaktes zwischen der Welle (5) und dem Stützelement (24, 25) angeordnet sind.
  13. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmig ausgebildete Stützelement (24, 25) im Inneren des schmierölfreien, folienartig beschichteten Lagers (16, 17) aufnehmbar ausgestaltet ist.
  14. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) mit Hilfe eines Elektromotors antreibbar ist.
  15. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt (21) zwischen der Welle (5) und dem schmierölfreien, folienartig beschichteten Lager (16, 17) mit Hilfe von Druckluft aufbaubar ist.
  16. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt (21) zwischen der Welle (5) und dem schmierölfreien, folienartig beschichteten Lager (16, 17) mit Hilfe einer Rotationsenergie der Welle (5) aufbaubar ist.
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