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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Rotor, dessen Welle über zumindest eine Radiallagerbuchse im Lagergehäuse gelagert ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlaufscheibe für einen derartigen Abgasturbolader.
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Prinzipiell werden zur axialen Positionierung von drehbaren Radiallagerbuchsen entweder Anlaufscheiben oder aber Sprengringe verwendet, wie dies im nachfolgend aufgeführten Stand der Technik beschrieben ist.
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So ist beispielsweise aus der
US 2010/0129212 A1 ein Abgasturbolader mit einem Rotor bekannt, dessen Welle über zumindest eine Radiallagerbuchse im Lagergehäuse in Radialrichtung gelagert ist. Um die Radiallagerbuchse in Axialrichtung zu lagern bzw. zu fixieren, ist eine Anlaufscheibe vorgesehen.
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Aus der
US 3,427,083 A ist ebenfalls ein Rotor bekannt, der über Radiallagerbuchsen in Radialrichtung gegenüber einem Lagergehäuse gelagert ist. Die Radiallagerbuchsen sind dabei über Sprengringe hinsichtlich ihrer axialen Position fixiert.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fixierungen der Radiallagerbuchsen ist jedoch, dass die gegenüber dem Lagergehäuse wirksame radiale Lagerfläche der Lagerbuchse durch die Anlaufscheibe bzw. die Sprengringe reduziert und dadurch die Lagerwirkung beeinträchtigt wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher insbesondere eine radiale Lagerung eines Rotors in einem Abgasturbolader verbessert werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Lagerfläche einer Radiallagerbuchse eines Rotors in einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers dadurch zu vergrößern, dass eine Anlaufscheibe, über welche eine Welle eines Rotors des Abgasturboladers gegenüber einem Axiallager gelagert und zudem die Radiallagerbuchse in Axialrichtung fixiert ist, so anzuordnen, dass diese zumindest teilweise innerhalb eines Lagertunnels, in welchem auch die Radiallagerbuchse angeordnet ist, positioniert werden kann. Der erfindungsgemäße Abgasturbolader besitzt dabei den zuvor beschriebenen Rotor, dessen Welle über zumindest eine Radiallagerbuchse im Lagergehäuse gelagert ist. Die zumindest eine Radiallagerbuchse wiederum ist mit ihrer Außenmantelfläche in dem zuvor beschriebenen Lagertunnel des Lagergehäuses gelagert. Auf der Welle selbst ist eine Anlaufscheibe fixiert, mittels welcher die Welle gegenüber einem Axiallager gelagert ist, wobei diese Anlaufscheibe zumindest teilweise radial innerhalb des Lagertunnels angeordnet ist und dadurch einen erforderlichen Spalt zur Ableitung von Schmieröl in den Lagertunnel verlegt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lagerbuchsen lag der Spalt zwischen der Anlaufscheibe und dem Lagergehäuse, der für die Ableitung des Öls erforderlich ist, außerhalb des Lagertunnels und ermöglicht so ein axiales Überstehen der Lagerbuchse über den Lagertunnel um genau diese Spaltbreite. Um genau diesen Überstand jedoch verringerte sich die gegenüber dem Lagergehäuse wirksame Lagerfläche der Radiallagerbuchse, was die eigentliche Radiallagerung negativ beeinflusst hat. Mit der erfindungsgemäß angeordneten bzw. ausgebildeten Anlaufscheibe hingegen ist es erstmals möglich, diesen Spalt zwischen Lagergehäuse und Anlaufscheibe zumindest teilweise in den Lagertunnel zu verlegen und damit den bisherigen axialen Überstand der Radiallagerbuchse über den Lagertunnel zu eliminieren. Bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader steht somit die zumindest eine Lagerbuchse mit ihrer gesamten Außenmantelfläche in Lagerkontakt zum Lagergehäuse und bewirkt dadurch eine deutlich verbesserte Lagerung. Zugleich kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. Ausbildung der Anlaufscheibe auch eine kompaktere Bauweise erreicht werden sowie rein theoretisch sogar auch ein geringeres Massenträgheitsmoment, da die Anlaufscheibe hinsichtlich ihres Durchmessers, welcher hauptverantwortlich für das Massenträgheitsmoment ist, verringert wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Anlaufscheibe eine gestufte Außenkontur auf und ist mit zumindest einer Stufe radial innerhalb des Lagertunnels angeordnet. Die vorgesehene gestufte Außenkontur ermöglicht es, die hinsichtlich ihres Durchmessers kleinere Stufe in den Lagertunnel hinein zu verlegen, wobei die hinsichtlich ihres Durchmessers verringerte Stufe nicht nur das Massenträgheitsmoment der gesamten Anlaufscheibe reduziert, sondern auch dazu beiträgt, dass der ölabführende Spalt zwischen Lagergehäuse und Anlaufscheibe nunmehr zumindest teilweise in den Lagertunnel selbst verlegt wird. Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch vorgesehen werden, dass die Anlaufscheibe durchweg einen maximalen radialen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Lagertunnels, so dass die Anlaufscheibe nirgends in Radialrichtung über den Lagertunnel übersteht und somit rein theoretisch sogar nahezu vollständig im Lagertunnel angeordnet werden kann.
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Zweckmäßig ist ein Übergang zwischen einer axialen Mantelfläche, das heißt einer Stufenfläche, und einer radialen Fläche der Anlaufscheibe, das heißt einer Stufenhöhe, ausgerundet. Durch diese Ausrundung ist insbesondere die Reduzierung der Kerbwirkung möglich, wodurch die erfindungsgemäße Anlaufscheibe höhere Belastungen aushält bzw. für gleiche Belastungen geringer dimensioniert werden kann.
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Zweckmäßig entspricht ein Durchmesser der radial innerhalb des Lagertunnels angeordneten Stufe im Wesentlichen dem Durchmesser der Welle an der Turbinenseite. Die axiale Auflagefläche des verdichterseitigen Radiallagers an der Anlaufscheibe ist gleich groß wie zw. Läufer und turbinenseitigem Radiallager, wodurch das Reibmoment gleich groß ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Stufenhöhe zwischen zwei Stufen der Anlaufscheibe als Schräge ausgebildet. Eine derartige Schräge ermöglicht nochmals eine Material- und damit auch Gewichtsreduzierung in einem radial äußeren Bereich der Anlaufscheibe, wodurch ein Massenträgheitsmoment nochmals reduziert werden kann. Durch die schräge Ausbildung der Stufenhöhe kann auch der für die Ölabführung verantwortliche Spalt verbreitert werden, wodurch die Ölabführung an sich verbessert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Schnittdarstellung durch einen Abgasturbolader entsprechend dem Stand der Technik,
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2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Radiallagerbuchse,
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3 eine Darstellung einer Turbinenseite des erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
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Entsprechend der 1, weist ein aus dem Stand der Technik bekannter Abgasturbolader 1’ einen Rotor 2’ auf, dessen Welle 3’ über zumindest eine Radiallagerbuchse 4’ im Lagergehäuse 5’ gelagert ist. Die zumindest eine Radiallagerbuchse 4’ ist dabei mit ihrer Außenmantelfläche in einem Lagertunnel 6’ des Lagergehäuses 5’ gelagert. Auf der Welle 3’ ist eine Anlaufscheibe 8’ fixiert, mittels welcher die Welle 3’ gegenüber einem Axiallager 9’ gelagert ist. Die Anlaufscheibe 8’ sichert zudem die axiale Position der Radiallagerbuchse 4’. Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, sorgt ein Spalt 7’ zwischen der Anlaufscheibe 8’ und dem Lagergehäuse 5’ dafür, dass die Radiallagerbuchse 4’ um im Wesentlichen diese Spaltbreite in Axialrichtung über den Lagertunnel 6’ überstehen kann, was die für die Radiallagerung zur Verfügung stehende Radiallagerfläche der Radiallagerbuchse 4’ um zumindest den überstehenden Teil 10’ reduziert. Hierdurch wird somit die Lagerfläche der Radiallagerbuchse 4' verkleinert und damit indirekt auch die Radiallagerfähigkeit eingeschränkt.
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Demgegenüber ist gemäß der 2 ein Abgasturbolader 1 mit einem Rotor 2 gezeigt, dessen Welle 3 über eine Radiallagerbuchse 4 im Lagergehäuse 5 gelagert ist. Im Unterschied zu 1 sind dabei gemäß den 2 und 3 die gleichen Bauteile lediglich ohne Apostroph bezeichnet. Im Unterschied zur Darstellung der 1 ist aus der 2 erkennbar, dass die Anlaufscheibe 8 zumindest teilweise radial innerhalb des Lagertunnels 6 angeordnet ist, was dafür sorgt, dass die Lagerbuchse 4 vollflächig im Lagertunnel 6, das heißt mit ihrer gesamten zur Verfügung stehenden Lagerfläche gegenüber dem Lagergehäuse 5 gelagert ist. Die zumindest teilweise Anordnung der Anlaufscheibe 8 innerhalb des Lagertunnels 6 wird dabei dadurch erreicht, dass die Anlaufscheibe 8 eine gestufte Außenkontur aufweist und mit zumindest einer Stufe 11 radial innerhalb des Lagertunnels 6 angeordnet ist. Die Lagerstufe 11 besitzt dabei einen Außendurchmesser, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des Lagertunnels 6. Ein Übergang zwischen einer axialen Mantelfläche 12, das heißt der eigentlichen Stufenfläche der Stufe 11, und einer radialen Fläche 13, das heißt einer Stufenhöhe, ist dabei ausgerundet ausgebildet, wodurch eine Kerbwirkung zwischen den beiden Stufen 11 und 11a reduziert und damit die Verschleißbeständigkeit der Anlaufscheibe 8 erhöht werden kann. Selbstverständlich kann ein Übergang zwischen der Stufe 11 und der 11a, das heißt eine Stufenhöhe zwischen diesen beiden Stufen 11 und 11a auch als Schräge ausgebildet sein, was in der 2 mit einer punktierten Linie angedeutet ist. Hierdurch ist insbesondere die Materialeinsparung in einem radial äußeren Bereich der Anlaufscheibe 8 möglich, wodurch deren Massenträgheitsmoment reduziert werden kann.
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Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass die Anlaufscheibe 8 insgesamt einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Lagertunnels 6, so dass die Anlaufscheibe 8 insbesondere in ihrem äußeren Bereich nochmals deutlich um Material reduziert werden kann, was nochmals eine erhebliche Reduzierung des Massenträgheitsmoments zur Folge hätte. Eine derartige Ausführungsform ist mit der gestrichelten Linie in 2 dargestellt.
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Ein Durchmesser der radial innerhalb des Lagertunnels 6 angeordneten Stufe 11 entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser der Welle 3 an der Turbinenseite, wobei dies gemäß der 3 dargestellt ist. Die axiale Auflagefläche des verdichterseitigen Radiallagers an der Anlaufscheibe 8 ist gleich groß wie zwischen Läufer und turbinenseitigem Radiallager. Damit ist das Reibmoment gleich.
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Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlaufscheibe 8 ist es nicht nur möglich, die zur Radiallagerung zur Verfügung stehende Lagerfläche der Radiallagerbuchse 4 ganz auszunutzen, sondern es ist auch möglich, den Spalt 7 zumindest teilweise in den Lagertunnel 6 zu verlegen und damit eine bauraumoptimierte Form zu schaffen. Durch eine entsprechende Ausbildung der Anlaufscheibe 8 kann diese auch hinsichtlich ihres Gewichts reduziert werden, insbesondere an einem radial äußeren Bereich, wodurch deren Massenträgheitsmoment und damit auch indirekt das Massenträgheitsmoment des Rotors 2 reduziert werden kann, wodurch der Abgasturbolader 1 insgesamt ein schnelleres Ansprechverhalten erhält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0129212 A1 [0003]
- US 3427083 A [0004]
