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Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung eines Rotors an einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
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Eine solche Lagerungsanordnung eines Rotors an einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers ist beispielsweise der
US 6 905 316 B2 als bekannt zu entnehmen. Der Rotor umfasst eine Welle sowie wenigstens ein mit der Welle drehfest verbundenes Laufrad. Das Laufrad ist dabei ein Turbinenrad, welches vom Abgas einer Verbrennungskraftmaschine umströmt und dadurch angetrieben werden kann.
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Der Rotor ist über die Welle an dem Lagergehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse drehbar gelagert. Hierzu ist wenigstens eine Lagerbuchse vorgesehen, welche die Welle außenumfangsseitig zumindest teilweise umgibt. Die Welle ist über die Lagerbuchse in radialer Richtung an dem Lagergehäuse um die Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse drehbar gelagert. Die Buchse weist dabei in ihrer die Welle umgebenden Mantelfläche wenigstens eine Durchgangsöffnung für Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, auf. Das Schmiermittel kann die Durchgangsöffnung durchströmen und dadurch beispielsweise zwischen die Welle und die Lagerbuchse gelangen. Bei der
US 6 905 316 B2 ist eine schwimmende Lagerung der Lagerbuchse vorgesehen, bei welcher die Welle relativ zur Lagerbuchse und die Lagerbuchse relativ zum Lagergehäuse drehbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lagerungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Lagerungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Durchgangsöffnung schräg zur radialen Richtung erstreckt. Vorzugsweise weist die Lagerbuchse in ihrer die Welle umgebenden Mantelfläche eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen für das Schmiermittel auf, welche in Umfangsrichtung der Lagerbuchse verteilt angeordnet sind und schräg zur radialen Richtung verlaufen.
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Mit anderen Worten verläuft die Durchgangsöffnung beziehungsweise verlaufen die Durchgangsöffnungen nicht streng in radialer Richtung, sondern schräg beziehungsweise winklig dazu. Hierdurch kann die Durchgangsöffnung Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, welches beispielsweise über wenigstens einen im Lagergehäuse verlaufenden Kanal zur Lagerbuchse, insbesondere zur Durchgangsöffnung, gelangt und beispielsweise aus dem Kanal mit einem vorgebbaren Druck gepresst wird, ähnlich einem Wasserrad mitnehmen, wenn sich die Lagerbuchse mit der Welle mitdreht. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Druck des Schmiermittels zwischen dem Rotor und der Lagerbuchse realisiert werden. In der Folge kann ein im Vergleich zum Stand der Technik stabilerer Lauf des Rotors realisiert werden, wodurch in der Folge ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers dargestellt werden kann. Ferner ist es möglich, gegenüber dem Stand der Technik Bauraum einzusparen. Darüber hinaus kann der Abgasturbolader mit der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung mit höheren Drehzahlen des Rotors betrieben werden, so dass besonders hohe Leistungen einer Verbrennungskraftmaschine, der der Abgasturbolader zugeordnet ist, realisiert werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Lagerungsanordnung eines Rotors an einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers, bei welcher der Rotor über wenigstens eine Lagerbuchse am Lagergehäuse um eine Drehachse relativ zum Lagergehäuse drehbar gelagert ist, wobei die Lagerbuchse in ihrer Mantelfläche wenigstens eine Durchgangsöffnung für das Schmiermittel aufweist, welche sich schräg zur radialen Richtung erstreckt;
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2 eine schematische Querschnittsansicht der Lagerbuchse; und
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3 eine schematische Längsschnittansicht der Lagerbuchse entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie A-A
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Lagerungsanordnung 10 eines im Ganzen mit 12 bezeichneten Rotors an einem Lagergehäuse 14 eines Abgasturboladers 16. Der Abgasturbolader 16 umfasst eine Turbine 18 mit einem Turbinengehäuse 20. Das Turbinengehäuse 20 weist einen Aufnahmeraum 22 auf, in welchem ein Turbinenrad 24 des Rotors 12 aufgenommen ist. Der Rotor 12 umfasst somit das Turbinenrad 24 als erstes Laufrad und eine Welle 26, welche mit dem Turbinenrad 24 drehfest verbunden ist.
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Der Abgasturbolader 16 umfasst darüber hinaus einen in 1 nicht erkennbaren Verdichter mit einem Verdichtergehäuse. In dem Verdichtergehäuse ist ein Verdichterrad als zweites Laufrad aufgenommen, wobei der Rotor 12 auch das Verdichterrad umfasst. Auch das Verdichterrad ist mit der Welle 26 drehfest gekoppelt. Der Rotor 12 ist um eine Drehachse 28 relativ zum Lagergehäuse 14, relativ zum Turbinengehäuse 20 und relativ zum Verdichtergehäuse drehbar.
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Die Turbine 18 ist in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
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Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird ihr Abgastrakt von Abgas durchströmt. Das Abgas wird über eine entsprechende Abgasverrohrung zu dem Turbinengehäuse 20 geleitet und kann wenigstens einen Kanal 30 des Turbinengehäuses 20 durchströmen. Der Kanal 30 ist als Spiralkanal ausgebildet und erstreckt sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 24 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig.
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Wie aus 1 erkennbar ist, mündet der Kanal 30 in den Aufnahmeraum 22, so dass das den Kanal 30 durchströmende Abgas in den Aufnahmeraum 22 einströmen und das Turbinenrad 24 umströmen kann. Infolge dieser Umströmung wird das Turbinenrad 24 um die Drehachse 28 angetrieben. Da das Turbinenrad 24 drehfest mit der Welle 26 verbunden ist, wird somit die Welle 26 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Da auch das Verdichterrad drehfest mit der Welle 26 verbunden ist, wird das Verdichterrad über das Turbinenrad 24 vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine angetrieben.
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Die Turbine 18 ist als Radialturbine ausgebildet, bei welcher das Turbinenrad 24 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung von dem Abgas angeströmt und in axialer Richtung von dem Abgas abgeströmt wird.
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Der Verdichter ist in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Ansaugtrakt dient zum Führen von Luft zu wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Mittels des Verdichters kann die dem Brennraum zuzuführende Luft verdichtet werden, wobei zum Verdichten der Luft im Abgas enthaltene Energie genutzt werden kann. Hierdurch können hohe spezifische Leistungen und Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Ferner ist ein kraftstoffverbrauchsarmer und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar. Der Verdichter ist als Radialverdichter ausgebildet. Dabei wird das Verdichterrad in axialer Richtung von der zu verdichtenden Luft angeströmt und in radialer Richtung von der verdichtenden Luft abgeströmt.
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Wie aus 1 erkennbar ist, ist bei der Lagerungsanordnung 10 der Rotor 12 über die Welle 26 am Lagergehäuse 14 um die Drehachse 28 relativ zum Lagergehäuse 14 drehbar gelagert. Hierzu ist wenigstens eine Lagerbuchse 32 vorgesehen, welche auch als Radiallagerbuchse bezeichnet wird. Die Welle 26 ist über die die Welle 26 außenumfangsseitig zumindest teilweise umgebende Lagerbuchse 32 in radialer Richtung an dem Lagergehäuse 14 um die Drehachse 28 relativ zu dem Lagergehäuse 14 drehbar gelagert. Dies bedeutet, dass der Rotor 12 über die Welle 26 unter Vermittlung der Lagerbuchse 32 in radialer Richtung am Lagergehäuse 14 abgestützt ist.
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Um die Welle 26 und das Lagergehäuse 14 zu schmieren und/oder zu kühlen, wird ein Schmiermittel in Form von Schmieröl verwendet. Das Schmieröl wird mittels wenigstens einer Pumpe gefördert und dadurch unter Druck gesetzt und unter diesem Druck beispielsweise durch wenigstens einen in 1 nicht erkennbaren und zumindest teilweise im Lagergehäuse 14 verlaufenden Kanal gefördert. Über diesen Kanal wird das den Kanal durchströmende Schmieröl zur Lagerbuchse 32 geführt. Der Kanal mündet über wenigstens eine Austrittsöffnung im Bereich der Lagerbuchse 32, so dass das den Kanal durchströmende Schmieröl über die Austrittsöffnung aus dem Kanal herausgepresst wird. Die Austrittsöffnung ist dabei bezogen auf die radiale Richtung in Überdeckung mit der Lagerbuchse 32 angeordnet.
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Aus 2 und 3 ist erkennbar, dass die Lagerbuchse 32 in ihrer die Welle 26 in Umfangsrichtung umgebenden Mantelfläche 34 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 36 für das Schmieröl aufweist. Dies bedeutet, dass das aus dem Kanal herausgepresste Schmieröl die Lagerbuchse 32 beziehungsweise ihre Mantelfläche 34 über die Durchgangsöffnungen 36 in radialer Richtung von außen nach innen durchströmen kann. Die Durchgangsöffnungen 36 werden üblicherweise auch als Bohrungen oder als Ölbohrungen bezeichnet.
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Wie besonders gut aus 2 erkennbar ist, erstrecken sich nun die Durchgangsöffnungen 36 nicht streng in radialer Richtung, sondern verlaufen schräg zur radialen Richtung. Mit anderen Worten sind die Durchgangsöffnungen 36 jeweils winklig zur radialen Richtung angeordnet.
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Dreht sich die Lagerbuchse 32 zumindest zeitweise mit der Welle 26 um die Drehachse 28 mit, so nehmen die bezogen auf die in radialer Richtung winklig angeordneten Durchgangsöffnungen 36 das Schmieröl, welches aus dem wenigstens einen Kanal des Lagergehäuses 14 gepresst wird, wie ein Wasserrad mit und halten somit den Schmiermitteldruck zwischen dem Rotor 12 und der Lagerbuchse 32. Mit anderen Worten, dreht sich die Lagerbuchse 32 zumindest zeitweise mit der Welle 26 um die Drehachse 28 mit, so überstreichen die Durchgangsöffnungen 36 die wenigstens eine Austrittsöffnung des Kanals, so dass die Durchgangsöffnungen 36 das aus dem Kanal über die Austrittsöffnung austretende Schmieröl mitnehmen können. Im Gegensatz zu einem streng radialen Verlauf der Durchgangsöffnungen 36 kann ein stabilerer Lauf des Rotors 12 realisiert werden. In der Folge kann der Bauraumbedarf der Lagerungsanordnung 10 gering gehalten werden. Ferner können besonders hohe Drehzahlen des Rotors 12 realisiert werden, wodurch wiederum besonders hohe Leistungen der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden können. Infolge der besseren Stabilität des Laufs des Rotors 12 kann der Abgasturbolader effizienter betrieben werden.
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Um zu bewirken, dass sich die Lagerbuchse 32 mit der Welle 26 um die Drehachse 28 mitdreht, kann vorgesehen sein, dass die Lagerbuchse 32 mit der Welle 26 drehfest verbunden und relativ zu dem Lagergehäuse 14 um die Drehachse 28 drehbar ist.
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Wie aus 2 ferner erkennbar ist, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass wenigstens zwei der Durchgangsöffnungen 36 parallel zueinander verlaufen und/oder miteinander fluchten. Die Durchgangsöffnungen 36 sind in Umfangsrichtung der Lagerbuchse 32 verteilt angeordnet.
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Aus 3 ist erkennbar, dass die außenumfangsseitige Mantelfläche 34 der Lagerbuchse 32 eine in Umfangsrichtung der Lagerbuchse 32 vollständig umlaufende und somit zumindest im Wesentlichen ringförmige Ausnehmung 38 aufweist, wobei die Durchgangsöffnungen 36 in dieser umlaufenden Ausnehmung 38 münden. Das aus dem Kanal des Lagergehäuses 14 austretende Schmieröl kann sich über die umlaufende Ausnehmung 38 besonders gut in Umfangsrichtung verteilen und somit zu den Durchgangsöffnungen 36 gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagerungsanordnung
- 12
- Rotor
- 14
- Lagergehäuse
- 16
- Abgasturbolader
- 18
- Turbine
- 20
- Turbinengehäuse
- 22
- Aufnahmeraum
- 24
- Turbinenrad
- 26
- Welle
- 28
- Drehachse
- 30
- Kanal
- 32
- Lagerbuchse
- 34
- Mantelfläche
- 36
- Durchgangsöffnung
- 38
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6905316 B2 [0002, 0003]
