-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung mit einem Rotor, der eine Welle und zwei Räder aufweist.
-
In einer Ladeeinrichtung, insbesondere einem Turbolader, sind zwei Räder, vorzugsweise ein Turbinenrad und ein Verdichterrad, drehfest miteinander verbunden. Die Räder sind dabei Bestandteil eines Rotors der Ladeeinrichtung, wobei die drehfeste Verbindung mittels einer Welle des Rotors realisiert ist. Dies dient insbesondere dem Zweck, die Rotation eines der Räder auf das andere Rad zu übertragen. Um die Drehbarkeit der Welle und somit die Drehbarkeit der damit verbundenen Räder zu gewährleisten, ist die Welle in der Regel in einem Gehäuse der Ladeeinrichtung gelagert. Die Lagerung erfolgt dabei an axial voneinander beabstandeten Lagerstellen des Rotors und insbesondere in der Nähe der Räder. Dabei ist der Rotor, insbesondere die Welle, in jeder Lagerstelle üblicherweise über eine Lagereinrichtung, beispielsweise Kugellager, Gleitlager sowie Luftlager im Gehäuse der Ladeeinrichtung gelagert. Diese Lagereinrichtungen haben zur Folge, dass eine Rotation des Rotors, insbesondere der Welle, eine entsprechende Rotation der jeweiligen Lagereinrichtung zur Folge hat. Das heißt also insbesondere, dass bei einem Kugellager ein Innenring des Kugellagers beispielsweise mit der gleichen Geschwindigkeit rotiert wie die Welle. Nachteilig dabei ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit und somit eine Drehzahl des Rotors sowie eine Leistung der Ladeeinrichtung, insbesondere auf Grund der begrenzten Stabilität der Lagereinrichtungen, begrenzt ist. Zudem wird Wärme, die auf der Seite eines der Räder, insbesondere auf der Seite des Turbinenrads. herrschen kann, auf die Lagereinrichtung, also beispielsweise auf das entsprechende Kugellager übertragen. Dies führt insbesondere zu thermischen Verspannungen der Lagerung bzw. der entsprechenden Lagereinrichtung und kann beispielsweise zum Verlust eines Schmiermittels der Lagereinrichtung führen.
-
Aus der
DE 10 2006 041 639 A1 ist eine Lageranordnung für eine Welle bekannt. Hier ist die Welle an der Lagerstelle mittels drei Wälzlagern gelagert, wobei die Wälzlager die Welle an der jeweiligen Lagerstelle umfangsmäßig umgeben und Außenringe des jeweiligen Wälzlagers die Welle kontaktieren, während zugehörige Innenringe des Wälzlagers ortsfest angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt dabei durch eine entsprechende Übertragung der Rotation der Welle auf die Außenringe höhere Drehzahlen der Welle. Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch die Tatsache, dass eine axiale Sicherung der Welle nicht gewährleistet ist.
-
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine höhere Leistungsfähigkeit der Ladeeinrichtung auszeichnet.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Lagerung eines Rotors einer Ladeeinrichtung mittels jeweils zumindest drei Stützrädern auf axial beabstandeten Seiten des Rotors zu gewährleisten, wobei die jeweiligen Stützräder in den so gebildeten, axial voneinander beabstandeten Lagerstellen den Rotor in der Umfangsrichtung umgeben und radial kontaktieren bzw. stützen. Dabei weist der Rotor eine Welle und zwei Räder auf, die in der Regel auf axial gegenüberliegenden Seiten der Welle angeordnet sind. Je zwei Stützräder sind zudem Bestandteil einer Stützwelle, mit der sie drehfest verbunden sind. Die Stützräder der jeweiligen Stützwellen sind dabei an axial gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Stützwelle angeordnet, wobei die Ladeeinrichtung erfindungsgemäß zumindest drei derartige Stützwellen aufweist. Während der Rotor also auf axial gegenüberliegende Seiten die Räder aufweist, weisen die Stützwellen jeweils zwei derartige Stützräder auf, die jeweils auf axial gegenüberliegende Seiten der zugehöriger Stützwelle angeordnet sind. Der Begriff axial bezieht sich dabei insbesondere auf eine Längsmittelachse der Welle bzw. der jeweiligen Stützwelle. Die Stützwellen sind also parallel zur Welle angeordnet, das heißt, dass die Längsmittelachsen der Stützwellen parallel zur Längsmittelachse der Welle verlaufen. Weiter sind die Stützwellen in einer Umfangsrichtung der Welle verteilt angeordnet. Erfindungsgemäß kontaktieren nun die Stützräder auf der einen axialen Seite der Stützwellen den Rotor, insbesondere die Welle, an einer der Lagerstellen, während die anderen Stützräder der Stützwellen den Rotor, insbesondere die Welle, an der anderen, insbesondere axial gegenüberliegenden, Lagerstelle radial kontaktieren. An der jeweiligen Lagerstelle sind also zumindest drei derartige Stützräder angeordnet und kontaktieren den Rotor radial. Dies dient nun insbesondere dem Zweck, den Rotor einerseits zu lagern und andererseits radial zu fixieren. Dabei bezieht sich der Begriff radial auf die radiale Richtung des Rotors, insbesondere der Welle. Zusätzlich besteht bei zumindest einem der Stützräder ein radialer Eingriff mit einer umlaufenden Außenkontur des Rotors. Somit ist insbesondere gewährleistet, dass der Rotor auch axial gesichert ist. Diese Axialsicherung des Rotors mittels der Außenkontur ist dabei zweckmäßig derart realisiert, dass eine Umfangsgeschwindigkeit der Stützräder der selben Stützwelle gleich ist. Eine derartige Realisierung der Lagerung des Rotors hat einerseits zur Folge, dass der Rotor radial fixiert und axial gesichert ist. Andererseits kann durch die Übertragung der Rotation des Rotors auf die Lagerung, also auf die Stützräder und somit auf die Stützwellen, die Rotationsgeschwindigkeit der Stützräder durch eine entsprechende Wahl von Radien der Stützräder kleiner sein als die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. Die Drehzahl der Stützwellen ist folglich kleiner als die Drehzahl des Rotors, wobei in Kontaktbereichen, in denen die Stützräder am Rotor abrollen, die Radien der Stützräder zweckmäßig größer sind als der Radius des Rotors, insbesondere der Welle des Rotors. Somit kann der Rotor mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, wodurch die zugehörige Ladeeinrichtung leistungsfähiger ist. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Lagerung, den Rotor kontaktlos zu einem Gehäuse der Ladeeinrichtung anzuordnen, was eine weitere Erhöhung der Drehzahlen des Rotors ermöglichen kann.
-
Dem Erfindungsgedanken entsprechend sind die jeweiligen Stützwellen drehbar angeordnet. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Stützwellen im Gehäuse der Ladeeinrichtung gelagert sind. Die Stützwellen sind vorzugsweise mittels Lagereinrichtungen, beispielsweise Wälzlager, drehbar im Gehäuse der Ladeeinrichtung angeordnet. Die drehbare Lagerung erfolgt dabei bevorzugt auf axial gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Stützwelle. Dies dient nun insbesondere dem Zweck, eine Rotation des Rotors mittels der Stützräder auf die jeweiligen Stützwellen zu übertragen. Umgekehrt kann auch die Rotation der jeweiligen Stützwellen auf den Rotor übertragen werden. Dabei ist die Drehzahl der Stützräder durch die entsprechende, durch das Verhältnis der Radien der jeweiligen Stützräder und des Rotors, insbesondere der Welle, gegebene Übersetzung kleiner als die Drehzahl des Rotors. Zudem ist die Rotation des Rotors erfindungsgemäß auf zumindest drei Stützwellen übertragen, womit insgesamt eine erhöhte Drehzahl des Rotors möglich ist. Die jeweilige Lagerung der Stützwellen kann zudem ölfrei erfolgen. Auch können die jeweiligen Lagereinrichtungen, beispielsweise Wälzlager, mit einer Lebensdauerschmierung ausgestattet sein. Die jeweiligen Lagereinrichtungen sind dabei, insbesondere wegen ihrer Anordnung im Gehäuse der Ladeeinrichtung, besser vor Wärmeeinwirkungen und Durchströmen von beispielsweise Luft oder Abgas, insbesondere bei einer als Turbolader eines Fahrzeuges ausgebildeten Ladeeinrichtung, geschützt.
-
Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Stützräder den Rotor im Bereich der Welle des Rotors radial kontaktieren. Handelt es sich bei der Ladeeinrichtung beispielsweise um einen Turbolader eines Fahrzeuges, so kontaktieren die Stützräder den Rotor also insbesondere in einem den jeweiligen Rädern, in diesem Fall einem Turbinenrad sowie einem Verdichterrad, benachbarten Bereich. Somit sind beispielsweise die dem Turbinenrad benachbarten Stützräder und deren Lager insbesondere vor einem Wärmeeintrag geschützt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Schwingungen zwischen den Lagereinrichtungen, beispielsweise den Wälzlagern, und dem Gehäuse angeordnet. Das Dämpfungselement dient dabei insbesondere dem Zweck, die Übertragung von mechanischen Schwingungen des Gehäuses auf die zugehörige Stützwelle und umgekehrt zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Das jeweilige Dämpfungselement ist dabei vorzugsweise ringförmig ausgebildet und weist eine zur zugehörigen Stützwelle bzw. zu einer zugehörigen Öffnung des Gehäuses komplementäre Größe auf. Das Dämpfungselement kann weiter in die zugehörige Öffnung eingepresst sein sowie durch ein Gussverfahren hergestellt sein.
-
Die Axialsicherung des Rotors ist gemäß einer weiteren Ausführungsform derart realisiert, dass zumindest eines der Stützräder an einer der Lagerstellen mittels seiner jeweiligen Außenkontur radial in eine zugehörige Ausnehmung des Rotors eingreift und somit eine Axialsicherung des Rotors gewährleistet. Die Ausnehmung verläuft dabei entlang der gesamten Umfangsrichtung des Rotors und ist beispielsweise als Ringnut ausgebildet. Dabei ist es für die Axialsicherung ausreichend und bevorzugt, wenn die Stützräder auf lediglich einer der Lagerstellen in die Ausnehmung eingreifen und den Rotor somit axial sichern. Diese Stützräder können dabei jeweils eine Ringschulter aufweisen, die in die Ausnehmung des Rotors eingreifen. Es handelt sich hierbei also insbesondere um eine Nut-Feder-Verbindung und somit einem Festlager während die andere Lagerstelle ein Loslager ist. Die Form der Nut-Feder-Verbindung sollte so gewählt sein, dass möglichst nur ein Punkt-Kontakt vorliegt, damit möglichst wenig Reibung erzeugbar ist. Dies dient nun insbesondere dem Zweck, thermische Ausdehnungen des Rotors zu berücksichtigen und durch die Beweglichkeit der Lagerung auszugleichen, wodurch thermisch verursachte Verspannungen des Rotors unterbunden oder zumindest zu reduziert werden können. Stellt die jeweilige Ringschulter eine Erweiterung des zugehörigen Stützrades im Vergleich zum anderen Stützrad der selben Stützwelle dar, das heiß also, ist der Radius des Stützrades mit der Ringschulter größer als der Radius des anderen Stützrades, so kann die Ringschulter in der Ausnehmung ein Spiel aufweisen, um insbesondere sicherzustellen, dass die Stützräder der jeweiligen Stützwelle die gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Das heißt, dass die jeweilige Ringschulter den Rotor insbesondere axial kontaktieren, wobei die Rotationsübertragung über einen radialen Kontakt in einem der Ringschulter benachbarten Bereich erfolgt, der als Laufbahn ausgestaltet ist. Das Spiel kann zudem dazu dienen, thermische Ausdehnungen auszugleichen. Entsprechend kann der Rotor an den jeweiligen Lagerstellen, unterschiedliche Größen aufweisen, um die gleichmäßige Übertragung zwischen den Stützrädern der jeweiligen Stützwelle und dem Rotor zu gewährleisten. Bei einer äquivalenten Lösung zur Axialsicherung, kann der Rotor die Ringschulter aufweisen, während die zugehörigen Stützräder jeweils eine derartige Ringnut aufweisen.
-
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform weisen die jeweiligen Stützwellen die gleiche Form und/oder Größe auf. Zudem weisen die jeweiligen Stützwellen mit ihren Laufbahnen den gleichen radialen Abstand zur Welle auf und sind bevorzugt gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung der Welle verteilt. Dies führt insbesondere dazu, dass die mittels der Stützräder gewährleistete Lagerung des Rotors, insbesondere wegen der symmetrischen Anordnung der Stützwellen und der zugehörigen Stützrädern, ausgeglichen ist. Zudem wird ein Drehmoment bzw. die Drehzahl des Rotors gleichmäßig auf die jeweiligen Stützräder übertragen.
-
Es sind jedoch auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen die jeweiligen Stützwellen unterschiedliche radiale Abstände zum Rotor, insbesondere zur Welle, aufweisen. Um die Welle erfindungsgemäß radial zu kontaktieren, sind die zugehörigen Stützräder in diesem Fall zweckmäßig unterschiedlich ausgebildet. Das heißt also insbesondere, dass die Stützräder der jeweiligen Stützwellen unterschiedliche Radien aufweisen, wobei die Stützräder, welche mit einer Stützwelle verbunden sind, einen gleichen Radius aufweisen. Dies führt dabei dazu, dass die unterschiedlich ausgebildeten Stützräder unterschiedliche Übersetzungen der Drehzahlen des Rotors aufweisen und entsprechend mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeeinrichtung zumindest eine elektrische Maschine auf, wobei die elektrische Maschine einen Anker sowie einen Stator aufweist. Dabei wird der elektrische Betrieb der elektrischen Maschine dadurch gewährleistet, dass sich der Anker und der Stator relativ zueinander bewegen. Der Stator und/oder der Anker können also elektromagnetisch ausgebildet bzw. ausgestaltet sein.
-
Bevorzugt wird dabei eine Ausführungsform, bei der der Anker der elektrischen Maschine drehfest mit dem Rotor verbunden ist, während der Stator der elektrischen Maschine den Rotor zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgibt und gehäusefest angeordnet ist. Eine derartige Fixierung des Stators kann dabei beispielsweise über Rippen erfolgen, die entlang der Umgangsrichtung verteilt sind und einerseits mit dem Stator und andererseits mit dem Gehäuse verbunden sind. Die relative Bewegung zwischen dem Anker und dem Stator ist also insbesondere dadurch gewährleistet, dass sich der mit dem Rotor drehfest verbundene Anker dreht, während der Stator fixiert ist.
-
Die elektrische Maschine kann dabei sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator dienen. Die elektrische Maschine kann also wahlweise die Rotation des Rotors nutzen, um Elektrizität bzw. eine elektrische Spannung zu erzeugen, oder den Rotor mittels elektrischer Energie anzutreiben bzw. zu beschleunigen. Bei einem Einsatz der Ladeeinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere als Turbolader, kann die elektrische Maschine also sowohl dazu benutzt werden, die beispielsweise durch ein Abgas einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs erzeugte Rotation des Rotors in Elektrizität umzuwandeln, als auch den Turbolader, insbesondere zusätzlich zum Abgas, anzutreiben und somit die Leistung der Ladeeinrichtung zu steigern. In letzterem Fall fungiert die Ladeeinrichtung, beispielsweise bei einem geringen Abgas-Enthalpiegehalt, also insbesondere als elektrischer Turbolader (electric turbo charger).
-
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Anker der elektrischen Maschine drehfest mit einer der Stützwellen verbunden sein, während der Stator der elektrischen Maschine diese Stützwelle zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgibt und gehäusefest angeordnet ist. Hier wird also die mittels des Rotors auf diese Stützwelle übertragene Rotation zur Erzeugung der Elektrizität genutzt bzw. der zusätzliche Antrieb der Ladeeinrichtung durch die elektrische Maschine erfolgt mittels dieser Stützwelle auf den Rotor. Bevorzugt wird dabei eine Ausführungsform mit mehreren elektrischen Maschinen, bei der also mehrere, vorzugsweise alle, Stützwellen jeweils mit einem derartigen Anker drehfest verbunden sind und jeweils zumindest teilweise von einem derartigen zugehörigen Stator umgeben sind. Dies führt insbesondere dazu, dass die Übertragung der Moments zwischen dem Rotor und der jeweiligen Stützwelle gleichmäßig erfolgt. Zudem ist es möglich, diese Energieübertragung effizienter zu nutzen. Dabei wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Übertragung der Energie zwischen den jeweiligen Stützrädern und dem Rotor gleichmäßig erfolgt. Das heißt also insbesondere, dass die jeweiligen Stützwellen sowie die zugehörigen elektrischen Maschinen gleich ausgebildet sind. Zudem gewährleistet die gleichmäßige Übertragung der Energie und die damit verbundene Momentübertragung zwischen dem Rotor und den jeweiligen Stützwellen eine ausgeglichene Belastung des Rotors, der Stützwellen und des Gehäuses. Letzteres insbesondere deshalb, weil sich die Übertragung von radialen Schwingungen der jeweiligen Stützwellen gegenseitig ausgleichen können.
-
Bevorzugt werden auch Ausführungsformen, bei denen eine Antriebsleistung auf alle Stützwellen verteilt ist, sobald zumindest eine der Stützwellen angetrieben wird. Das heißt also insbesondere, dass die jeweilige angetriebene Stützwelle über entsprechende Übertragungsmittel derart mit den anderen angetriebenen bzw. nicht angetriebenen Stützwellen verbunden ist, dass die Rotation dieser Stützwelle und die Rotation der anderen Stützwellen miteinander gekoppelt sind. Als Beispiele für derartige Übertragungsmittel sei hier auf einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen, hingewiesen. Eine derartige Kopplung der jeweiligen Stützwellen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn alle Stützwellen eine derartige elektrische Maschine aufweisen. Hiermit kann dann die Übertragung zwischen den Stützwellen und dem Rotor synchronisiert werden, wobei die jeweiligen Stützwellen vorzugsweise gleich ausgebildet sind. Ebenso ist auch eine Übertragung der Rotation eines Ankers der elektrischen Maschine mit Hilfe der Stützräder auf den Rotor durch eine direkte kraftschlüssige, infolge von Reibung oder formschlüssige, beispielsweise in Form eines Zahnradgetriebes, Verbindung möglich.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 und 2 jeweils einen Längsschnitt durch eine Ladeeinrichtung, bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
-
3 einen Querschnitt durch eine Ladeeinrichtung bei einer weiteren Ausführungsform.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist eine Ladeeinrichtung 1 einen Rotor 2 auf, der eine Welle 3 und zwei Räder, ein Turbinenrad 4 und ein Verdichterrad 5 umfasst. Die in den 1 und 2 gezeigte Ladeeinrichtungen 1 sind dabei als Abgasturbolader 1 eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Der Rotor 2 ist in einem Gehäuse 8 der Ladeeinrichtung 1 drehbar gelagert. Die Drehung bzw. Rotation des Rotors 2 erfolgt um eine Drehachse 9 des Rotors 2, die der Längsmittelachse 9 des Rotors 2 und somit der Welle 3 entspricht. Der Rotor 2, insbesondere die Welle 3, durchsetzt auf axial beabstandete Seiten jeweils eine Öffnung 10 des Gehäuses 8, wobei das jeweilige Rad, also das Turbinenrad 4 und das Verdichterrad 5, auf von der Innenseite des Gehäuses 8 abgewandte Seiten der jeweiligen Öffnung 10 mit der Welle 3 drehfest verbunden sind. Eine Rotation des Turbinenrads 4 ist also auf das Verdichterrad 5 übertragbar. Zudem weist der Rotor 2 im Bereich der jeweiligen Öffnungen 10 ein Radialspiel R auf, womit der Rotor 2 insgesamt kontaktlos zum Gehäuse 8 im Gehäuse 8 gelagert ist. Das Gehäuse 8 weist auf der der Turbine 6 zugewandten Seite einen in Umfangsrichtung verlaufenden Wassermantel W auf, der dem Wärmeschutz der benachbarten Bauteile und somit insbesondere der Stützwellen 11 dient.
-
Zur Lagerung des Rotors 2 sind nun zumindest drei Stützwellen 11 vorgesehen, die jeweils zwei zugehörige bezüglich einer Längsmittelachse 14 der jeweiligen Stützwelle 11 axial beabstandete Stützräder 12, 13 aufweisen. Die Stützwellen 11 und der Rotor 2, insbesondere die Welle 3 des Rotors 2, sind dabei parallel angeordnet. Die Stützräder 12, 13 der jeweiligen Stützwellen 11 kontaktieren zudem den Rotor 2, insbesondere die Wellen 3, an axial beabstandeten Lagerstellen L radial mittels radialer Laufbahnen. Dabei sind die Stützräder 12, 13 im Inneren des Gehäuses 8 angeordnet. Durch die radiale Kontaktierung des Rotors 2 durch die Stützräder 12, 13 ist der Rotor 2 in der radialen Richtung fixiert. Die Stützräder 12, 13 gewährleisten also insbesondere eine Lagerung und eine Radialfixierung des Rotors 2. Um den Rotor 2 auch axial, das heißt also entlang der Längsmittelachse 9, zu sichern, weist der Rotor 2 eine als radiale Ausnehmung 15 ausgebildete Kontur 15 auf, die entlang der gesamten Umfangsrichtung des Rotors 2 verläuft und als Radialnut 15 ausgebildet sein kann. Die auf dieser Seite angeordneten Stützräder 12 weisen zudem eine Außenkontur 16 auf, die in die Ausnehmung 15 eingreift. Dies geschieht über eine radial abstehende und in Umfangsrichtung des jeweiligen Stützrads 12 verlaufende Ringschulter 17. Somit ist auch eine Axialsicherung des Rotors 2 gewährleistet. Eine derartige Außenkontur 16 des jeweiligen Stützrades 12 sowie eine derartige Ausnehmung 15 sind dabei lediglich auf einer Seite der jeweiligen Stützwelle 11 bzw. des Rotors 2 vorgesehen, sodass die eine Lagerstelle L ein Festlager. Die Stützräder 13 an der axial beabstandeten Lagerstelle L Seite greifen also nicht in eine derartige Ausnehmung 15 ein, sodass diese Lagerstelle L ein Loslager bildet. Dies dient insbesondere dem Zweck, den Rotor 2 bei durch beispielsweise auf der Turbinenseite herrschende Wärme auftretende thermische Ausdehnungen eine mechanische Anpassungsmöglichkeit zu gewähren und somit mechanische Spannungen zu vermeiden.
-
Die jeweiligen Stützwellen 11 sind zudem drehbar im Gehäuse 8 gelagert. Hierzu weist das Gehäuse 8 in seinem Inneren auf axial gegenüberliegenden Seiten Aussparungen 18 auf, in denen die jeweiligen Stützwellen 11 an den jeweiligen axialen Enden über jeweils eine Lagereinrichtung 19 drehbar gelagert sind. Die hier gezeigten Lagereinrichtungen 19 sind dabei als Wälzlager 19 ausgebildet. Zudem sind die Stützräder 12, 13 drehfest mit den zugehörigen Stützwellen 11 verbunden. Eine Rotation des Rotors 2 ist somit mittels der jeweiligen Stützräder 12, 13 auf die jeweilige Stützwelle 11 übertragbar. Entsprechendes gilt für die Rotation der jeweiligen Stützwellen 11, die über die zugehörigen Stützräder 12, 13 auf den Rotor 2 übertragbar ist. Dabei kann die jeweilige Ringschulter 17 in der Ausnehmung 15 axial und radial ein Spiel aufweisen. Das heißt, dass die Ringschulter 17 die Ausnehmung 15 im Wesentlichen lediglich axial einseitig kontaktieren. Die Übertragung der Rotation des Rotors 2 auf diese Stützräder 12 und umgekehrt erfolgt daher über die radiale Kontaktierung an einem jeweils der Schultern 17 bzw. der Ausnehmung 15 benachbarten Kontaktbereich K der zugehörigen Lagerstelle L, wobei die Kontaktbereiche K Laufbahnen bilden. Somit ist insbesondere gewährleistet, dass die Umfangsgeschwindigkeit der die Ringschulter 17 aufweisenden Stützräder 12 gleich der Umfangsgeschwindigkeit der zugehörigen Stützräder 13 ohne Ringschulter 17 ist.
-
Die in 1 gezeigte Ausführungsform der Ladeeinrichtung 1 umfasst weiter eine elektrische Maschine 20, wobei die elektrische Maschine 20 einen Anker 21 sowie einen Stator 22 aufweist. Der Anker 21 der elektrischen Maschine 20 ist drehfest mit der Welle 3 des Rotors 2 verbunden. Hierzu umschließt der Anker 21 die Welle 3 in einem mittleren Bereich der Welle 3 entlang der gesamten Umfangsrichtung und kontaktiert die Welle 3.
-
Der Anker 21 weist also insbesondere die Form eines Hohlzylinders auf, der von der Welle 3 durchsetzt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Anker 21 radial zwischen dem Rotor 2, insbesondere der Welle 3, und dem Stator 22 angeordnet. Der Stator 22 ist über radial verlaufende und entlang der Umfangsrichtung verteilte Rippen 23 mit dem Gehäuse 8 verbunden. Dabei weist der Stator 22 die Form eines Hohlzylinders auf, der im Wesentlichen die gleiche axiale Höhe aufweist, wie der Anker 21, wobei die Höhe im Wesentlichen dem axialen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Stützrädern 12, 13 der jeweiligen Stützwellen 11 entspricht. Die Ladeeinrichtung 1 ist also derart ausgebildet, dass sich der Anker 21 der elektrischen Maschine 20 relativ zum Stator 22 der elektrischen Maschine 20 drehen und somit bewegen kann. Zudem kann die elektrische Maschine 20 sowohl als ein Elektromotor als auch als ein elektrischer Generator dienen. Das heißt also insbesondere, dass die elektrische Maschine 20 wahlweise als den Rotor 2 antreibende Maschine oder als vom Rotor 2 angetriebene Maschine fungiert.
-
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Ladeeinrichtung 1. Bei dieser Ausführungsform sind zwei derartige elektrische Maschinen 20 vorgesehen, wobei der Anker 21 der jeweiligen elektrischen Maschine 20, analog zu der in 1 gezeigten Ausführungsform, mit der zugehörigen Stützwelle 11 drehfest verbunden ist, während der zugehörige Stator 22 diese Stützwelle 11 und somit diesen Anker 21 radial entlang der gesamten Umfangsrichtung umgibt und mit dem Gehäuse 8 der Ladeeinrichtung 1 verbunden ist. Die Übertragung der Rotation des Rotors 3 auf die jeweiligen elektrischen Maschinen 20 und umgekehrt erfolgt also über die mittels der Stützräder 12, 13 drehbar mit dem Rotor 3 verbundenen Stützwellen 11.
-
Der in 3 gezeigte Querschnitt der Ladeeinrichtung 1 zeigt den Rotor 2 sowie drei Stützwellen 3, die jeweils über Lagereinrichtungen 19, die als Wälzlager 19 ausgebildet sind, drehbar im Gehäuse 8 der Ladeeinrichtung 1 angeordnet sind. Die jeweiligen Stützwellen 11 sind dabei gleichmäßig um den Rotor 2 verteilt. Ferner weisen die jeweiligen Stützwellen 11 einen gleichen radialen Abstand zum Rotor 2 auf. Zur Übertragung der Rotation des Rotors 2 sowie der jeweiligen Stützwellen 11 weist die in 3 gezeigte Ladeeinrichtung 1 zudem ein Übertragungsmittel 24 auf. Das Übertragungsmittel 24 ist dabei als Riemen ausgebildet und dient insbesondere dem Zweck, eine gleichmäßige Übertragung der Rotation bzw. der Rotationsenergie und einen damit verbundenen Krafteintrag zwischen dem Rotor 2 und den Stützräder 11 zu gewährleisten. Hierzu ist das als Riemen ausgebildete Übertragungsmittel 24 um den Rotor 2 sowie den Stützwellen 11 gespannt.
-
Die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen Stützwellen 11 auf, die gleich ausgebildet sind. Das heißt also insbesondere, dass die Stützwellen 11 die gleiche Größe und Form aufweisen. Dies gilt entsprechend für die jeweiligen Stützräder 12 an der einen Lagerstelle und die anderen Stützräder 13 an der anderen Lagerstelle.
-
In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine so genannte „fliegende Anordnung” ausgebildet, das heißt, das Verdichterrad 5 und das Turbinenrad 4 sind auf einer Seite des Rotors 2 und die Stützräder 12, 13 auf einer gegenüberliegenden Seite des Rotors 2 ausgebildet sind. Ebenso könnten die Stützräder 12, 13 auch zwischen dem Verdichterrad 5 und dem Turbinenrad 4 ausgebildet sein.
-
Ein weiteres nicht näher dargestelltes Ausführungsbeispiel weist Stützräder 12, 13 an einer Stützwelle 11 auf, wobei die auf der Stützwelle 11 angeordneten Räder 12, 13 unterschiedliche Radius aufweisen. Hierzu ist allerdings die Stützwelle 11 nicht drehbar gelagert, sondern die Stützräder 12, 13 sind drehbar auf der Stützwelle 11 mit Hilfe von Lagern, beispielsweise Kugellagern gelagert. Dies ermöglicht eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit der Stützräder 12, 13, welche auf der Stützwelle 11 gelagert sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ladeeinrichtung
- 2
- Rotor
- 3
- Welle
- 4
- Rad
- 5
- Rad
- 6
- Turbine
- 7
- Verdichter
- 8
- Gehäuse
- 9
- Längsmittelachse des Rotors, Drehachse des Rotors
- 10
- Öffnung
- 11
- Stützwelle
- 12
- Stützrad
- 13
- Stützrad
- 14
- Längsmittelachse der jeweiligen Stützwelle
- 15
- Kontur, Ausnehmung
- 16
- Außenkontur
- 17
- Ringschulter
- 18
- Aussparung
- 19
- Lagereinrichtung
- 20
- Elektrische Maschine
- 21
- Anker
- 22
- Stator
- 23
- Rippe
- 24
- Übertragungsmittel
- K
- Kontaktbereich
- L
- Lagerstelle
- R
- Radialspiel
- W
- Wassermantel
-
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 102006041639 A1 [0003]
