DE102010027770B4

DE102010027770B4 - Turbolader

Info

Publication number: DE102010027770B4
Application number: DE102010027770A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bartholomä
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: JP2011226469A; CN102221046A; CH703053B1; KR20110115513A; DE102010027770A1; CH703053A2

Abstract

Turbolader (1; 1') mit einer ein Laufrad (21, 22; 21', 22') tragenden Welle (20; 20') und wenigstens einem die Welle (20; 20') drehbar in einem Lagergehäuse (13; 13') lagernden Gleitlager (30, 40; 30', 40'), wobei das Gleitlager (30, 40; 30', 40') zwei Lagerelemente (31', 32'; 41, 42) mit jeweiligen zueinander eine rotatorische Gleitbewegung erlaubenden Gleitflächen (31b, 32b'; 41b, 42b) aufweist, wobei die Gleitfläche (32b'; 42b) eines der beiden Lagerelemente (31', 32'; 41, 42) weicher ausgebildet ist als die mit dieser gleitend zusammenwirkende Gleitfläche (31b'; 41b) des anderen der beiden Lagerelemente (31', 32'; 41, 42), wobei die weichere Gleitfläche (32b'; 42b) von einem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (30, 40; 30', 40') als Axiallager ausgebildet ist und daran angeformt ein als ein umlaufender Vorsprung, auch als Spurring oder Laufring bezeichnet, ausgebildetes erstes Lagerelement (41) aufweist sowie ein als eine schwimmend auf der Welle (20) gelagerte...

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Turbolader der eingangsgenannten Art sind beispielsweise aus DE 690 04 849 T2 und aus DE 10 2006 053 726 A1 bekannt.
Weitere mit Gleitlagern versehene Turbolader sind z. B. in DE 196 41 673 A1 beschrieben.
Bei derartigen mit Gleitlagern versehenen Turboladern ist die die Laufräder (Turbinenrad, Verdichterrad) tragende Welle bevorzugt aus Stahl herstellt und ist das Lagergehäuse bzw. Zentralgehäuse aus einer Eisen-Basis-Legierung, wie z. B. Gusseisen und insbesondere Kugelgraphitguss, hergestellt.
Die Gleitlager in solchen Turboladern können als Radiallager bzw. Querlager, als Axiallager bzw. Längslager und/oder als Kombination von Axiallager und Radiallager ausgebildet sein.
Ein in solchen Turboladern vorgesehenes Gleitlager weist zwei Lagerelemente mit jeweiligen zueinander eine rotatorische Gleitbewegung erlaubenden Gleitflächen auf, wobei die Gleitfläche eines der beiden Lagerelemente weicher ausgebildet ist als die mit dieser gleitend zusammenwirkende Gleitfläche des anderen der beiden Lagerelemente.

Lagerelemente der Gleitlager bestehen dabei üblicherweise aus folgenden Materialen:

– Lagerbuchse, Lagerscheibe,
profiliertes Schublager, Gegenschublager:	Bleibronze,
	Aluminium
	Weichmetall
– Welle Laufring, unprofiliertes Schublager:	gehärteter Stahl
– Lagergehäuse, Lagerkörper:	Kugelgraphitguss

Im Betrieb des Turboladers soll sich zwischen den gleitend zusammenwirkenden Gleitflächen der Lagerelemente der Gleitlager ein Schmierfilm befinden, der den metallischen Kontakt zwischen den Gleitflächen verhindert. Im Falle des Versagens des Schmierfilms soll die Gleitfläche des weicheren Lagerelements gegen die Gleitfläche des härteren Gleitelements laufen und dabei gewisse Notlaufeigenschaften bzw. Notschmiereigenschaften bereitstellen.
Als Material für die weichere Gleitfläche findet Weichmetall, vorzugsweise Bleibronze, Aluminium oder Weißmetall, Anwendung. Diese Materialauswahl ist seit vielen Jahrzehnten Stand der Technik. Für die Anwendung in Gleitlagern mit niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten und niedriger spezifischer Last stellt eine derartige Materialauswahl für die weichere Gleitfläche die gewünschten Notlaufeigenschaften bereit.
In Turboladern, welche bei der rotatorischen Gleitbewegung der zusammenwirkenden Gleitflächen eines Gleitlagers Gleitgeschwindigkeiten von 80 m/s und mehr aufweisen, funktioniert die Materialauswahl des Standes der Technik nicht mehr in vollem Umfang. Folgende Nachteile haben sich bei Verwendung dieser Materialauswahl in Turbolader-Gleitlagern gezeigt:

1. Die gewünschten Notlaufeigenschaften sind nicht gegeben, da das Weichmetall bei kurzzeitigem Versagen des Schmierfilms aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes sofort schmilzt und seine Form verliert. Dadurch weitet sich der zunächst nur lokale Versagensbereich schlagartig aus und führt zu einem sofortigen Totalversagen des Gleitlagers.
2. Harte Partikel im Schmieröl (z. B. Späne, Schweißperlen, Abgasrückstande usw.) können sich im Werkstoff der weicheren Gleitfläche einbetten und als Schleifkörper auf die härtere Gleitfläche (Gegenfläche) wirken, wodurch erhöhter Verschleiß entsteht.
3. Bei rotierenden Lagerscheiben oder -büchsen wirkt sich die geringe Festigkeit des Weichmetalls negativ auf die Sicherheit des Bauteiles aus. Insbesondere bei steigenden Temperaturen nimmt die Festigkeit des Bauteils ab und kann somit ggf. nicht den Fliehkräften standhaften.
4. Durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Lagerwerkstoffs, des Gehäusewerkstoffs und des Wellenwerkstoffs verändern sich im Betrieb gegenüber dem Stillstand insbesondere bei Radialgleitlagern die Radialspiele. Dadurch kann es zu einem veränderten Dämpfungsverhalten der Radiallager kommen, was zu Laufunruhe führen kann oder zumindest die Auslegung der Radialgleitlager erschwert.
5. Insbesondere bei Verbundlagern, bei denen das Weichmetall auf einen Grundkörper aus Stahl durch Aufschmelzen oder Aufspritzen aufgebracht wird, kann es, verursacht durch Bindefehler, zum Lösen der Weichmetallschicht kommen, wodurch ein Lagerschaden verursacht werden kann.

Bei Axiallagern bzw. Schublagern mit schwimmender Lagerscheibe wird teilweise versucht die Nachteile der Weichmetalllager durch den Einsatz gehärteter und beschichteter Lagerscheiben zu beheben, wodurch die in den Punkten 2, 3 und 4 beschriebenen Probleme gelöst werden können. In diesem Fall führt ein Ablösen der Weichmetallschicht nicht zum sofortigen Ausfall des Gleitlagers. Das unter Punkt 1 beschriebene Problem der mangelnden Notlaufeigenschaften kann zwar gelindert, aber nicht gelöst werden, da die gebräuchlichsten Beschichtungen bei Temperaturen über 400°C zerstört werden und dadurch deren reibungsmindernde Wirkung schlagartig nachlässt, was ebenfalls einen sofortigen Lagerschaden zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, wobei das oder die Gleitlager des Turboladers bei Schmierfilmversagen ausreichende Notlaufeigenschaften aufweisen, so dass ein sofortiger Lagerschaden mit ggf. Totalausfall des Gleitlagers vermieden werden kann.
Dies wird mit einem Turbolader gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung wird ein Turbolader mit einer ein Laufrad tragenden Welle und wenigstens einem die Welle drehbar in einem Lagergehäuse lagernden Gleitlager bereitgestellt, wobei das Gleitlager zwei Lagerelemente mit jeweiligen zueinander eine rotatorische Gleitbewegung erlaubenden Gleitflächen aufweist, und wobei die Gleitfläche eines der beiden Lagerelemente weicher ausgebildet ist als die mit dieser gleitend zusammenwirkende Gleitfläche des anderen der beiden Lagerelemente. Der erfindungsgemäße Turbolader zeichnet sich dadurch aus, dass die weichere Gleitfläche von einem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff gebildet ist.
Bevorzugt ist die Welle aus Stahl hergestellt und ist das Lagergehäuse aus einem Eisen-Basis-Werkstoff wie Kugelgraphitguss hergestellt.
Durch das eingelagerte Graphit enthält der Werkstoff der weicheren Gleitfläche bereits einen hochtemperaturfesten Trockenschmierstoff, welcher die Notlaufeigenschaften deutlich verbessert. Der Schmelzpunkt von Eisen-Basis-Werkstoff liegt deutlich über dem von Weichmetall. Im Fall eines kurzzeitigen Versagens des Schmierfilmes schmilzt der Eisen-Basis-Werkstoff der weicheren Gleitfläche nicht, sondern wird lediglich durch den härteren Reibpartner (die andere, härtere Gleitfläche) abgetragen. Da Lagerschäden meist lokal an einer örtlich begrenzten Steile beginnen, hat das Gleitlager durch diesen Materialabtrag Selbstheilungseigenschaften. Es kommt im Gleitlager zwar zu lokal erhöhtem Verschleiß, aber nicht zu einem spontanen Lagerversagen.
Da Eisen-Basis-Werkstoff deutlich härter als Weichmetall ist, können sich weniger Schmutzpartikel in die weichere Gleitfläche einlagern, wodurch diese durch andere konstruktive Maßnahmen (z. B. Schmutznuten) aus dem Gleitlager heraus gespült werden können und damit wesentlich kürzer im Gleitlager verbleiben. Im Ergebnis weist das Gleitlager des erfindungsgemäßen Turboladers einen gegenüber Weichmetalllagern reduzierten Verschleiß auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der graphithaltige Eisen-Basis-Werkstoff von Kugelgraphitguss gebildet.
Kugelgraphitguss lässt sich sehr leicht bearbeiten, womit das Gleitlager des erfindungsgemäßen Turboladers einfach und damit kostengünstig herstellbar ist.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist das die weichere Gleitfläche aufweisende Lagerelement vollständig aus dem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff hergestellt.
Durch die gegenüber Weichmetall höhere Festigkeit des graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoffs und die geringere Abnahme von dessen Festigkeit unter Temperatureinfluss wird die Sicherheit des Gleitlagers insbesondere bei rotierenden Lagerscheiben (schwimmende Ausführung) erhöht.
Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Gleitlager, dessen die weichere Gleitfläche aufweisendes Lagerelement vollständig aus graphithaltigem Eisen-Basis-Werkstoff wie Kugelgraphitguss hergestellt ist, aufgrund seiner besseren Festigkeit als Einstofflager ausgelegt werden und die Ausführung als Verbundlager überflüssig machen. Dadurch werden nicht nur Kosten gespart, sondern auch das Ausfallrisiko reduziert.
Wie eingangs schon erwähnt, sind Lagergehäuse von Turboladern üblicherweise aus Gusseisen und bevorzugt aus Kugelgraphitguss hergestellt. Damit entspricht, da der Werkstoff des die weichere Gleitfläche aufweisenden Lagerelements zur gleichen Werkstofffamilie gehört wie der Werkstoff des Lagergehäuses, der thermische Ausdehnungskoeffizient des die weichere Gleitfläche aufweisenden Lagerelements dem thermische Ausdehnungskoeffizienten des Lagergehäuses. Dadurch können sich die Lagerspiele, insbesondere von Radialgleitlagern, im Betrieb nur noch sehr wenig ändern und die Empfindlichkeit des Gleitlagers gegenüber unterschiedlichen Schmieröltemperaturen nimmt deutlich ab. Das geänderte Verhalten sollte bei der Auslegung des Kaltspieles von Radialgleitlagern berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das die weichere Gleitfläche aufweisende Lagerelement von dem Lagergehäuse gebildet.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das die weichere Gleitfläche aufweisende Lagerelement einstückig mit einem Grundkörper des Lagergehäuses oder einstückig mit einer lösbar an dem Grundkörper des Lagergehäuses befestigten Lagergehäuse-Komponente, wie z. B. einem Gehäusedeckel oder einem Haltekörper, ausgebildet.
Auf diese Weise, bei der z. B. separate Lagerbüchsen eingespart werden können, lässt sich das Gleitlager noch einfacher und damit noch kostengünstiger im erfindungsgemäßen Turbolader realisieren.
Bevorzugt ist das Gleitlager des Turboladers als Radiallager, Axiallager oder als Axial-Radial-Lager ausgebildet. Noch bevorzugter sind alle die Welle im Lagergehäuse lagernden Lager als erfindungsgemäß ausgestaltetes Gleitlager ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Gleitlager als rotierendes bzw. schwimmendes oder als starres bzw. nichtschwimmendes Gleitlager ausgebildet.
Mit anderen Worten kann der graphithaltige Eisen-Basis-Werkstoff für die weichere Gleitfläche sowohl für rotierende und starre Radiallager als auch für rotierende und starre Axiallager verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Turboladers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines als Axiallager ausgebildeten Gleitlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines als Radiallager ausgebildeten Gleitlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Turboladers 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Der Turbolader 1 hat ein aus Kugelgraphitguss hergestelltes Gehäuse 10, welches ein Turbinengehäuse 11, ein Verdichtergehäuse 12 und ein zwischen dem Turbinengehäuse 11 und dem Verdichtergehäuse 12 angeordnetes Lagergehäuse bzw. Zentralgehäuse 13 aufweist.
In dem Lagergehäuse 13 ist eine Welle 20 aus gehärtetem Stahl über zwei jeweils als Radiallager ausgebildete Gleitlager 30, 30 und wenigstens ein als Axiallager ausgebildetes Gleitlager 40 drehbar gelagert und sowohl radial als auch axial abgestützt.
Gemäß der Ausführungsform von 1 sind die beiden jeweils als Radiallager ausgebildeten Gleitlager 30, 30 seitlich angrenzend an das Lagergehäuse 13 angeordnet und ist das als Axiallager ausgebildete Gleitlager 40 zwischen dem an das Verdichtergehäuse 12 angrenzenden als Radiallager ausgebildeten Gleitlager 30 und dem Verdichtergehäuse 12 angeordnet. Alternativ kann das Axiallager auch zwischen den Gleitlagern 30, 30 angeordnet sein.
Die Welle 20 tragt darauf drehfest angebracht ein erstes Laufrad (Turbinenlaufrad) 21, welches im Turbinengehäuse 11 angeordnet ist, und ein zweites Laufrad (Verdichterlaufrad) 22, welches im Verdichtergehäuse 12 angeordnet ist.
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Turboladers 1' gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Der Turbolader 1' hat ein aus Kugelgraphitguss hergestelltes Gehäuse 10', welches ein Turbinengehäuse 11', ein Verdichtergehäuse 12' und ein zwischen dem Turbinengehäuse 11' und dem Verdichtergehäuse 12' angeordnetes Lagergehäuse bzw. Zentralgehäuse 13' aufweist.
In dem Lagergehäuse 13' ist eine Welle 20' aus gehärtetem Stahl über zwei jeweils als Radiallager ausgebildete Gleitlager 30', 30' und wenigstens ein als Axiallager ausgebildetes Gleitlager 40' drehbar gelagert und sowohl radial als auch axial abgestützt.
Gemäß der Ausführungsform von 2 sind die beiden jeweils als Radiallager ausgebildeten Gleitlager 30', 30' jeweils seitlich angrenzend an das Turbinengehäuse 11' bzw. das Verdichtergehäuse 12' angeordnet und ist das als Axiallager ausgebildete Gleitlager 40' mittig zwischen den beiden jeweils als Radiallager ausgebildeten Gleitlagern 30', 30' angeordnet. Alternativ kann das Axiallager auch zwischen den Gleitlagern 30', 30' angeordnet sein.
Die Welle 20' trägt darauf drehfest angebracht ein erstes Laufrad (Turbinenlaufrad) 21', welches im Turbinengehäuse 11' angeordnet ist, und ein zweites Laufrad (Verdichterlaufrad) 22', welches im Verdichtergehäuse 12' angeordnet ist.
3 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht des als Axiallager ausgebildeten Gleitlagers 40 des Turboladers 1 von 1.
Das als Axiallager ausgebildete Gleitlager 40 weist daran angeformt ein als ein umlaufender Vorsprung (auch als Spurring oder Laufring bezeichnet) ausgebildetes erstes Lagerelement 41 sowie ein als eine schwimmend auf der Welle 20 gelagerte Axiallagerscheibe ausgebildetes zweites Lagerelement 42 auf.
Das zweite Lagerelement 42 (Axiallagerscheibe) weist einen Innendurchmesser 42a auf, der als Übermaßbohrung im Vergleich zu einem Außendurchmesser 20a der Welle 20 ausgeführt ist.
Das erste Lagerelement 41 (der umlaufende Vorsprung der Welle) ist wie die Welle 20 aus gehärtetem Stahl hergestellt und weist eine seitliche Gleitfläche 41b auf, die einer ersten seitlichen Gleitfläche 42b des aus graphithaltigem Eisen-Basis-Werkstoff (hier Kugelgraphitguss) hergestellten zweiten Lagerelements 42 (Axiallagerscheibe) zugewandt ist, so dass die beiden Gleitflächen 41b, 42b eine rotatorische Gleitbewegung relativ zueinander erlauben.
Das zweite Lagerelement 42 weist ferner eine zweite seitliche Gleitfläche 42c auf, die einer an einer Schulter des Lagergehäuses 13 ausgebildeten seitlichen Gleitfläche 13c zugewandt ist, so dass die beiden Gleitflächen 42c, 13c eine rotatorische Gleitbewegung relativ zueinander erlauben.
Im Betrieb des Turboladers 1 wird über nicht dargestellte Ölzuführungen in den jeweils zwischen der seitlichen Gleitfläche 41b des ersten Lagerelements 41 und der ersten seitlichen Gleitfläche 42b des zweiten Lagerelements 42 sowie zwischen der zweiten seitlichen Gleitfläche 42c des zweiten Lagerelements 42 und der seitlichen Gleitfläche 13c des Lagergehäuses 13 ausgebildeten Lagerspalten 43, 44 jeweils ein Schmierölfilm erzeugt, so dass das mit der Welle 20 rotierende erste Lagerelement 41 hydrodynamisch axial an dem zweiten Lagerelement 42 und dieses hydrodynamisch axial an dem Lagergehäuse 13 abgestützt ist.
Dadurch, dass das zweite Lagerelement 42 aus Kugelgraphitguss hergestellt ist, ist dessen erste seitliche Gleitfläche 42b weicher ausgebildet als die ihr zugewandte und mit ihr gleitend zusammenwirkende seitliche Gleitfläche 41b des ersten Lagerelements 41. Damit kann bei einem Ausfall des Schmierölfilms die seitliche Gleitfläche 41b des ersten Lagerelements 41 im Notlauf via Festkörperreibung bzw. Trockenreibung auf der ersten seitlichen Gleitfläche 42b des zweiten Lagerelements 42 gleiten, wobei die erste seitliche Gleitfläche 42b des zweiten Lagerelements 42 über das im Kugelgraphitguss enthaltene Graphit die nötige Notlaufschmierung bereitstellt.
Wie aus 3 ersichtlich, ist das die im Vergleich zum ersten Lagerelement 41 weichere Gleitfläche 42b aufweisende zweite Lagerelement 42 vollständig aus dem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff (Kugelgraphitguss) hergestellt, so dass hinsichtlich der Festigkeit des sich im Betrieb des Turboladers 1 etwa mit halber Wellendrehzahl drehenden zweiten Lagerelements 42 keine Probleme bestehen.
In Abwandlung der in 3 gezeigten Ausführungsform des als Axiallager ausgebildeten Gleitlagers 40 des erfindungsgemäßen Turboladers 1 könnte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Axiallagerscheibe (das zweite Lagerelement 42) auch weggelassen sein, wobei dann das aus graphithaltigem Eisen-Basis-Werkstoff (Kugelgraphitguss) hergestellte Lagergehäuse 13 die im Vergleich zum ersten Lagerelement 41 weichere Gleitfläche 13 aufweisen und das zweite Lagerelement bilden würde. In diesem Fall würde sich die seitliche Gleitfläche 41b des ersten Lagerelements 41 in gleitender Zusammenwirkung hydrodynamisch axial an der seitlichen Gleitfläche 13c des Lagergehäuses 13 abstützen.
Gemäß dieser Abwandlung der in 3 gezeigten Ausführungsform wäre das die weichere Gleitfläche 13c aufweisende Lagerelement einstückig mit einem Grundkörper des Lagergehäuses 13 ausgebildet. Natürlich wäre es gemäß einer nicht dargestellten weiteren Abwandlung auch möglich, dass das die weichere Gleitfläche 13c aufweisende Lagerelement einstückig mit einer lösbar an dem Grundkörper des Lagergehäuses 13 befestigten Lagergehäuse-Komponente, wie z. B. einem Gehäusedeckel, ausgebildet ist.
Wie unter Bezugnahme auf 3 und deren Abwandlung erläutert, kann das als Axiallager ausgebildete Gleitlager 40 somit sowohl als rotierendes (schwimmendes) als auch als starres (nichtschwimmendes) Gleitlager ausgebildet sein.
4 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht eines der jeweils als Radiallager ausgebildeten Gleitlager 30', 30' des Turboladers 1' von 2.
Das als Radiallager ausgebildete Gleitlager 30' weist als ein erstes Lagerelement 31' einen Längsabschnitt der Welle 20' sowie ein als fest in eine Bohrung 13a' des Lagergehäuses 13' eingesetzte Lagerbüchse ausgebildetes zweites Lagerelement 32' auf.
Das zweite Lagerelement 32' (Lagerbüchse) weist einen eine Gleitfläche 32b' bildenden Innendurchmesser 32a' auf, der als Übermaßbohrung im Vergleich zum Außendurchmesser 20a' der Welle 20 ausgeführt ist.
Der Außendurchmessers 20a' der Welle bildet im Bereich des ersten Lagerelements 31' (Längsabschnitt der Welle 20') eine der Gleitfläche 32b' des zweiten Lagerelements 32' zugewandte Gleitfläche 31b', so dass die beiden Gleitflächen 31b', 32b' eine rotatorische Gleitbewegung relativ zueinander erlauben.
Im Betrieb des Turboladers 1' wird über nicht dargestellte Ölzuführungen in dem zwischen der Gleitfläche 31b' des ersten Lagerelements 31' und der Gleitfläche 32b' des zweiten Lagerelements 32' ausgebildeten Lagerspalt 33' ein Schmierölfilm erzeugt, so dass die rotierende Welle 20' über das von ihr gebildete erste Lagerelement 31' hydrodynamisch radial an dem zweiten Lagerelement 32' und dieses radial an dem Lagergehäuse 13' abgestützt ist.
Dadurch, dass das zweite Lagerelement 32' aus Kugelgraphitguss hergestellt ist, ist dessen Gleitfläche 32b' weicher ausgebildet als die ihr zugewandte und mit ihr gleitend zusammenwirkende Gleitfläche 31b' des von der Welle 20' gebildeten ersten Lagerelements 31'. Damit kann bei einem Ausfall des Schmierölfilms die Gleitfläche 31b' des von der Welle 20' gebildeten ersten Lagerelements 31' im Notlauf via Festkörperreibung bzw. Trockenreibung auf der Gleitfläche 32b des zweiten Lagerelements 32' gleiten, wobei die Gleitfläche 32b' des zweiten Lagerelements 32' über das im Kugelgraphitguss enthaltene Graphit die nötige Notlaufschmierung bereitstellt.
In Abwandlung der in 4 gezeigten Ausführungsform des als Radiallager ausgebildeten Gleitlagers 30' des erfindungsgemäßen Turboladers 1' könnte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Lagerbüchse (das zweite Lagerelement 32) auch weggelassen sein, wobei dann das aus graphithaltigem Eisen-Basis-Werkstoff (Kugelgraphitguss) hergestellte Lagergehäuse 13' mit seiner eine Gleitfläche 13b' bildenden Bohrung 13a' die im Vergleich zum von der Welle 20' gebildeten ersten Lagerelement 31' weichere Gleitfläche 13b' aufweisen und das zweite Lagerelement bilden würde. In diesem Fall würde sich die Gleitfläche 31b' des von der Welle 20' gebildeten ersten Lagerelements 31' in gleitender Zusammenwirkung hydrodynamisch radial an der Gleitfläche 13b' des Lagergehäuses 13' abstützen.
Gemäß dieser Abwandlung der in 4 gezeigten Ausführungsform wäre das die weichere Gleitfläche 13b' aufweisende Lagerelement einstückig mit einem Grundkörper des Lagergehäuses 13' ausgebildet. Natürlich wäre es gemäß einer nicht dargestellten weiteren Abwandlung auch möglich, dass das die weichere Gleitfläche 13b' aufweisende Lagerelement einstückig mit einer lösbar an dem Grundkörper des Lagergehäuses 13' befestigten Lagergehäuse-Komponente, wie z. B. einem Gehäusedeckel, ausgebildet ist.
Gemäß noch einer nicht dargestellten Abwandlung der in 4 gezeigten Ausführungsform könnte die Bohrung 13a' des Lagergehäuses 13' auch als Übermaßbohrung im Vergleich zu einem Außendurchmesser des zweiten Lagerelements 32' (Lagerbüchse) ausgeführt sein, so dass das zweite Lagerelement 32' schwimmend in der Bohrung 13a' gelagert wäre. Zwischen dem Außendurchmesser (welcher dann eine weitere Gleitfläche bildet) des zweiten Lagerelements 32' und der von der Bohrung 13a' des Lagergehäuses 13' gebildeten Gleitfläche 13b' wäre dann ein weiterer Lagerspalt gebildet, in welchem im Betrieb des Turboladers 1' über Ölzuführungen ein Schmierölfilm erzeugt werden würde, so dass die rotierende Welle 20' über das von ihr gebildete erste Lagerelement 31' hydrodynamisch radial an dem zweiten Lagerelement 32' und dieses hydrodynamisch radial an dem Lagergehäuse 13' abgestützt wäre. Gemäß einer weiteren Ausführung können die beiden Lagerbüchsen der Gleitlager 30, 30 und 30', 30' auch zu einem Teil zusammengefasst sein.
Wie aus 4 ersichtlich, wäre gemäß dieser Abwandlung das die im Vergleich zum ersten Lagerelement 31' weichere Gleitfläche 32b' aufweisende zweite Lagerelement 32' (Lagerbüchse) vollständig aus dem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff (Kugelgraphitguss) hergestellt, so dass hinsichtlich der Festigkeit des sich im Betrieb des Turboladers 1 etwa mit halber Wellendrehzahl drehenden zweiten Lagerelements 32' keine Probleme bestehen.
Im Fazit können, wie unter Bezugnahme auf 4 und deren Abwandlungen erläutert, auch die jeweils als Radiallager ausgebildeten Gleitlager 30', 30' sowohl als rotierendes (schwimmendes) als auch als starres (nichtschwimmendes) Gleitlager ausgebildet sein.
Abschließend ist noch zu bemerken, dass die in Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Gleitlager 30, 30', 40, 40' gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung auch als Axial-Radial-Lager, also als Kombination von Axiallager und Radiallager, ausgebildet sein können.
Bezugszeichenliste

1; 1': Turbolader
10; 10': Gehäuse
11; 11': Turbinengehäuse
12; 12': Verdichtergehäuse
13; 13': Lagergehäuse
13a': Bohrung
13b': Gleitfläche
13c: Gleitfläche
20; 20': Welle
20a; 20a': Außendurchmesser
21; 21': Laufrad
22; 22': Laufrad
30; 30': Gleitlager
31': Lagerelement
31b': Gleitfläche
32': Lagerelement
32a': Innendurchmesser
32b': Gleitfläche
33': Lagerspalt
40; 40': Gleitlager
41: Lagerelement
41b: Gleitfläche
42: Lagerelement
42a: Innendurchmesser
42b: Gleitfläche
42c: Gleitfläche
43: Lagerspalt
44: Lagerspalt

Claims

Turbolader (1; 1') mit einer ein Laufrad (21, 22; 21', 22') tragenden Welle (20; 20') und wenigstens einem die Welle (20; 20') drehbar in einem Lagergehäuse (13; 13') lagernden Gleitlager (30, 40; 30', 40'), wobei das Gleitlager (30, 40; 30', 40') zwei Lagerelemente (31', 32'; 41, 42) mit jeweiligen zueinander eine rotatorische Gleitbewegung erlaubenden Gleitflächen (31b, 32b'; 41b, 42b) aufweist, wobei die Gleitfläche (32b'; 42b) eines der beiden Lagerelemente (31', 32'; 41, 42) weicher ausgebildet ist als die mit dieser gleitend zusammenwirkende Gleitfläche (31b'; 41b) des anderen der beiden Lagerelemente (31', 32'; 41, 42), wobei die weichere Gleitfläche (32b'; 42b) von einem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (30, 40; 30', 40') als Axiallager ausgebildet ist und daran angeformt ein als ein umlaufender Vorsprung, auch als Spurring oder Laufring bezeichnet, ausgebildetes erstes Lagerelement (41) aufweist sowie ein als eine schwimmend auf der Welle (20) gelagerte Axiallagerscheibe ausgebildetes zweites Lagerelement 42 aufweist, wobei die Axiallagerscheibe aus graphithaltigem Eisen-Basis-Werkstoff hergestellt ist.
Turbolader (1; 1') gemäß Anspruch 1, wobei der graphithaltige Eisen-Basis-Werkstoff von Kugelgraphitguss gebildet ist.
Turbolader (1; 1') gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das die weichere Gleitfläche (32b'; 42b) aufweisende Lagerelement (32; 42) vollständig aus dem graphithaltigen Eisen-Basis-Werkstoff hergestellt ist.
Turbolader (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das die weichere Gleitfläche aufweisende Lagerelement von dem Lagergehäuse (13; 13') gebildet ist.
Turbolader (1; 1') gemäß Anspruch 4, wobei das die weichere Gleitfläche aufweisende Lagerelement einstückig mit einem Grundkörper des Lagergehäuses (13; 13') oder einstückig mit einer lösbar an dem Grundkörper des Lagergehäuses (13; 13') befestigten Lagergehäuse-Komponente ausgebildet ist.
Turbolader (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gleitlager (30, 40; 30', 40') als Radiallager, Axiallager oder als Axial-Radial-Lager ausgebildet ist.
Turbolader (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gleitlager (30, 40; 30', 40') als rotierendes oder als starres Gleitlager ausgebildet ist.