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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren müssen immer strengere Emissions- und Leistungsstandards erfüllen, die von Verbrauchern und Behörden gefordert werden. Entsprechend wenden Automobilhersteller und -zulieferer große Anstrengungen und Finanzmittel für die Erforschung und Entwicklung von Technologien zur Verbesserung des Betriebs des Verbrennungsmotors auf. Turbolader sind ein Gebiet der Motorenentwicklung, das von besonderem Interesse ist.
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Ein Turbolader 2, wie z. B. in 1 gezeigt, nutzt die Energie des Abgases, welche normalerweise verschwendet würde, zum Antrieb eines Turbinenrads 10 aus. Das Turbinenrad 10 ist an einer Welle 12 montiert, die wiederum ein Kompressorrad 20 antreibt. Das Turbinenrad 10 wandelt die Wärme und die kinetische Energie des Abgases in Rotationsenergie um, die das Kompressorrad 20 antreibt. Das Ziel eines Turboladers ist es, den Wirkungsgrad pro Volumen des Motors durch Erhöhen der Dichte der in den Motor eintretenden Luft zu verbessern. Der Kompressor saugt Umgebungsluft an und komprimiert sie in den Ansaugstutzen und letztlich den Zylindern. Somit tritt bei jedem Ansaugtakt eine größere Luftmasse in die Zylinder ein.
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Wenn ein konventioneller Turbolader so dimensioniert ist, dass er eine maximale Leitung für einen bestimmten Motor liefert, sind das Verhalten des Turboladers bei Niedriglast und das Einschwingverhalten im Allgemeinen nicht optimal. Das Verhalten des Turbolader-Kompressors ist von der Kompressordrehzahl abhängig. Damit der Kompressor sich schnell genug dreht, um eine signifikante Verdichtung oder Verbesserung für den Motor zu liefern, muss eine entsprechende Verstärkung des Abgasstroms vorliegen. Jedoch tritt eine Zeitverzögerung auf, während der die Abgase sich ansammeln und die Trägheit des Turbinen- und Kompressorradsaufbaus überwunden wird. Diese Zeitverzögerung zwischen der Anforderung der Leistungssteigerung des Motors und der tatsächlichen Erhöhung des Abgasstutzendrucks wird häufig als Turboloch bezeichnet.
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Um bei der Überwindung der Probleme mit dem Turboloch und dem Niedriglastverhalten behilflich zu sein, sind elektrisch unterstützte Turbolader entwickelt worden. Elektrisch unterstützte Turbolader weisen einen Elektromotor auf, der so arbeitet, dass er die Rotationsenergie, die während der Niedriglast und den Einschwingbedingungen aus dem Abgas abgeleitet wurde, ergänzt. Typischerweise ist der Motor mit derselben Welle verbunden, die das Turbinen- und das Kompressorrad trägt. In einigen Fällen werden die Rotormagnete des Motors direkt auf der Welle getragen, während der Stator im Lagergehäuse des Turboladers enthalten ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das typische Turbolader-Lagergehäuse 60 als einteiliges Stück mit zum Beispiel einem Sandgussverfahren gegossen, wobei mehrere Kerne im Sand zum Erzeugen von bestimmten Merkmalen im Gussteil verwendet werden. Einige Merkmale des Lagergehäuses, wie z. B. die Luftspalte und Öldurchgänge 81–83, sind schwer, wenn nicht unmöglich in einem einteiligen Stück zu gießen, da die Kerne im Sand dünne Abschnitte aufweisen und daher zu anfällig für das Überstehen des Metallgießprozesses sind. Weiterhin müssen diverse Querdurchgänge 81–83, die nicht in einem einstückigen Gehäuse gegossen werden können, durch die Kurbelwellenbohrung (77, 78) mechanisch in das Gehäuse eingearbeitet werden. Entsprechend wird durch die robuste Struktur des Lagergehäuses die Einführung des Bohrers für das Einarbeiten der Querdurchgänge geometrisch behindert. Im Ergebnis wird die Konfiguration von Lager und Querdurchgängen eingeschränkt. Der Bohrerweg für die Durchgänge 81 und 82 ist in 2 mit 95 bzw. 94 bezeichnet.
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Wie im Stand der Technik bekannt ist, sollte die rotierende Baugruppe 14, die die Welle 12, das Turbinenrad 10 und das Kompressorrad 20 umfasst, dynamisch ausgewuchtet sein, um die notwendige Drehzahl, oft mehr als 200.000 U/min, ohne Selbstzerstörung bei hohen Drehzahlen zu erreichen. Die rotierende Baugruppe 14 sollte als montierte Einheit ausgewuchtet sein, d. h. wobei Kompressorrad 20 und diverse Kleinteile an Turbinenrad 10 und Welle 12 montiert sind. Falls zum Beispiel das Kompressorrad 20 abgenommen und wieder angebracht wird, muss die rotierende Baugruppe 14 neu ausgewuchtet werden, da die Ausrichtung des Kompressorrads 20 zur Welle 12, das Anzugsmoment der Mutter am Kompressorrad etc. die Symmetrie der rotierenden Baugruppe 14 verändern können. Daher kann bei dem typischen einstückigen zylindrischen Lagergehäuse 60 dieses Auswuchten erst erfolgen, wenn die rotierende Baugruppe 14 am Lagergehäuse 60 montiert ist. Die Konstruktion der rotierenden Baugruppe 14 ist dadurch eingeschränkt, dass die Montage der Komponenten innerhalb des einstückigen Gehäuses 60 möglich sein muss. Diese schließt die Lager 49 und die Dichtungen 52 ebenso wie die Komponenten der rotierenden Baugruppe ein.
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Im Fall eines elektrisch unterstützten Turboladers umfasst die rotierende Baugruppe auch Motorkomponenten. Zum Beispiel ist der Rotor an der Welle befestigt. Weiterhin umgibt der Stator den Motor und muss in die Lagerbohrung eingeführt werden. Es sollte bedacht werden, dass die Montage all dieser Komponenten im Gehäuse ohne Sicht darauf stattfinden muss.
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Obwohl das traditionelle einstückige Lagergehäuse der Industrie gute Dienste geleistet hat, hat es Nachteile, wie weiter oben erläutert. Entsprechend besteht immer noch ein Bedarf für ein Lagergehäuse, das Flexibilität bei der Rotormontage und der Lagerkonstruktion erlaubt. Weiterhin besteht ein Bedarf für eine Lagergehäusekonstruktion, die das Herstellen, Auswuchten und Testen von komplexen Rotorbaugruppen für elektrisch unterstützte Turbolader erleichtert.
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KURZDARSTELLUNG
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In der vorliegenden Erfindung ist ein Lagergehäuse vorgesehen, das Flexibilität bei der Rotormontage und der Lagerkonstruktion erlaubt. Das offenbarte Lagergehäuse, der offenbarte Turbolader mit dem Lagergehäuse und die offenbarten Verfahren zum Herstellen und Benutzen derselben helfen bei der Vereinfachung des Herstellens, Auswuchtens und Testens der komplexeren Rotorbaugruppen für elektrisch unterstützte Turbolader ebenso wie für nicht unterstützte Rotorbaugruppen für Turbolader.
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In einer Ausführungsform umfasst der Turbolader eine rotierende Baugruppe mit einem Kompressorrad und einem Turbinenrad an entgegengesetzten Enden einer Welle. Ein Lagergehäuse trägt die rotierende Baugruppe und weist mindestens zwei Segmente auf. Jedes Segment hat eine Öffnung, die groß genug ist, um die rotierende Baugruppe radial aufzunehmen. Die Segmente des Lagergehäuses sind aneinander befestigt, und eine flexible Dichtung kann zwischen den Segmenten vorgesehen sein. Das Lagergehäuse kann zum Beispiel ein Rollelementlager oder ein Gleitlager aufnehmen.
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In bestimmten Aspekten der hier beschriebenen Technologie ist das Lagergehäuse axial in ein oberes Segment und ein unteres Segment aufgeteilt. Alternativ ist das Lagergehäuse axial in ein linkes Segment und ein rechtes Segment aufgeteilt. In anderen Aspekten der Technologie kann der Turbolader weiterhin einen Stator eines Elektromotors aufweisen, der in dem Lagergehäuse angeordnet ist. Das Lagergehäuse kann auch einen definierten Durchgang aufweisen, der sich um den Stator herum erstreckt und zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Turbolader eine rotierende Baugruppe mit einem auf einer Welle montierten Rotor und mit einem Kompressorrad und einem Turbinenrad auf, die an entgegengesetzten Enden der Welle angeordnet sind. Ein Lagergehäuse trägt die rotierende Baugruppe und weist obere und untere Segmente auf. Jedes Segment hat eine Öffnung, die groß genug ist, um die rotierende Baugruppe radial aufzunehmen. Ein Stator ist in dem Lagergehäuse und um den Rotor herum angeordnet.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Aufnehmen einer rotierenden Baugruppe eines Turboladers in Betracht gezogen. Das Verfahren umfasst: Vorsehen von mindestens zwei Segmenten des Lagergehäuses, welche zusammen ein Lagergehäuse mit einer Lagerbohrung und einer Einsatzstückbohrung bilden; Einarbeiten komplementärer gepaarter Flächen der Segmente; Einarbeiten von Merkmalen, die für die Ausrichtung und Befestigung der Segmente aneinander benötigt werden; Einarbeiten von Lagerbohrung und Einsatzstückbohrung; Einarbeiten von Ölzuführungen und Ölablässen in mindestens einem Segment, wobei mindestens eine Ölzuführungsbohrung von der radialen Innenfläche des entsprechenden Segments des Lagergehäuses aus gebohrt wird; Auswuchten einer rotierenden Baugruppe; Einbauen der rotierenden Baugruppe in mindestens eines der Segmente des Lagergehäuses; und Zusammenfügen der Segmente zum Aufnehmen der rotierenden Baugruppe.
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Die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses können durch getrenntes Gießen jedes Segments vorgesehen werden. Alternativ werden die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses durch Gießen eines einstückigen Lagergehäuses und darauf folgendes Aufschneiden oder Aufteilen des einstückigen Lagergehäuses in die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses vorgesehen. Die Segmente werden vor dem Schritt des Einarbeitens der Lagerbohrung und der Einsatzstückbohrung aneinander montiert.
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Diese und weitere Aspekte des Mehrsegment-Lagergehäuses werden unter Berücksichtigung der hier aufgeführten eingehenden Beschreibung und der Figuren deutlich. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass der Umfang der Erfindung durch die angefügten Ansprüche bestimmt wird und nicht dadurch, ob ein gegebener Gegenstand alle im Hintergrund der Erfindung erwähnten Sachverhalte anspricht oder irgendwelche in dieser Zusammenfassung aufgeführten Merkmale oder Aspekte enthält.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nicht einschränkende und nicht abschließende Ausführungsformen des Mehrsegment-Lagergehäuses einschließlich der bevorzugten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei in den diversen Ansichten gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche Teile beziehen, falls nicht anders angegeben.
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1 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die einen Turbolader mit einem konventionellen Lagergehäuse darstellt;
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2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt des in 1 gezeigten Lagergehäuses;
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3 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die einen Turbolader mit einem Mehrsegment-Lagergehäuse gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
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4 ist eine Explosionsdarstellung einer Seitenansicht im Querschnitt des in 3 gezeigten Lagergehäuses;
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5 stellt eine Endansicht des in 3 und 4 gezeigten Lagergehäuses dar;
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6 stellt eine Ansicht von unten des in 3–5 gezeigten oberen Segments des Lagergehäuses dar;
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7 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die einen Turbolader mit einem Mehrsegment-Lagergehäuse gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt;
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8 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die einen Turbolader mit einem Mehrsegment-Lagergehäuse gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
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9 stellt eine Draufsicht des in 8 gezeigten unteren Segments des Lagergehäuses dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsformen näher beschrieben, welche einen Teil dieser Beschreibung bilden und spezifische beispielhafte Ausführungsformen illustrieren. Diese Ausführungsformen werden in ausreichenden Einzelheiten offenbart, so dass der Fachmann in der Lage ist, die Technologie der Anwendung auszuführen. Jedoch können die Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen realisiert werden und sollten nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden. Die folgende eingehende Beschreibung ist daher nicht in einschränkender Weise anzusehen.
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Wie in 3–6 gezeigt, ist das Lagergehäuse 160 axial entlang der Mittelachse 101 des Turboladers 102 in ein Paar von Segmenten aufgeteilt. In diesem Fall nimmt das obere Segment 189 des Lagergehäuses alle Druckelemente des Ölsystems auf. Die Ölbohrung 181 für die Ölzuführung des Gleitlagers am Turbinenende kann nahezu senkrecht zur Achse 101 gebohrt werden, ebenso wie die Ölbohrung 182 für die Ölzuführung des Gleitlagers am Kompressorende. Eine Verbindungsbohrung 180 ist von der Diffusorfläche 184 des Kompressors aus gebohrt und dann mit einem Spreizstopfen 185 abgedichtet. Diese Verbindungsbohrung ist so gebohrt, dass sie den Öleinlass 162 durchkreuzt und als Leitung zum Verbinden der Ölzuführungsbohrungen (181, 182) des Lagers mit dem Öleinlass 162 verwendet wird. Eine kurze Ölbohrung 183 ist von der Drucklagerfläche 185 aus gebohrt, um die Gleitlagerzuführungsbohrung 182 am Kompressorende zu durchkreuzen und das Drucklager (nach der Montage) mit dem Öleinlass 162 zu verbinden. Dies beseitigt die geometrischen Einschränkungen der Ölzuführungsbohrung 183 des Drucklagers, die die Ölzuführungsbohrungen (181, 182) des Gleitlagers versorgt. Somit wird ein kleinerer Durchmesser des Drucklagers 150 erlaubt, und es ergibt sich auch ein kleinerer Durchmesser des Einsatzstücks 152, da die Einsatzstückbohrung 179 (siehe 4) nicht mehr für die Ausrichtung der Bohrungsachse des Gleitlagers für die Ölzuführung am Kompressorende sorgen muss.
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Je senkrechter (d. h. näher an 90°) die Ölbohrungen (181, 182) bezüglich der Mittelachse 101 gebohrt werden, desto weniger kompliziert ist der Bohrvorgang. Ein freier Zugang zum Gleitlager liefert mehr Freiheit für die Positionierung der Bohrungen und somit für die Positionierung des Gleitlagers. In dieser Ausführungsform sind die Größe des Drucklagers und die Position des Gleitlagers ähnlich zu denen eines konventionellen Turboladers. Jedoch könnte das Drucklager im Durchmesser kleiner gestaltet werden, um einen Vorteil aus der Freiheit der Positionierung und der Achse der Ölbohrung 183 des Drucklagers durch die zweiteilige Konstruktion des Lagergehäuses zu ziehen.
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In dieser Ausführungsform ist ein Hohlraum 141 in dem oberen und unteren Segment (189, 190) des Lagergehäuses für den Elektromotor 140 vorgesehen. Der Motor weist einen an der Welle 112 befestigten Rotor 147 und einen im Hohlraum 141 angeordneten Stator 148 auf. In diesem Fall weisen die Segmente obere und untere Hälften auf; jedoch könnten die Hälften auch linke und rechte sein. Weiterhin können die Segmente auch in unterschiedliche Teile aufgeteilt sein. Zum Beispiel könnten die Segmente in 1/4- und 3/4- oder 1/3- und 2/3-Segmente aufgeteilt sein. Neben weiteren geeigneten Verfahren wird in Betracht gezogen, dass der Hohlraum 141 durch ein im Stand der Technik bekanntes Funkenerosionsverfahren (EDM) gebildet werden kann. Insbesondere kann der Hohlraum 141 durch ein EDM-Verfahren mit einem Graphit-Rohling gebildet werden.
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Wie in 4 gezeigt, wirkt das untere Segment 190 des Lagergehäuses passend mit dem oberen Segment 189 zusammen und vervollständigt das Lagergehäuse 160. Ölablässe sind im unteren Segment des Lagergehäuses vorgesehen. Eine Innenschale 199 ist vorgesehen, um Öl auf der Außenseite des Elektromotors 140 temporär in einem definierten Durchgang zu halten, wie z. B. dem Ringraum 143, der sich um den Stator 148 herum erstreckt. Der Zweck dieser Schale ist es, Kühlöl in Kontakt mit dem Stator 148 zu halten. Der Ablass 145 für dieses Kühlöl kann eine Bohrung in der Schale 199 sein, welche erlaubt, dass Öl vom durch den Stator 148 des Elektromotors 140 gebildeten Ringraum und die Lagerschale 199 (siehe 3) zu dem Haupt-Ölablass 187 des Lagergehäuses fließt, welcher mit dem Kurbelwellengehäuse des Motors verbunden ist. Mehrere Ölablassbohrungen 146 erlauben den Austritt von Öl, welches aus dem Ölbehältersystem des Elektromotors oder aus den Wellendichtmanschetten 186 entweicht. Mehrere Ablassbohrungen 188 nahe der Verbindungsstelle der Elektromotorschale 199 und der unteren Gleitlagerhalterung sind vorgesehen, damit Öl aus den Gleitlagern 149 entweichen kann.
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Das obere und das untere Segment (189, 190) des Lagergehäuses werden während des Montagevorgangs aneinander befestigt. Die Segmente können durch irgendwelche mechanische oder chemische Mittel wie z. B. Haltebolzen, Niete, Verstemmen, Schweißen, Kleben aneinander befestigt werden. Wie in 5 gezeigt, verbinden mehrere Bolzen 193 das obere Segment 189 mit dem unteren Segment 190. Diese Bolzen können in Gewindebohrungen befestigt werden oder durch glatte Bohrungen gesteckt und in Muttern eingedreht werden. Die durch diese Haltebolzen gelieferte Klemmkraft drückt eine Dichtung zusammen und liefert eine Öl- und Gasabdichtung zwischen dem Innenseite und der Außenseite des Lagergehäuses. Die Dichtung kann ein imprägniertes Graphit-Dichtmittel sein, wie z. B. eine flexible Grafoildichtung, aber es kann auch eine geprägte Flachdichtung sein. Die Dichtung ist in den Figuren nicht ausdrücklich gezeigt, jedoch sind hier Dichtungen allgemein zu verstehen. Alternativ oder zusätzlich zu einer Dichtung können Dichtverbindungen auf den Dichtflächen aufgebracht werden. Eine Nut 198 ist in dem unteren Segment 190 für den erhabenen Teil der Dichtung vorgesehen. Wie in 5 gezeigt, befindet sich die Nut 198 für die Dichtung in dem unteren Segment 190, jedoch kann die Nut 198 sich auch in dem oberen Segment 189 (oder beiden) befinden, ohne dass sich die Funktion ändern würde.
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Die obere und die untere Hälfte des Lagergehäuses können getrennt gegossen werden, und dann werden die Paarungsflächen und die Funktionsflächen auf die notwendigen Toleranzen bearbeitet, und die notwendigen Bohrungen werden eingebracht. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren für das Bearbeiten der dargestellten Ausführungsform des Lagergehäuses: Einarbeiten der komplementären Mittenflächen (196, 197) des oberen Segments bzw. des unteren Segments des Gussteils des Lagergehäuses; Einarbeiten von Montage- und Ausrichtungsbohrungen; Bohren von Ölzuführungsbohrungen und Ölablässen; Einarbeiten des EDM-Hohlraums 141; Zusammenfügen der Segmente; und Fertigbearbeiten der diametralen Merkmale, wie z. B. Lagerbohrung, Einsatzstückbohrung, Keilriemenflansche (155, 157) (oder der Bolzen- und Klemmteile, falls die Verbindungen des Lagergehäuses mit dem Endgehäuse Bolzen und Klemmplatten sind). Alternativ kann das Gehäuse als ein Teil gegossen und dann in Segmente aufgeschnitten oder aufgeteilt werden. Im Fall eines einzigen, später aufgeteilten Gehäuses kann das Gussteil mit einem im Stand der Technik bekannten Drahterodierverfahren aufgeschnitten werden.
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In dieser Ausführungsform kann die rotierende Baugruppe 114 außerhalb des Lagergehäuses mit voller Sicht auf alle Komponenten montiert werden. Weiterhin kann die rotierende Baugruppe in einer Vorrichtung ausgewuchtet und getestet werden, so dass kein weiteres Auswuchten oder Testen nach der Montage im Lagergehäuse notwendig ist. Die Vorrichtung kann für jeden Turbolader der gleichen Familie verwendet werden (d. h. unter Verwendung der gleichen Rotorbaugruppe), anstatt für jede Konstruktion des Lagergehäuses ein spezifisches Auswuchtwerkzeug bereitstellen zu müssen. Mit einer Vorrichtung, in welcher der vormontierte Rotor ausgewuchtet werden kann, ohne die Erfordernis einer Demontage und Neumontage in einem Lagergehäuse, gefolgt vom Auswuchten nach der Montage, wird die Möglichkeit eröffnet, Auswuchtmaterial von der Rückseite der Räder zu entfernen, falls das Auswuchten die Entfernung dieses Materials erfordert. Wenn die rotierende Baugruppe 114 montiert, ausgewuchtet und getestet worden ist, kann sie zum Beispiel in die Öffnung 175 des unteren Segments 189 (siehe 6) eingebaut werden.
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7 zeigt ein Lagergehäuse gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Das Lagergehäuse 260 weist obere 289 und untere 290 Segmente auf, wie in der ersten Ausführungsform. Die Lagerkonstruktion ist ähnlich zu der eines typischen Turboladers, aber die Ölzuführungsbohrung 283 des Drucklagers wird zur hauptsächlichen nicht vertikalen Ölzuführungsbohrung, und sie wird von den Gleitlagerbohrungen (281, 282) und der Verlängerung des Öleinlasses 262 gekreuzt. Wie weiter oben erläutert, beseitigt die Option des Bohrens der Gleitlagerbohrungen 281, 282 vom ”Inneren” des Lagergehäuses aus die Einschränkungen, die dadurch bewirkt werden, dass die Ölzuführungen des Gleitlagers von den Enden des konventionellen einstückigen Lagergehäuses aus gebohrt werden müssen, so dass das Öl näher zur Welle zugeführt werden kann, wodurch Drucklager und Einsatzstück viel kleiner (im Durchmesser) sein können als bei einem typischen einstückigen Lagergehäuse. Wie in 7 gezeigt, sind sowohl der Luftkorridor 264 am Turbinenende als auch der Luftkorridor 230 am Kompressorende viel größer als bei einem einstückigen Lagergehäuse möglich, da die Kerne stabiler gehalten werden können. Dadurch kann ein Lagergehäuse aus Gusseisen mit weniger Masse und mit größeren Luftspalten produziert werden, um den Wärmeleitungsfluss von Turbinengehäuse zum Bereich von Lager und Kompressor zu minimieren. Eine wichtige Verbesserung der Effizienz der Herstellung der zweiten Ausführungsform ist, dass die rotierende Baugruppe mit voller Sicht auf alle Komponenten (welche nicht mehr in einem einstückigen Lagergehäuse versteckt sind) montiert werden kann, und dass die rotierende Baugruppe in einer Vorrichtung ausgewuchtet werden kann, welche für jeden Turbolader derselben Familie verwendet werden kann, anstatt dass für jede Lagergehäusekonstruktion ein spezielles Auswuchtwerkzeug bereitgestellt werden muss. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, Auswuchtmaterial von der Rückseite der Räder zu entfernen, falls das Auswuchten erfordern sollte, dass dort Material zu entfernen ist.
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In einer dritten Ausführungsform, wie in 8 und 9 gezeigt, wird ein Rollelementlager 325 (REL) zum Tragen und Steuern der rotierenden Baugruppe 314 verwendet. Wie bei der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Wärmeleitung vom Turbinengehäuse zum Lagergehäuse 360 zu reduzieren. Dies ist deshalb möglich, da die Luftkorridorkerne (364, 330) viel größer sein können und stabiler positioniert werden können. Die Ölzuführungsbohrungen (381, 382) können leichter gebohrt werden, ohne dass eine horizontale Verbindungsbohrung benötigt wird. Es sollte angemerkt werden, dass die Axial- und Rotations-Beschränkungen des REL in die Segmente des Lagergehäuses eingearbeitet werden können und nicht als zusätzliche Teile vorgesehen werden müssen. Die Rotations-Beschränkung kann dadurch leicht realisiert werden, dass die Außenform der REL-Kassette ein nicht rotationssymmetrisches Merkmal aufweist, wie z. B. ein geometrisches Merkmal (zum Beispiel ein in die Außenfläche des Laufrings des REL eingearbeitetes ”Flachstück”), welches zu einem komplementären Merkmal im Lagergehäuse passt. In diesem Fall hat die Außenfläche des Laufrings des REL ein in eines der axialen Enden eingearbeitetes Flachstück. Das Lagergehäuse ist mit einer Vertiefung mit einem Anschlag (331 oder 332) am Ende versehen, der komplementär zu dem nicht rotationssymmetrischen Merkmal in der Außenfläche des Laufrings des REL ist (siehe 9). Wenn die rotierende Baugruppe am Segment des Lagergehäuses mit dem nicht rotationssymmetrischen Merkmal angebracht wird, kommen die beiden nicht rotationssymmetrischen Merkmale in Wirkverbindung, und das REL kann zwar in seinem Ölfilm schweben, wird aber an einer Rotation gehindert.
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Die Axial-Beschränkung wird auf eine ähnliche Weise realisiert. Die axialen Enden der Außenfläche des Laufrings oder des REL sind axial durch Anschläge (331, 332) in dem oberen und/oder unteren Hohlraum des Lagergehäuses beschränkt. Für sowohl die Axial- wie auch die Rotations-Beschränkung der dritten Ausführungsform der Erfindung werden keine zusätzlichen Komponenten benötigt, um die Axial- und Rotations-Beschränkung zu realisieren. Ein Schleuderring 326 ist vorgesehen, um Ölfluss von den Lagern zum Kompressorrad zu verhindern. Ein Hohlraum für den Schleuderring weist einen Ölablass 327 in dem unteren Segment auf, um das von dem Schleuderring weggeschleuderte Öl abzulassen.
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Verfahren bezüglich des oben beschriebenen Mehrsegment-Lagergehäuses und des Turboladers werden ebenfalls in Betracht gezogen. Die Verfahren umfassen somit die zu den oben beschriebenen Strukturen und deren Betrieb gehörenden Schritte. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren umfassen: Vorsehen von mindestens zwei Segmenten des Lagergehäuses, welche zusammen ein Lagergehäuse mit einer Lagerbohrung und einer Einsatzstückbohrung bilden; Einarbeiten von komplementären gepaarten Flächen der Segmente; Einarbeiten von Merkmalen, die für die Ausrichtung und Befestigung der Segmente aneinander benötigt werden; Einarbeiten von Lagerbohrung und Einsatzstückbohrung; Einarbeiten von Ölzuführungen und Ölablässen in mindestens einem Segment, wobei mindestens eine Ölzuführungsbohrung von der radialen Innenfläche des entsprechenden Segments des Lagergehäuses aus gebohrt wird; Auswuchten einer rotierenden Baugruppe; Einbauen der rotierenden Baugruppe in mindestens eines der Segmente des Lagergehäuses; und Zusammenfügen der Segmente zum Aufnehmen der rotierenden Baugruppe.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren umfassen: Komponentenauswuchten des Kompressors; Komponentenauswuchten der Turbine; Montieren des Rotors, Lagers, und der Manschetten an der Turbine; Auswuchten der Baugruppe Rotor, Lager, Manschetten und Turbine; Einbauen der Baugruppe in mindestens ein Segment des Lagergehäuses; und Zusammenfügen der Segmente zum Aufnehmen der Baugruppe; Montieren des Kompressorrads an der Welle; und Hochgeschwindigkeits-Auswuchten des Turboladers.
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Die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses können durch getrenntes Gießen jedes Segments vorgesehen werden. Alternativ können die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses durch Gießen eines einstückigen Lagergehäuses und anschließendes Aufschneiden oder Aufteilen des einstückigen Lagergehäuses in die mindestens zwei Segmente des Lagergehäuses vorgesehen werden. Die Segmente werden vor dem Schritt des Einarbeitens der Lagerbohrung und der Einsatzstückbohrung aneinander montiert.
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Somit sind das Mehrsegment-Lagergehäuse, der dieses enthaltende Turbolader und die Verfahren dazu mit einem gewissen Grad an Genauigkeit für die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung durch die folgenden, im Hinblick auf den Stand der Technik auszulegenden Ansprüche definiert wird, so dass Modifikationen oder Änderungen an den beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den hierin enthaltenen Erfindungskonzepten abzuweichen.
