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HINTERGRUND
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Die heutigen Verbrennungsmotoren müssen immer strengere Emissions- und Effizienznormen erfüllen, die durch Verbraucher und staatliche Regulierungsbehörden verlangt werden. Dementsprechend investieren Automobilhersteller und Zulieferer viel Geld und Mühe in die Erforschung und Entwicklung von Technologie zur Optimierung des Betriebes von Verbrennungsmotoren. Turbolader sind ein Bereich der Motorenentwicklung, der dabei von besonderem Interesse ist.
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Ein Turbolader verwendet Abgasenergie, die normalerweise vergeudet werden würde, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine ist an einer Welle montiert, die wiederum einen Verdichter antreibt. Die Turbine wandelt die Wärme- und kinetische Energie des Abgases in Rotationsleistung um, die den Verdichter antreibt. Die Aufgabe eines Turboladers ist die Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades des Motors durch Erhöhen der Dichte der in den Motor eintretenden Luft. Der Verdichter saugt Umgebungsluft an und verdichtet sie in den Ansaugkrümmer und letztendlich in die Zylinder hinein. Auf diese Weise gelangt bei jedem Ansaughub eine größere Masse Luft in die Zylinder.
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Wenn ein Turbolader dafür bemessen ist, die Höchstleistung aus einem bestimmten Motor herauszuholen, so ist das Teillast- und Übergangsverhalten des Turboladers allgemein suboptimal. Die Verdichterleistung eines Turboladers richtet sich nach der Verdichterdrehzahl. Damit der Verdichter schnell genug drehen kann, um eine brauchbare Verdichtung oder Leistungsverstärkung für den Motor zu erzeugen, muss eine entsprechende Erhöhung des Abgasstromes stattfinden. Es tritt jedoch eine Zeitverzögerung ein, während sich die Abgase aufbauen und die Trägheit der Turbinen- und Verdichterradbaugruppe überwunden ist. Diese Zeitverzögerung zwischen der vom Motor angeforderten Leistungsverstärkung und der tatsächlichen Erhöhung des Krümmerdrucks wird oft als „Turboloch” bezeichnet.
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Um die Probleme des Turbolochs und der Teillastleistung zu lösen, sind elektrisch unterstützte Turbolader entwickelt worden. Elektrisch unterstützte Turbolader enthalten einen Elektromotor, der dazu dient, die Rotationsleistung, die während Teillast- und Übergangszuständen aus dem Abgas bezogen wird, zu unterstützen. In der Regel ist der Motor mit derselben Welle verbunden, die die Turbinen- und Verdichterräder trägt. In einigen Fällen werden die Rotormagnete des Motors direkt auf der Welle getragen, während der Stator im Zentralgehäuse des Turboladers enthalten ist.
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Elektromotoren reagieren empfindlich auf Wärme und Verschmutzung. Dementsprechend wird die Steuerung von Wärme und Ölmigration – was häufige Probleme bei Turboladern sind – bei elektrisch unterstützten Turboladeranwendungen zu einer größeren Herausforderung. Zum Beispiel kann übermäßige Wärme die Statorwicklungen überhitzen und kann die Dauermagnete beschädigen. Darüber hinaus kann eine Ölverschmutzung den Reibungswiderstand zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors erhöhen sowie Schmutz und Materialtrümmer in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator transportieren.
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Dementsprechend besteht Bedarf an einem elektrisch unterstützten Turboladerdesign, das die Ölmigration in den Motor hemmt und eine ausreichende Kühlung der Motorkomponenten sicherstellt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Im vorliegenden Text wird ein fluidgekühlter, elektrisch unterstützter Turbolader beschrieben, der ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten Elektromotorstator umfasst. Der Stator enthält ein Paar O-Ringe, oder sonstige Umfangsdichtungen, die dort herum angeordnet sind. Die Umfangsdichtungen können in entsprechenden Nuten angeordnet sein, die in dem Umfang des Stators ausgebildet sind. Die O-Ringe dienen dazu, gegen einen Innenraum des Gehäuses abzudichten, um eine Ringkammer um mindestens einen Abschnitt des Stators und ein Paar Endhohlräume an den axialen Enden des Stators zu bilden. Die Ringkammer ist dafür ausgelegt, die Zirkulation eines Kühlfluids, wie zum Beispiel Öl, um den Stator zu ermöglichen.
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In bestimmten Aspekten der im vorliegenden Text beschriebenen Technologie können ein Paar Lager in dem Gehäuse angeordnet sein, eines auf jeder Seite des Stators. Eine Welle wird in dem Gehäuse durch die Lager gestützt. Die Welle wiederum stützt ein Turbinenrad und ein Verdichterrad. Ein Elektromotorrotor ist auf der Welle zwischen den Lagern und im Inneren des Stators angeordnet.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Turbolader ein Verdichterrad und ein Turbinenrad, die an gegenüberliegenden Enden einer Welle angeordnet sind. Ein Gehäuse stützt die Welle, und ein Stator ist in dem Gehäuse angeordnet. Ein Paar Dichtungen sind zwischen dem Stator und einem Innenraum des Gehäuses angeordnet, wodurch eine Kammer um mindestens einen Abschnitt des Stators herum gebildet wird. Ein Paar Endhohlräume befinden sich an den axialen Enden des Stators. Die Kammer kann von ringförmiger Konfiguration sein. Die Dichtungen angeordnet sind etwa einer Umfang des Stators. Ein Paar Lager sind in dem Gehäuse angeordnet, eines auf jeder Seite des Stators, um die Welle zu stützen.
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In einem weiteren Aspekt der Technologie ist das Gehäuse in ein oberes und ein unteres Segment segmentiert. Die Kammer hat einen Einlass, der durch ein oberes Segment gebildet wird, und einen Auslass, der durch ein unteres Segment gebildet wird. Eine Segmentdichtung ist zwischen dem oberen und dem unteren Segment angeordnet, und eine Dichtungsnut ist in dem oberen oder in dem unteren Segment ausgebildet, um die Segmentdichtung aufzunehmen. Eine Öffnung erstreckt sich vom Innenraum des Gehäuses und ist dafür bemessen und konfiguriert, Drähte aufzunehmen, die sich von dem Stator erstrecken.
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In einem weiteren Aspekt der Technologie sind ein Paar Bünde an der Welle angebracht, die sich jeweils zwischen dem Rotor und einem entsprechenden Lager befinden. Jeder Bund enthält einen zylindrischen Schleuderabschnitt neben seinem entsprechenden Lager. Der zylindrische Schleuderabschnitt enthält mehrere radiale Ablauflöcher, oder Ausnehmungen, so dass Öl, das von dem Lager aus in eine eingerückte Region des zylindrischen Schleuderabschnitts eintritt, radial auswärts durch die Ablauflöcher fortgeschleudert wird, wo es von dem Bund weg abfließt. Jeder Bund enthält einen Abstandshalterabschnitt gegenüber dem zylindrischen Schleuderabschnitt und einen Kolbenring zwischen dem Abstandshalterabschnitt und dem zylindrischen Schleuderabschnitt.
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In weiteren Aspekten der Technologie hat der Abstandshalterabschnitt eine axial gerichtete Positionierungsfläche, die an dem Rotor anliegt, und der zylindrische Schleuderabschnitt hat eine axial gerichtete Fläche, die an einer entsprechenden axialen Fläche des Lagers anliegt, wodurch der Rotor und die Welle relativ zu den Lagern axial positioniert werden. Der Abstandshalterabschnitt enthält eine axial gerichtete Schleuderfläche, die einer Innenfläche eines entsprechenden Endhohlraums gegenüberliegt, wobei die Schleuderfläche dazu dient, Öl, das an dem Kolbenring vorbei migriert, entlang der Innenfläche des Endhohlraums zu leiten, wo es dann vom Stator fort abfließt.
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Dementsprechend stellen die Bünde primäre, sekundäre und tertiäre Ölmigrationskontrollstrukturen bereit, um die Migration von Öl in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator zu hemmen. Die primäre Ölsteuerung wird durch den zylindrischen Schleuderabschnitt ausgeführt. Der zylindrische Schleuderabschnitt leitet Öl vom Kolbenring fort und in Richtung verschiedener Ölauslasskanäle, die in dem Gehäuse ausgebildet sind. Die sekundäre Ölsteuerung wird durch den Kolbenring ausgeführt. Alles Öl, das an dem zylindrischen Schleuderabschnitt vorbei migriert, wird durch die Kolbenringdichtung daran gehindert, weiter zu migrieren. Und schließlich wird die tertiäre Ölmigrationskontrolle durch die axial gerichtete Schleuderfläche des Abstandshalterabschnitts ausgeführt. Alles Öl, das an dem Kolbenring vorbei migriert, wird vom Bund fortgeschleudert und entlang einer Innenfläche des Endhohlraums geleitet und kann durch einen von verschiedenen Ölauslasskanälen, die in dem Gehäuse ausgebildet sind, ablaufen.
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Diese und weitere Aspekte des fluidgekühlten, elektrisch unterstützten Turboladers werden nach Betrachtung der detaillierten Beschreibung und der Figuren im vorliegenden Text offenbar. Es versteht sich jedoch, dass der Geltungsbereich der Erfindung anhand der Ansprüche in ihrer eingereichten Form zu bestimmen ist, und nicht dadurch, ob der hier besprochene Gegenstand einige oder alle der im Kapitel „Hintergrund” genannten Probleme löst oder jegliche der in dieser Kurzdarstellung der Erfindung aufgezählten Merkmale oder Aspekte enthält.
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ZEICHNUNGEN
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Nicht-einschränkende und nicht-erschöpfende Ausführungsformen des fluidgekühlten, elektrisch unterstützten Turboladers, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform, werden mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen, sofern nichts anderes angemerkt ist.
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1 ist eine Querschnittsansicht eines fluidgekühlten, elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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2 ist eine teilweise quergeschnittene perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Turboladers;
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3 ist eine Querschnittsansicht von in 1 und 2 gezeigten Gehäusesegmenten;
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4 ist eine perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten unteren Gehäusesegments;
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5 ist eine perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten oberen Gehäusesegments;
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6 ist eine Endansicht im Aufriss von in 3 gezeigten Gehäusesegmenten;
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7 ist eine vergrößerte, teilweise quergeschnittene perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Verdichterendlager- und Bund-Anordnung; und
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8 ist eine vergrößerte, teilweise quergeschnittene perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Turbinenendlager- und Bund-Anordnung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Figuren ausführlicher beschrieben. Diese Figuren bilden einen Teil der vorliegenden Offenbarung und zeigen, zum Zweck der Veranschaulichung, konkrete beispielhafte Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen werden hinreichend detailliert offenbart, um dem Fachmann das Praktizieren der Erfindung zu ermöglichen. Jedoch können die Ausführungsformen auf vielfältige und unterschiedliche Weise implementiert werden und dürfen nicht so ausgelegt werden, als seien sie auf die im vorliegenden Text dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Die folgende detaillierte Beschreibung darf darum nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden. Es versteht sich, dass in den Figuren nicht alle Bauteile eines Turboladers gezeigt sind und dass die vorliegende Offenbarung die Verwendung verschiedener Turboladerbauteile in Betracht zieht, die dem Fachmann bekannt sind. Der Bau von Turboladern ist in der Fachwelt bestens bekannt, und eine vollständige Beschreibung jeder Komponente eines Turboladers ist nicht notwendig, um die Technologie der vorliegenden Anmeldung, die im vorliegenden Text vollständig beschrieben und offenbart ist, zu verstehen.
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Der in 1 und 2 gezeigte fluidgekühlte, elektrisch unterstützte Turbolader 1 enthält ein Gehäuse 3 und einen in dem Gehäuse angeordneten Elektromotor 20. Der Elektromotor 20 enthält einen Stator 22 und einen Rotor 24, der auf der Welle 7 angeordnet ist. Die Welle 7 wird in dem Gehäuse 3 durch Gleitlager 10 und 12 gestützt, die in dem Gehäuse 3 auf jeder Seite des Rotors 24 angeordnet sind. Auf der Welle 7 sind ein Turbinenrad 5 und ein Verdichterrad 9 angeordnet, die die Arbeitsabschnitte des Turboladers umfassen, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Stator 22 enthält einen Anker 26, der mehrere Spulenwicklungen 28 stützt, wie dem Fachmann bekannt ist. Im Fall eines Dauermagnetmotors kann der Rotor 24 mehrere Dauermagnete enthalten. Es können noch andere Arten von Motoren verwendet werden, wie zum Beispiel ein Schaltreluktanzmotor. Der Elektromotor 20 ist über geeignete leitfähige Verbindungen mit den entsprechenden Steuerungen und einer Stromquelle verbunden, wie es dem Fachmann geläufig ist.
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Der Statoranker 26 enthält ein Paar umfänglich verlaufender Nuten 202 und 206, in denen ein Paar O-Ringe 204 bzw. 208 angeordnet sind. Die O-Ringe 204 und 208 dienen dazu, gegen eine Innenwand (142, 144) des Gehäuses 3 abzudichten (siehe 3–5), wodurch eine Ringkammer 130 gebildet wird, die sich um mindestens einen Abschnitt des Stators 22 erstreckt. Die O-Ringe 204 und 208 können aus einem geeigneten Hochtemperaturelastomer hergestellt werden, wie zum Beispiel perflouriertem Elastomer vom Typ Parker Compound FF200-75 von der Firma Parker O-Ring aus Lexington, Kentucky. Die Ringkammer 130 ist dafür ausgelegt, Kühlfluid, wie zum Beispiel Öl, um den Stator 22 zu zirkulieren. In einem Fall wird Öl in der Ringkammer 130 über Ports 184 und 132 zirkuliert. Wie aus der Figur zu erkennen ist, werden ein Paar Endhohlräume 122 und 126 an den Enden des Stators 22 gebildet. Auf diese Weise wird der Innenhohlraum 141 des Gehäuses 3 in mindestens drei Kammern unterteilt: die Ringkammer 130 und zwei Endhohlräume 122 und 126. Während die Ringkammer 130 mit Kühlöl geflutet wird, sollen die Endhohlräume 122 und 126 ölfrei bleiben. Die Endhohlräume 122, 126 werden auf einer Seite durch einen entsprechenden der O-Ringe 204 und 208 abgedichtet und auf der anderen Seite durch einen entsprechenden Bund 32, 30 abgedichtet, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird. Wie in 5 zu sehen, erstreckt sich eine Leiteröffnung 176 vom Innenhohlraum 141 des Gehäuses 3, um (nicht gezeigte) Drähte aufzunehmen, die sich von dem Stator 22 erstrecken. Es versteht sich, dass sich die Leiteröffnung 176 von jedem der Endhohlräume 122, 126 erstrecken kann. Positionierungsschultern 146 sind nahe den Enden des Hohlraums 141 angeordnet, um den Stator 22 in dem Gehäuse 3 zwischen den Endhohlräumen axial zu positionieren. Obgleich die verschiedenen repräsentativen Ausführungsformen mit Bezug auf ein Lagergehäuse beschrieben werden, das axial entlang der Mittelachse des Turboladers in ein Paar Segmente aufgeteilt ist, kann das Gehäuse auch senkrecht zur Turboladermittelachse in Segmente aufgeteilt sein.
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In einer repräsentativen Ausführungsform, wie in 3–5 gezeigt, ist das Lagergehäuse 3 axial entlang der Mittelachse A des Turboladers 1 in ein Paar Segmente aufgeteilt. In diesem Fall beherbergt das obere Segment 150 des Lagergehäuses alle Elemente des Öldrucksystems. Die Ölbohrung 181 für die Turbinenendgleitlagerölzufuhr kann nahezu senkrecht zu der Achse A gebohrt werden. Das gleiche gilt für die Ölbohrung 182 für die Verdichterendgleitlagerölzufuhr. Eine Verbindungsbohrung 180 wird von der Verdichterdiffusorfläche aus gebohrt und dann mit einem Dehnungsstopfen 185 abgedichtet. Diese Verbindungsbohrung wird so gebohrt, dass sie den Öleinlass 162 schneidet, und wird als eine Leitung verwendet, um die Ringkammer 130 über den Kammereinlass 184 mit dem Öleinlass 162 in Strömungsverbindung zu bringen. Die Lager-Ölversorgungsbohrungen (181, 182) sind ebenfalls mit dem Öleinlass 162 über die Verbindungsbohrung 180 verbunden. Das Gehäuse 3 kann außerdem eine entsprechende Aufnahme 160 zum Verbinden eines Ölzuleitungsnippels enthalten. Wie in 3 und 4 gezeigt, nimmt das untere Segment 152 des Lagergehäuses das obere Segment 150 in einen komplementären Eingriff, um das Lagergehäuse 3 zu komplettieren. In dem unteren Segment des Lagergehäuses sind Ölabflusselemente angeordnet. Mehrere Ölablauflöcher 112, 113 erlauben das Austreten allen Öls, das an den O-Ringe 204 und 208 oder den Wellendichtungsbünden 30, 32 vorbei entweicht. Mehrere Ablauflöcher 104, 108 sind vorhanden, um das Entweichen von Öl von den Gleitlagern 10, 12 zu ermöglichen. Das abfließende Öl aus den Löchern 104, 108, 112, 113 und 132 wird in einem gemeinsamen Sammelraum 114 aufgefangen. 5 veranschaulicht eine alternative Bauweise zum Zuführen von Kühlfluid m der Ringkammer 130. Anstelle des Zuführens von Öl aus dem Lagerölkreislauf über den Kammereinlass 184 (3) wird Öl in einen separaten Einlass 154 geleitet, der mit einem Paar Kammereinlässen 156 verbunden ist.
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Wie zum Beispiel in den 4 und 5 zu sehen, enthält das Gehäuse 3 eine integrierte Wärmeabschirmung 175 am Turbinenende des Gehäuses 3. Ein Lufthohlraum 177 ist zwischen der Wärmeabschirmung 175 und dem Rest des Gehäuses 3 angeordnet. Dementsprechend kann Wärme, die von dem Abgas kommt, das durch die Turbine strömt, nicht direkt durch das Gehäusematerial in das Gleitlager 10 gelangen.
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Das obere und das untere Segment (150, 152) des Lagergehäuses werden während des Montageprozesses mechanisch aneinander befestigt. Die Segmente können mittels beliebiger mechanischer oder chemischer Mittel aneinander befestigt werden, wie zum Beispiel Haltebolzen, Niete, Kaltverformung, Schweißen oder Verkleben. Wie in 6 gezeigt, klemmen mehrere Bolzen 170 das obere Segment 150 und das untere Segment 152 zusammen. Diese Bolzen können in Gewindelöcher eingeschraubt werden oder können durch gewindelose Bohrungen 172 (4 und 5) hindurchgeführt und mittels Muttern verschraubt werden. Die Gehäusesegmente 150, 152 können mit Bezug aufeinander mittels (nicht gezeigter) Dübelstifte positioniert werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Jedes Gehäusesegment enthält Löcher 174 zum Aufnehmen solcher Dübelstifte. Die durch diese Haltebolzen ausgeübte Klemmlast drückt eine Dichtung zusammen, um eine Öl- und Gasdichtung zwischen dem Inneren des Lagergehäuses und der Außenseite des Lagergehäuses herzustellen. Die Dichtung kann ein imprägniertes Graphitdichtungsmittel sein, wie zum Beispiel eine Grafoil-Flexidichtung, aber sie könnte auch eine geprägte flache Dichtung vom Ausgleichsscheibentyp sein. Die Dichtung ist in die Figuren nicht explizit gezeigt, aber der Fachmann kennt sich damit aus. Alternativ oder zusätzlich zu einer Dichtung kann eine Dichtungsmasse auf die Dichtflächen 192, 194 aufgebracht werden. Eine Nut 190 ist in dem unteren Segment 152 für den erhabenen Teil der Dichtung angeordnet. Wie in 4 gezeigt, befindet sich die Nut 190 für die Dichtung im unteren Segment 152, aber die Nut 190 könnte sich auch im oberen Segment 150 (oder in beiden) befinden.
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Wie in 7 und 8 gezeigt, sind Bünde 30 und 32 an der Welle 7 auf jeder Seite des Rotors 24 angebracht und sind zwischen dem Rotor und einem entsprechenden Lager 12 bzw. 10 angeordnet. Die Bünde 30 und 32 dienen dazu, den Rotor axial zu positionieren sowie primäre, sekundäre und tertiäre Dichtungsstrukturen bereitzustellen, um zu verhindern, dass Öl in den Spalt zwischen dem Rotor 24 und dem Stator 22 migriert. Die Bünde 30 und 32 können auf die Welle 7 gepresst werden, wodurch der Rotor 24 auf der Welle gehalten und positioniert wird.
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Wie in 7 zu sehen, enthält der Verdichterendbund 30 einen Abstandshalterabschnitt 304 und einen sich von dort erstreckenden zylindrischen Schleuderabschnitt 308. Wie in diesem Fall, können in den Abstandshalterabschnitt 304 Strukturelemente eingearbeitet sein, wie zum Beispiel eine Nut 306, um die rotierende Masse des Bundes zu reduzieren. Jedoch versteht es sich, dass die Nut auch weggelassen werden kann oder dass die Nut einen anderen Querschnitt haben kann, als in den Figuren gezeigt ist. Außerdem kann Material in diesem Bereich von einem oder von beiden Bünden 30, 32 nach Bedarf entfernt werden, um die Welle- und Rotor-Baugrppe auszuwuchten. Insofern kann Material zu den Endbünden hinzugefügt werden, um Reservematerial zum Auswuchten bereitzustellen. Der Außendurchmesser des Verdichterendbundes 30, in diesem Fall des Abstandshalterabschnitts 304, ist so bemessen, dass er durch den Innendurchmesser X des Stators 22 passt, um die Montage des Turboladers zu vereinfachen. Die Bünde 30 und 32 können aus jedem geeigneten Material bestehen, wie zum Beispiel Aluminium, Stahl, Titan oder dergleichen.
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Der Abstandshalterabschnitt 304 enthält eine axial gerichtete Positionierungsfläche 302, die an dem Rotor 24 anliegt. Der zylindrische Schleuderabschnitt 308 hat eine axial gerichtete Fläche 309, die einer entsprechenden axial gerichteten Fläche am Lager 12 gegenüberliegt. Dementsprechend dienen der Bund 30 und, in einer ähnlichen Weise, der Bund 32 dazu, den Rotor 24 und die Welle 7 mit Bezug auf die Lager 10 und 12 zu positionieren.
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Der zylindrische Schleuderabschnitt 308 enthält mehrere radiale Ablauflöcher 310, die sich mit einer eingerückten Region 332 überschneiden. Eine Kolbenringnut 314 ist entlang eines Umfangs des Bundes 30 zwischen dem zylindrischen Schleuderabschnitt 308 und dem Abstandshalterabschnitt 304 ausgebildet. Der Kolbenring 40 ist in der Nut 314 angeordnet und dient dazu, eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 3 und dem Bund 30 zu bilden. Der Abstandshalterabschnitt 304 enthält eine axial gerichtete Schleuderfläche 312. Die Schleuderfläche 312 erstreckt sich in den Endhohlraum 126 und wirkt mit der Endhohlraumfläche 123 zusammen, um Öl von dem Rotor 24 fort zu bewegen.
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Die Gleitlager 10 und 12 werden über Ölzufuhrkanäle, wie zum Beispiel den in 7 gezeigten Ölzufuhrkanal 102, geschmiert. Das dem Gleitlager 10 zugeführte Öl ist im Wesentlichen das gleiche wie das dem Gleitlager 12 zugeführte Öl, und es wird nur das Gleitlager 12 im vorliegenden Text beschrieben. In diesem Fall fließt das dem Lager 12 zugeführte Öl über Ölabflusskanäle 104 und 108 ab, die beide in eine gemeinsame Ölsammelkammer 114 entleert werden. Der Bund 30 enthält eine primäre, oder erste, Ölsteuerungsstruktur in Form des zylindrischen Schleuderabschnitts 308. Das aus dem Lager 12 in Richtung des Bundes 30 abfließende Öl tritt in die eingerückte Region 332 ein und wird durch die Löcher 310 über Fliehkräfte in Richtung einer ringförmigen Nut 330 geschleudert, die in dem Gehäuse 3 ausgebildet und auf Ablauflöcher 310 ausgerichtet ist. Der Abflusskanal 104 schneidet die ringförmige Nut 330, wodurch in die Nut 330 geschleudertes Öl durch den Kanal 104 in die gemeinsame Ölsammelkammer 114 abfließen kann. Auf diese Weise leitet der zylindrische Schleuderabschnitt 308 Öl vom Kolbenring 40 fort.
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Der Kolbenring 40 fungiert als eine sekundäre, oder zweite, Dichtungsstruktur, die verhindert, dass Öl, dass an dem zylindrischen Schleuderabschnitt 308 vorbeimigrieren konnte, weiter entlang des Leckpfades in Richtung des Rotors und des Stators migriert. Der Kolbenring 40 kann eine standardmäßige Kolbenringdichtung sein, wie sie dem Fachmann bekannt ist, und kann zum Beispiel aus Stahl bestehen. Der Kolbenring 40 bildet eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 3 und dem Bund 30, wie in den Figuren gezeigt.
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Falls jedoch Öl an dem Kolbenring 40 vorbeimigrieren kann, so fungiert die axial gerichtete Schleuderfläche 312 des Abstandshalterabschnitts 304 als eine tertiäre, oder dritte, Dichtung und schleudert das verbliebene Öl radial entlang der Innenfläche 123 des Endhohlraums 126. Das entlang der Fläche 123 geleitete Öl fließt dann in die Ölsammelkammer 114 über einen anderen Ölabflusskanal, ähnlich dem Ölabflusskanal 112, der dem Endhohlraum 122 zugeordnet ist, was weiter unten mit Bezug auf 8 erläutert wird.
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Die in 8 gezeigte Bund- und Lageranordnung des Turbinenendes ähnelt der des Verdichterendes. Das Turbinenende enthält das Lager 10, das die Welle 7 neben dem Turbinenrad 5 stützt. Der Bund 32 ist zwischen dem Lager 10 und dem Rotor 24 angeordnet. Es wird in Betracht gezogen, dass identische Bünde sowohl am Verdichter- als auch am Turbinenende eines Turboladers verwendet werden könnten. In diesem Fall jedoch bestehen Unterschieds zwischen den Bünden 30 und 32, wie unten noch erläutert wird.
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Der Bund 32 enthält einen zylindrischen Schleuderabschnitt 328 ähnlich dem von Bund 30. In diesem Fall enthält der Bund 32 keine Ablauflöcher, sondern mehrere Ablaufaussparungen 311. Gegenüber dem zylindrischen Schleuderabschnitt 328 befindet sich der Abstandshalterabschnitt 324 mit einer optionalen Nut 326, die um ihn herum gebildet ist. Die Positionierungsfläche 322 liegt an dem Rotor 24 an, und eine entgegengesetzt gerichtete axiale Fläche 317 liegt an dem Lager 10 an, wodurch der Rotor 24 und die Welle 7 positioniert werden. Der Bund 32 enthält die Kolbenringnut 315 und den Kolbenring 42. Der Abstandshalterabschnitt 324 enthält außerdem eine axial gerichtete Schleuderfläche 313, die der Innenfläche 124 des Endhohlraums 122 gegenüberliegt.
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Wie bei dem Verdichterendbund 30 enthält der turbinenseitige Bund 32 primäre, sekundäre und tertiäre Dichtungsstrukturen. Genauer gesagt, wirft oder schleudert der zylindrische Schleuderabschnitt 328 Öl, das über die Ablaufaussparungen 311 in die eingerückte Region 334 eingedrungen ist, in die Nut 336. Die Nut 336 läuft in den Ölabflusskanal 108 und in Ölsammelkammer 114 ab. Alles Öl, das an dem zylindrischen Schleuderabschnitt 328 vorbeimigriert, wird am weiteren Migrieren durch den Kolbenring 42 gehindert. Falls dennoch Öl an dem Kolbenring 42 vorbeimigrieren kann, so treibt die Schleuderfläche 313 das Öl unter dem Einfluss von Zentrifugalkraft entlang der Fläche 124 des Endhohlraums 122. Öl, das entlang der Innenfläche 124 abfließt, wird durch den Ölkanal 112 in die gemeinsame Ölsammelkammer 114 abgelassen.
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Die Bünde 30 und 32 können zusammenwirkende Indexierungselemente enthalten, um zu verhindern, dass der Rotor 24 sich mit Bezug auf die Welle 7 und die Bünde 30, 32 dreht. Zum Beispiel enthält der Bund 32 einen oder mehrere Schlitze 318, die in der Positionierungsfläche 322 ausgebildet sind, die mit entsprechenden Vorsprüngen 218 zusammenpassen, die von dem Rotor 24 hervorstehen. Wenn also die Bünde 30 und 32 auf der einen oder der anderen Seite des Rotors 24 auf die Welle 7 gepresst werden, so nimmt mindestens einer der Bünde den Rotor in Eingriff, um eine Rotation des Rotors 24 relativ zu der Welle 7 zu verhindern. In diesem Fall sind die Schlitze in dem Bund 32 gezeigt; jedoch können die Schlitze als eine Alternative auch in dem Rotor ausgebildet werden, und die Vorsprünge können sich auf dem Bund befinden.
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Die Endhohlräume 122 und 126 können mit einer Überdruckquelle versehen sein, um einer Ölmigration in die Endhohlräume zusätzlich entgegenzuwirken. Geeignete Druckwellen sind zum Beispiel Lkw-Luft, Turbineneinlass- oder Ladedruckbegrenzerdruck oder verdichtetes Gas aus einer separaten Turbostufe. Es wird des Weiteren in Betracht gezogen, dass Endhohlräume 122 und 126 mit Luft versorgt werden können, um den Stator zusätzlich zu kühlen.
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Es ist nun der fluidgekühlte, elektrisch unterstützte Turbolader mit einem gewissen Grad an Konkretheit in den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert wird, die im Licht des Standes der Technik zu interpretieren sind, so dass Modifizierungen oder Änderungen an den beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den im vorliegenden Text enthaltenen erfinderischen Konzepten abzuweichen.
