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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Ein Abgasturbolader ist aus der Offenlegungsschrift
EP 2 261 482 A1 bekannt. Der Abgasturbolader weist eine in einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers aufgenommene Dichtscheibe auf, wobei die Dichtscheibe an einer einem Luftführungsabschnitt des Abgasturboladers zugewandten Seite das Lageranschnitts angeordnet ist. Sie dient einer Abdichtung des Luftführungsabschnittes gegenüber einem Eindringen von Schmiermittel aus dem Lagerabschnitt. Die Dichtscheibe ist eine Welle eines Laufzeugs des Abgasturboladers umfassend ausgebildet, sodass die Welle in der Dichtscheibe rotieren kann. Die Dichtscheibe ist mit Hilfe einer Presspassung in einer Aufnahmeöffnung des Lagerabschnitts aufgenommen.
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Presspassungen sind idealerweise nur bei Dichtscheiben aus Stahl auszubilden, da bspw. bei Dichtscheiben aus einem aluminiumhaltigen Werkstoff aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Dichtscheibe und dem üblicherweise aus einem Gusseisen hergestellten Lagerabschnitt nach einer bestimmten Zeit Undichtheiten durch Relaxation der Dichtscheibe auftreten können. Daher werden bevorzugt aus einem aluminiumhaltigen Werkstoff hergestellte Dichtscheiben mit Hilfe von Schrauben am Lagerabschnitt befestigt. Dichtscheiben aus Stahl sind kostenintensiv im Vergleich zu Dichtscheiben aus einem aluminiumhaltigen Werkstoff, wohingegen bei diesen zusätzliche Fixierelemente, bspw. in Form von Schrauben, eingesetzt werden müssen. Dies wiederum führt im Vergleich zur Dichtscheibe aus Stahl, zum einen zu einer aufwendigeren, und damit teureren Montage durch die Fixierung mehrerer Fixierelemente und zum anderen aufgrund der zusätzlichen Bauteile zu weiteren Kosten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen kostengünstigen Abgasturbolader anzugeben, welcher sich durch eine hohe Funktionsstabilität auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader 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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Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader umfasst einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen durchströmbaren Luftführungsabschnitt und einen zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Luftführungsabschnitt angeordneten Lagerabschnitt. Der Lagerabschnitt ist zur drehbaren Lagerung eines Laufzeugs des Abgasturboladers ausgebildet. Das Laufzeug weist ein im Abgasführungsabschnitt rotierbar angeordnetes Turbinenrad und ein im Luftführungsabschnitt rotierbar angeordnetes Verdichterrad auf, die mit Hilfe einer im Lagerabschnitt rotierbar gelagerten Welle drehfest verbunden sind. Der Lagerabschnitt ist zur Schmiermittelzufuhr von Schmiermittel zu Lagerstellen der Welle ausgestaltet. Zur Abdichtung des Luftführungsabschnitts gegenüber insbesondere einem Eindringen von Schmiermittel aus dem Lagerabschnitt in den Luftführungsabschnitt ist im Bereich einer Radkammer des Luftführungsabschnitts eine Dichtscheibe im Lagerabschnitt ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die Dichtscheibe mit dem Lagerabschnitt stoffschlüssig verbunden.
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Der Vorteil der stoffschlüssigen Verbindung ist in der Möglichkeit einer kostengünstigen Herstellung des Abgasturboladers zu sehen, denn es kann eine Dichtscheibe aus einem kostengünstigeren Material als es bspw. Stahl ist, genutzt werden. Dichtscheiben aus einem teuren Material zeichnen sich in der Regel durch ihre Hochfestigkeit aus, die sie bei einer Verbindung in Form einer Presspassung mit dem Lagerabschnitt aufweisen müssen, um eine Funktionsstabilität des Abgasturboladers zu erlangen. Somit können aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung auch weniger hochfeste Materialien eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten des Abgasturboladers im Vergleich zum Stand der Technik reduziert sind.
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Die zum derzeitigen Zeitpunkt eingesetzten kostengünstigeren Dichtscheiben werden mit Hilfe von zusätzlichen Fixierelementen am Lagerabschnitt befestigt, damit ein möglichst geringer Verzug der Dichtscheibe im Vergleich zum Lagerabschnitt eintritt. Dieser Verzug, welcher aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien des Lagerabschnitts und der Dichtscheibe resultiert, führt zu einer Undichtheit und somit zu der Möglichkeit eines Übertritts von Schmiermittel aus dem Lagerabschnitt in den Luftführungsabschnitt. Eine stoffschlüssige Verbindung führt in diesem Fall ebenfalls zu einer Kostenreduzierung, da die Fixierelemente und der zur Befestigung der Dichtscheibe mit den Fixierelementen zusätzliche Montageaufwand entfallen. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist die Herbeiführung einer zusätzlichen Abdichtung aufgrund des Stoffschlusses zwischen dem Lagerabschnitt und der Dichtscheibe.
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In einer kostengünstigen Ausgestaltung ist die stoffschlüssige Verbindung der Dichtscheibe in Form einer Klebverbindung ausgebildet.
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Sofern die Dichtscheibe aus einem aluminiumhaltigen Werkstoff ausgebildet ist, ist der Abgasturbolader kostengünstig und zugleich zumindest teilweise aufgrund der Dichtscheibe in Leichtbauweise hergestellt. Damit ergibt sich eine Gewichtsreduzierung des Abgasturboladers. Sofern der Abgasturbolader einer Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug dient, ergibt sich dadurch ein Kraftstoffeinspar- und damit ein Emissionsreduzierungspotential.
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Kostengünstig kann die Dichtscheibe ebenso aus einem Kunststoff hergestellt werden, wobei vorteilhaft ein hochtemperaturfester Kunststoff eingesetzt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dichtscheibe zwischen dem Verdichterrad und einem Ölabweisschirm angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, dass im Lagerabschnitt ein Ölabweisschirm aufgenommen ist, welcher zusätzlich zur Vermeidung eines Eindringens von Schmiermittel in den Luftführungsabschnitt ausgebildet ist.
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Zur kostengünstigen Herstellung des Abgasturboladers ist der Ölabweisschirm stoffschlüssig mit dem Lagerabschnitt und/oder mit der Dichtscheibe verbunden, wobei bevorzugt zur Kostengeringhaltung die stoffschlüssige Verbindung des Ölabweisschirmes in Form einer Klebverbindung ausgebildet ist.
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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
- 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 in einem Längsschnitt den erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ein in 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellter erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 ist in einem nicht näher dargestellten Abgastrakt einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handeln kann, vorgesehen. Der Abgasturbolader 1 umfasst einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Frischluftführungsabschnitt und einen zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Frischluftführungsabschnitt angeordneten Lagerabschnitt 2. Der Frischluftführungsabschnitt ist in einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet.
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Der Abgasturbolader 1 umfasst weiter ein Laufzeug 3, welches ein Verdichterrad 4 zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 5 zur Expansion von Abgas sowie eine das Verdichterrad 4 mit dem Turbinenrad 5 drehfest verbindende Welle 6 aufweist. Die Welle 6 ist im Lagerabschnitt 2 des Abgasturboladers 1 mit Hilfe von Lagerelementen 7 drehbar gelagert. Das Verdichterrad 4 ist drehbar in einer nicht näher dargestellten Radkammer des Luftführungsabschnitts aufgenommen. Ebenso ist das Turbinenrad 5 drehbar in einer nicht näher dargestellten Radkammer des Abgasführungsabschnitts angeordnet.
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Zur Einströmung des Abgases in den Abgasführungsabschnitt ist ein nicht näher dargestellter Eintrittskanal im Abgasführungsabschnitt ausgebildet. Der Eintrittskanal dient zur Konditionierung des Abgases, welches im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das Turbinenrad 5 in eine rotierende Bewegung versetzt. Mit Hilfe der Welle 6 wird das Verdichterrad 4 ebenfalls in Rotation versetzt, so dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet, die durch einen nicht näher dargestellten Austrittskanal des Luftführungsabschnitts geleitet wird. Der Luftführungsabschnitt ist durchströmbar im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, derart, dass der Verbrennungskraftmaschine die verdichtete Verbrennungsluft zuführbar ist.
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Im Lagerabschnitt 2 ist die Welle 6 mit Hilfe der Lagerelemente 7 drehbar gelagert. Die Lagerelemente 7 sind in Form einer Lagerhülse und/oder in Form von Radial- und/oder Axiallagern ausgebildet. Der Lagerabschnitt 2 weist zur reibungsarmen Lagerung ein Schmiermittelsystem 8 auf, mit dessen Hilfe den Lagerelementen 7 Schmiermittel zu- und abführbar ist. Zur Zuführung des Schmiermittels weist das Schmiermittelsystem 8 einen Schmiermitteleintrittskanal 9 und zur Abfuhr des Schmiermittels einen Schmiermittelaustrittskanal 10 auf.
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An ihrem dem Verdichterrad 4 zugewandt ausgebildeten Wellenende 11 weist die Welle 6 einen Ölschleuderring 12 auf. Dieser Ölschleuderring 12 dient einer Aufnahme des in den Bereich eines Radrückens 13 des Verdichterrades 4 gelangenden Schmiermittels. Aufgrund der Rotation der Welle 6 um eine Rotationsachse 14 und somit des mit der Welle 6 drehfest verbundenen Ölschleuderrings 12 weist das am Ölschleuderring 12 aufgenommene Schmiermittel eine Zentrifugalkraft auf, welche es vom Bereich des Radrückens 13 weg und insbesondere in Richtung des Schmiermittelaustrittskanals 10 strömen lässt.
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Zur verbesserten Absicherung eines Eindringens von Schmiermittel in den Luftführungsabschnitt, insbesondere über den Radrücken 13 des Verdichterrades 4 aus dem Lagerabschnitt 2, weist der Lagerabschnitt 2 im Bereich des Radrückens 13 des Verdichterrades 4 eine Dichtscheibe 15 auf. Die Dichtscheibe 15 ist in einer komplementär zu einem Außenumfang 16 der Dichtscheibe 15 ausgebildeten Aufnahmeöffnung 17 des Lagerabschnitts 2 aufgenommen.
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Zur Aufnahme der Welle 6, welche sich durch die Dichtscheibe 15 erstreckt, weist die Dichtscheibe 15 eine Durchtrittsöffnung 18 auf. Zur Vermeidung eines Schmiermittelübertritts über die Durchtrittsöffnung 18 in den Luftführungsabschnitt sind zwischen der Welle 6 und der Dichtscheibe 15 Dichtelemente 19 bevorzugt in Form von so genannten O-Ringen angeordnet, die in Umfangsnuten 20 der Welle 6 axial gesichert aufgenommen sind.
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Zur gesicherten Abdichtung des Lagerabschnitts 2 gegenüber dem Luftführungsabschnitt ist die Dichtscheibe 15 mit dem Lagerabschnitt 2, insbesondere mit Hilfe einer Klebverbindung, verbunden.
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Die Dichtscheibe 15 ist aus einem aluminiumhaltigen Werkstoff ausgebildet. Ebenso könnte sie auch aus einem Kunststoff hergestellt sein, wobei der Kunststoff bevorzugt hochtemperaturfest ist.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1, in welchem der Abgasturbolader 1 gemäß 2 ausgebildet ist, ist neben einer vom Radrücken 13 abgewandt ausgebildeten Scheibenflächenseite 21 der Dichtscheibe 15 ein Ölabweisschirm 21 die Welle 6 umfassend angeordnet.
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Der Ölabweisschirm 21 ist ringscheibenförmig ausgebildet und im Lagerabschnitt 2 fixiert. Das heißt mit anderen Worten, dass in einer weiteren Durchtrittsöffnung 22 des Ölabweisschirms 21, welche zur berührungslosen Aufnahme der Welle 6 ausgebildet ist, die Welle 6 drehbar aufgenommen ist. Der Ölabweisschirm 21 ist an seinem Schirmumfang 23 stoffschlüssig mit dem Lagerabschnitt 2 verbunden, wobei zwischen dem bevorzugt aus einem Blech hergestellten Ölabweisschirm 21 und dem Lagerabschnitt 2 die stoffschlüssige Verbindung in Form einer Klebverbindung ausgeführt ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ölabweisschirm 21 mit der Dichtscheibe 15 ebenfalls stoffschlüssig verbunden, wobei auch diese stoffschlüssige Verbindung in Form einer Klebverbindung ausgeführt ist. Ebenso könnte die stoffschlüssige Verbindung in Form einer Lötverbindung oder einer Schweißverbindung ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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