-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Gaslagervorrichtung und einen Turbolader.
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Februar 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung
2020-030469 , deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die Patentdruckschrift 1 offenbart eine Gaslagervorrichtung, die aufweist: eine ringförmige Deckfolie, in welcher eine rotierbare zylindrische Rotationswelle eingesetzt ist und deren innere Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche der Rotationswelle beabstandet ist, ein Dämpfungsmittel, welches an einer Außenperipherie der Deckfolie angeordnet und dazu vorgesehen ist, Schwingungen in einer eine Achse der rotierenden Rotationswelle schneidenden Richtung zu dämpfen, sowie ein an einer Außenperipherie des Dämpfungsmittels angeordnetes ringförmiges Gehäuse.
-
Liste der zitierten Dokumente
-
Patentliteratur
-
Patentdruckschrift 1:
JP2020-122555A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
-
Technisches Problem
-
Wenn allerdings in der in der Patentdruckschrift 1 offenbarten Gaslagervorrichtung das Dämpfungsmittel (die Rückfederung) eine hohe Steifheit aufweist, wird zwischen der Rotationswelle und der Deckfolie während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle kein Gaskissen ausgebildet, was zur Erhöhung eines mechanischen Verlustes führen kann. Wenn andererseits das Dämpfungsmittel (die Rückfederung) eine geringe Steifheit aufweist, ist eine rotierbare Lagerung der Rotationswelle während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle nicht möglich.
-
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme erstellt und die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen Turbolader und eine Gaslagervorrichtung bereitzustellen, die imstande sind, während einer Hochgeschwindigkeitsrotation das Gaskissen zwischen der Rotationswelle und der Deckfolie zuverlässig auszubilden und die Rotationswelle während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle zuverlässig zu lagern.
-
Lösung des Problems
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist die Gaslagervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gaslagervorrichtung zur rotierbaren Lagerung einer Rotationswelle unter Verwendung eines Gases als Arbeitsfluid, welche aufweist:
- - ein von der Rotationswelle durchdrungenes Gehäuse,
- - eine ringförmige Deckfolie, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine Außenperipherie der Rotationswelle umgibt,
- - eine zwischen der Deckfolie und dem Gehäuse angeordnete Rückfederung mit einer Vielzahl von Wellenbergen, die mit der Deckfolie in Kontakt sind, und mit einer Vielzahl von Wellentälern, die mit dem Gehäuse in Verbindung sind,
- - sowie ein Paar von Sprengringen, die dort, wo die Rotationswelle das Gehäuse durchdringt, in Wellenlöcher eingepasst sind und die dazu vorgesehen sind, eine Bewegung der Rückfederung in Axialrichtung der Rotationswelle zu begrenzen. Eine Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings von dem Paar von Sprengringen weist selbstschmierende Eigenschaften auf.
-
Vorteilhafte Wirkungen
-
Bei der Gaslagervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung muss während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle aufgrund der selbstschmierenden Eigenschaften der Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings von dem Paar von Sprengringen die Last der Rotationswelle nicht allein von der Rückfederung aufgenommen werden und eine Lagerungssteifheit der Rückfederung kann verringert werden. Dadurch kann während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle das Gaskissen zwischen der Rotationswelle und der Deckfolie verlässlich ausgebildet werden. Aufgrund der Verringerung der Lagerungssteifheit der Rückfederung lagert das Paar von Sprengringen die Rotationswelle während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle, und aufgrund der selbstschmierenden Eigenschaften der Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings von dem Paar von Sprengringen ist eine zuverlässige rotierbare Lagerung der Rotationswelle durch das Paar von Sprengringen möglich.
-
KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
-
1 ist eine Längsschnittansicht und zeigt schematisch den Aufbau eines Turboladers, in dem eine Gaslagervorrichtung eingebaut ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine Längsschnittansicht und zeigt schematisch den Aufbau der Gaslagervorrichtung aus 1.
- 3 ist eine Querschnittsansicht und zeigt schematisch den Aufbau der Gaslagervorrichtung aus 2.
- 4-1 ist eine Vorderansicht eines in 2 gezeigten Sprengrings.
- 4-2 ist eine Querschnittsansicht (Querschnittsansicht entlang der Linie A-A) des Sprengrings aus 4-1.
- 5-1 ist eine Ansicht (Querschnittsansicht) und zeigt konzeptionell einen Bezug zwischen den Sprengringen und einer Rückfederung, wobei die Ansicht einen Zustand vor der Montage einer Rotationswelle zeigt.
- 5-2 ist eine Ansicht (Querschnittsansicht) und zeigt konzeptionell den Bezug zwischen den Sprengringen und der Rückfederung, wobei die Ansicht einen Zustand während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle zeigt.
- 5-3 ist eine Ansicht (Querschnittsansicht) und zeigt konzeptionell den Bezug zwischen den Sprengringen und der Rückfederung, wobei die Ansicht einen Zustand während einer Mittelgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle zeigt.
- 6 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Lagerungssteifheit der Rückfederung.
- 7-1 ist eine Ansicht, die konzeptionell ein Beispiel zeigt, bei dem die zwischen einer Deckfolie und einem Gehäuse angeordnete Rückfederung aus einem Bimetall ausgebildet ist, wobei die Ansicht einen Zustand bei niedriger Temperatur zeigt.
- 7-2 ist eine Ansicht, die konzeptionell ein Beispiel zeigt, bei dem die zwischen der Deckfolie und dem Gehäuse angeordnete Rückfederung aus einem Bimetall ausgebildet ist, wobei die Ansicht einen Zustand bei hoher Temperatur zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen eine Gaslagervorrichtung und ein Turbolader gemäß Ausgestaltungen beschrieben. Jedoch sollen Dimensionierung, Materialien, Formen, relative Anordnungen und dergleichen von in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen oder in den Zeichnungen dargestellten Komponenten, wenn nicht ausdrücklich anders eingeordnet, als lediglich beispielhaft zu verstehen und sie sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
-
1 ist eine Längsschnittansicht und zeigt schematisch den Aufbau eines Turboladers 1, in dem eine Gaslagervorrichtung 10 eingebaut ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
Der Turbolader 1 mit der eingebauten Gaslagervorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise an einem Kraftfahrzeugmotor montiert. Der Turbolader 1 weist eine Turbine 3 auf, die mit einer Strömung eines Abgases rotiert, sowie einen Verdichter 5, der mit der Rotation der Turbine 3 Luft aufnimmt und komprimiert. Die Turbine 3 weist ein Turbinengehäuse 31 sowie ein rotierbar in dem Turbinengehäuse 31 aufgenommenes Turbinenrotorblatt 33 (Turbinenimpeller) auf und der Verdichter 5 weist ein Verdichtergehäuse 51 sowie einen in dem Verdichtergehäuse 51 rotierbar aufgenommenen Impeller 53 (Verdichterimpeller) auf.
-
Das Turbinengehäuse 31 und das Verdichtergehäuse 51 sind jeweils mittels eines Befestigungsmittels (beispielsweise eines Bolzens) an einem Lagergehäuse 71 fixiert, in dem die Gaslagervorrichtung 10 eingebaut ist, und das Turbinenrotorblatt 33 sowie der Impeller 53 sind über eine Rotationswelle 91, die das Innere des Lagergehäuses 71 (Gaslagervorrichtung 10) durchdringt, miteinander gekoppelt. Somit sind das Turbinenrotorblatt 33, der Impeller 53 und die Rotationswelle 91 alle auf der gleichen Achse AXL angeordnet. Das Turbinenrotorblatt 33 wird beispielsweise mittels eines von dem Kraftfahrzeugmotor abgegebenen Abgases rotiert, wodurch der Impeller 53 über die Rotationswelle 91 rotiert wird und dem Kraftfahrzeugmotor zuzuführende Versorgungsluft komprimiert wird.
-
Das Turbinengehäuse 31 weist einen zylindrischen Abschnitt 31a (Umhüllungsabschnitt) zur Aufnahme des Turbinenrotorblatts 33 auf, sowie einen Schneckenabschnitt 31b, der an einer Seite des Lagergehäuses 71 einen Teil des zylindrischen Abschnitts 31a umgibt. Der Schneckenabschnitt 31b weist einen (nicht dargestellten) Abgaseinlass auf und steht über einen Halsabschnitt 31c mit dem zylindrischen Abschnitt 31a in Verbindung. Eine Öffnung des zylindrischen Abschnitts 31a an einer gegenüberliegenden Seite des Lagergehäuses 71 bildet einen Abgasauslass 31d aus.
-
An einer Öffnung des Turbinengehäuses 31 ist auf der Seite des Lagergehäuses 71 eine Endwand 75 (turbinenseitige Endwand) des Lagergehäuses 71 passend montiert. Die Endwand 75 des Lagergehäuses 71 ist mittels eines Befestigungsmittels (z. B. eines Befestigungsbolzens) an einem zylinderartig ausgebildeten Endbereich einer Außenwand 73 (Lagergehäusekörper) befestigt und bildet einen Teil (Endwand 75) des Lagergehäuses 71. Die Endwand 75 weist einen Dichtbereich 751 auf, wobei der Dichtbereich 751 mit einem eine Mitte der Endwand 75 durchdringenden Dichtloch ausgebildet ist und die Rotationswelle 91 in dem Dichtbereich 751 angeordnet ist.
-
Beispielsweise weist das Verdichtergehäuse 51 einen zylindrischen Abschnitt 51a (Umhüllungsabschnitt) zur Aufnahme des Impellers 53 auf, sowie einen Schneckenabschnitt 51b, der an einer Seite des Lagergehäuses 71 einen Teil des zylindrischen Abschnitts 51a umgibt. Der Schneckenabschnitt 51b weist einen (nicht dargestellten) Versorgungsluftauslass auf und steht über einen Diffusorabschnitt 51c mit dem zylindrischen Abschnitt 51a in Verbindung. Eine Öffnung des zylindrischen Abschnitts 51a auf einer dem Lagergehäuse 71 gegenüberliegenden Seite bildet einen Versorgungslufteinlass 51d aus.
-
An einer Öffnung des Verdichtergehäuses 51 ist auf der Seite des Lagergehäuses 71 eine Endwand 77 (verdichterseitige Endwand) des Lagergehäuses 71 passend montiert. Die Endwand 77 des Lagergehäuses 71 ist mittels eines Befestigungsmittels (z. B. eines Bolzens) an einem weiteren Endbereich der Außenwand 73 (Lagergehäusekörper) befestigt und bildet einen Teil (Endwand 77) des Lagergehäuses 71. Ein ringförmiger Dichtbereich 771 ist in der Endwand 77 angebracht. Der Dichtbereich 771 ist mit einem eine Mitte durchdringenden Dichtloch ausgebildet und die Rotationswelle 91 ist in dem Dichtbereich 771 angeordnet.
-
Innerhalb des Lagergehäuses 71 sind Lagerbereiche 76, 78 in der turbinenseitigen Endwand 75 beziehungsweise in der verdichterseitigen Endwand 77 angeordnet, wobei die Lagerbereiche 76, 78 jeweils mit Lagerausnehmungen 761, 781 ausgebildet sind. Die Gaslagervorrichtungen 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jeweils als Radiallager in den Lagerausnehmungen 761, 781 angeordnet und die Rotationswelle 91 ist in den Lagerausnehmungen 761, 781 der Lagerbereiche 76, 78 angeordnet, wobei sie die
-
Lagervorrichtungen 10 jeweils durchdringt.
-
Die Rotationswelle 91 weist ein Paar von Wellenabschnitten 91a, 91b, einen mittleren Abschnitt 91c, einen Turbinenrotorblattanbindungsabschnitt 91d und einen Verdichterimpelleranbindungsabschnitt 91 e auf. Das Paar von Wellenabschnitten 91a, 91b sind in Wellenlöchern der Lagerbereiche 76, 78 angeordnete Abschnitte, wobei die Wellenabschnitte 91a, 91b jeweils die Gaslagervorrichtungen 10 durchdringen und sich jeweils in die Dichtbereiche 751, 771 erstrecken. Der mittlere Abschnitt 91c ist ein zwischen dem Paar von Wellenabschnitten 91a, 91b angeordneter Abschnitt; er weist einen größeren Durchmesser auf als das Paar von Wellenabschnitten 91a, 91b und ist an einer jeweiligen Grenze zu dem Paar von Wellenabschnitten 91a, 91b mit einer Stufe versehen. Der Turbinenrotorblattanbindungsbereich 91d ist ein in einem Endbereich auf der Seite der Turbine 3 angeordneter Abschnitt; er weist einen kleineren Durchmesser auf als der Wellenabschnitt 91a und ist mit einer Stufe zwischen ihm selbst und dem Wellenabschnitt 91a versehen. Der Verdichterimpelleranbindungsbereich 91e ist ein in einem Endbereich auf der Seite des Verdichters 5 angeordneter Abschnitt; wie der Turbinenrotorblattanbindungsbereich 91d hat der Verdichterimpelleranbindungsbereich 91e entsprechend einen kleineren Durchmesser als der Wellenabschnitt 91b und ist mit einer Stufe zwischen ihm selbst und dem Wellenabschnitt 91b versehen.
-
Das Turbinenrotorblatt 33 weist eine Nabe 33a und eine Vielzahl von Schaufeln 33b auf. Die Nabe 33a hat eine relativ zu der Achse AXL rotationssymmetrische Form. In einer Richtung entlang der Achse AXL befindet sich eine Endseite der Nabe 33a auf einer Seite des Abgasauslasses und eine weitere Endseite der Nabe 33a befindet sich auf der Seite des Lagergehäuses 71. Eine Außenperipheriefläche der Nabe 33a hat eine Trompetenform, welche sich von der einen Endseite in Richtung der anderen Endseite verbreitert, und die Nabe 33a weist an der anderen Endseite eine rückseitige Fläche auf, die dem Lagergehäuse 71 zugewandt ist.
-
Die Nabe 33a weist ein Anbindungsloch 33a1 auf, welches die Nabe 33a entlang der Achse AXL durchdringt, wobei das Anbindungsloch 33a1 an beiden Enden der Nabe 33a Öffnungen aufweist. Die Vielzahl von Schaufeln 33b ist einstückig mit der Außenperipheriefläche der Nabe 33a verbunden und ist in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung der Nabe 33a angeordnet.
-
Der Impeller 53 weist eine Nabe 53a und eine Vielzahl von Schaufeln 53b auf. Die Nabe 53a hat eine relativ zu der Achse AXL rotationssymmetrische Form. In einer Richtung entlang der Achse AXL befindet sich eine Endseite der Nabe 53a auf einer Seite des Versorgungslufteinlasses 51d und eine weitere Endseite der Nabe 53a befindet sich auf der Seite des Lagergehäuses 71. Eine Außenperipheriefläche der Nabe 53a hat eine Trompetenform, welche sich von der einen Endseite in Richtung der anderen Endseite verbreitert, und die Nabe 53a weist an der anderen Endseite eine rückseitige Fläche auf, die dem Lagergehäuse 71 zugewandt ist (Endwand 75).
-
Die Nabe 53a weist ein Anbindungsloch 53a1 auf, welches die Nabe 53a entlang der Achse AXL durchdringt, und das Anbindungsloch 53a1 weist an beiden Enden der Nabe 53a Öffnungen auf. Die Vielzahl von Schaufeln 53b ist einstückig mit der Außenperipheriefläche der Nabe 53a verbunden und ist in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung der Nabe 53a angeordnet.
-
2 ist eine Längsschnittansicht, die schematisch den Aufbau der in 1 gezeigten Gaslagervorrichtung 10 zeigt, und 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch den Aufbau der in 2 gezeigten Gaslagervorrichtung 10 zeigt. 4-1 ist eine Vorderansicht eines in 2 gezeigten Sprengrings 17, 19 und 4-2 ist eine Querschnittsansicht (Querschnittsansicht entlang der Linie A-A) des in 4-1 gezeigten Sprengrings 17, 19.
-
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die Gaslagervorrichtung 10 eine Lagervorrichtung zur rotierbaren Lagerung einer Rotationswelle 9, wobei ein Gas als Arbeitsfluid verwendet wird, und weist ein Gehäuse 11, eine Deckfolie 13, eine Rückfederung 15 und ein Paar von Sprengringen 17, 19 auf.
-
Die Rotationswelle 9 durchdringt das Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 ist beispielsweise durch den oben beschriebenen Lagerbereich 76 (78) ausgebildet und die Rotationswelle 9 ist durch die oben beschriebene Rotationswelle 91 gebildet.
-
Die Deckfolie 13 ist innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet und weist eine ringförmige Form auf, in der sie eine Außenperipherie der Rotationswelle 9 umgibt.
-
Die Rückfederung 15 ist zwischen der Deckfolie 13 und dem Gehäuse 11 (Wellenloch) angeordnet und weist eine Vielzahl von die Deckfolie kontaktierenden Wellenbergen 15a sowie eine Vielzahl von das Gehäuse 11 kontaktierenden Wellentälern 15b auf.
-
Das Paar von Sprengringen 17, 19 ist in Wellenlöcher eingepasst, wo die Rotationswelle 9 das Gehäuse 11 durchdringt, und ist dazu vorgesehen, eine Bewegung der Rückfederung 15 in Axialrichtung der Rotationswelle 9 zu begrenzen. Das Paar von Sprengringen 17, 19 ist als Sprengring für ein Loch ausgebildet und es ist in einer Ringnut (einer umlaufenden Nut) eingepasst, die in dem Wellenloch, wo die Rotationswelle 9 das Gehäuse 11 durchdringt, angeordnet ist; das Paar von Sprengringen 17, 19 ist mittels einer elastischen Rückstellkraft des Sprengrings 17, 19 fixiert. Wie in 4 gezeigt, weist das Paar von Sprengringen 17, 19 eine teilweise eingekerbte Ringform auf, es ist so ausgebildet, dass ein Außenumfang und ein Innenumfang konzentrisch angeordnet sind, und es weist in beiden Endbereichen der Kerbe Löcher 17a, 19a für ein Werkzeug auf. Eine Innenumfangsfläche 17b, 19b eines jeweiligen Sprengrings 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 weist selbstschmierende Eigenschaften auf und ist beispielsweise als glatte Fläche ausgebildet.
-
5 ist eine Ansicht (Querschnittsansicht), die konzeptionell einen Bezug zwischen den Sprengringen 17, 19 und der Rückfederung 15 zeigt, 5-1 ist eine Ansicht, die einen Zustand vor der Montage der Rotationswelle 9 zeigt, 5-2 ist eine Ansicht, die einen Zustand während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 zeigt, und 5-3 ist eine Ansicht, die einen Zustand während einer Mittelgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 zeigt. Ferner ist 6 eine Ansicht zur Beschreibung einer Lagerungssteifheit der Rückfederung 15. Zwar wurde die Deckfolie 13 in 5 weggelassen, jedoch ist die Deckfolie 13 ein wesentliches Bauteil und das Weglassen bedeutet nicht, dass die Deckfolie 13 kein wesentliches Bauteil sei.
-
Wenn, wie oben beschrieben, die Innenumfangsfläche von jedem Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 selbstschmierende Eigenschaften aufweist, dann wird, wie in 5-2 gezeigt, eine Last der Rotationswelle 15 nicht notwendigerweise nur durch die Rückfederung 15 aufgenommen und die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 kann verringert werden. Wie in 6 gezeigt, kann die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 einer Verformung der Rückfederung 15 widerstehen und stellt eine durch die Rotationswelle 9 aus der Rückfederung 15 erhaltene Reaktionskraft (R) dar.
-
Wenn bei der Gaslagervorrichtung 10 die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 verringert ist, so weist in einem Zustand vor der Montage der Rotationswelle 9, wie in 5-1 gezeigt, die Höhe des Wellenbergs 15a der Rückfederung 15 eine Gleichgewichtslänge auf und die Höhe des Wellenbergs 15a der Rückfederung 15 liegt innerhalb von Innenperipherien der Sprengringe 17, 19. In einem montierten Zustand der Rotationswelle 9 wird, wie in 5-2 gezeigt, die Rotationswelle 9 durch die Rückfederung 15 und die Sprengringe 17, 19 gelagert und die Höhe des Wellenbergs 15a der Rückfederung 15 liegt auf der gleichen Höhe wie die Innenperipherien der Sprengringe 17, 19. Sogar in einem Zustand während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 liegt die Höhe des Wellenbergs 15a der Rückfederung 15 auf der gleichen Höhe wie die Innenperipherien der Sprengringe 17, 19 und die Rotationswelle 9 ist durch die Rückfederung 15 und die Sprengringe 17, 19 gelagert. In einem Zustand während einer Mittelgeschwindigkeitsrotation hebt die Rotationswelle 9, wie in 5-3 gezeigt, von den Innenperipherien der Sprengringe 17, 19 ab und die Rotationswelle 9 ist durch die Rückfederung 15 gelagert. Nun liegt die Höhe des Wellenbergs 15a innerhalb der Innenperipherien der Sprengringe 17, 19.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 das Gaskissen zwischen der Rotationswelle 9 und der Deckfolie 13 verlässlich ausgebildet werden. Außerdem lagert das Paar von Sprengringen 17, 19 aufgrund der Verringerung der Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 die Rotationswelle 9 während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 und da die Innenumfangsfläche von jedem Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 selbstschmierende Eigenschaften aufweist, kann das Paar von Sprengringen 17, 19 die Rotationswelle 9 verlässlich lagern.
-
Beispielsweise ist jeder jeweilige Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 aus einem selbstschmierenden Material ausgebildet.
-
Da bei einer derartigen Ausgestaltung ein jeweiliger Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 aus dem selbstschmierenden Material ausgebildet ist, weist die Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 selbstschmierende Eigenschaften auf. Aufgrund dessen kann die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 verringert werden.
-
Beispielsweise ist jeder jeweilige Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 aus einem Kunstharz ausgebildet. Das Kunstharz ist beispielsweise ein hochfunktioneller, als Harz bezeichneter technischer Kunststoff und beispielsweise können MC-Nylon, Polyacetal (POM) usw. eingesetzt werden.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist jeder Sprengring 17, 19 von dem Paar von Sprengringen 17, 19 aus dem Kunstharz ausgebildet.
-
Die Rückfederung 15 ist beispielsweise als eine Feder ausgebildet, deren Lagerungssteifheit bei hoher Temperatur geringer ist als bei niedriger Temperatur.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung erhöht sich die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation (während eines Inbetriebsetzens) der Rotationswelle 9, wenn sich die Rückfederung 15 auf einer niedrigen Temperatur befindet, und die Lagerungssteifheit der Rückfederung 15 nimmt bei einer hohen Temperatur der Rotationswelle 9 ab, wenn sich die Rückfederung auf einer hohen Temperatur befindet. Die Rotationswelle 9 ist also während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation (während eines Inbetriebsetzens) der Rotationswelle 9 durch die Rückfederung 15 gelagert und während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 bildet sich das Gaskissen zwischen der Rotationswelle 9 und der Deckfolie 13. Dadurch ist eine verlässliche Ausbildung des Gaskissens während der Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle 9 ermöglicht und während der Niedriggeschwindigkeitsrotation kann die Rotationswelle 9 während der Rotation verlässlich gelagert werden.
-
7 ist eine Ansicht, die konzeptionell ein Beispiel zeigt, bei welchem die zwischen der Deckfolie 13 und dem Gehäuse 11 angeordnete Rückfederung 15 aus einem Bimetall ausgebildet ist, 7-1 ist eine Ansicht, die einen Zustand bei niedriger Temperatur zeigt, und 7-2 ist eine Ansicht, die einen Zustand bei hoher Temperatur zeigt.
-
Wie in 7 gezeigt, ist die zwischen der Deckfolie 13 und dem Gehäuse 11 angeordnete Rückfederung 15 aus einem Bimetall ausgebildet, welches geformt wurde, indem beispielsweise zwei Metallplatten 151, 153 mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengefügt wurden. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel weist die Metallplatte 153 auf einer Seite des Gehäuses 11 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die Metallplatte 151 auf einer Seite der Deckfolie 13 und die Lagerungssteifigkeit der Rückfederung ist bei hoher Temperatur größer als bei niedriger Temperatur.
-
Bei einer solchen Ausgestaltung kann die Lagerungssteifigkeit der Rückfederung 15 auch bei hoher Temperatur geringer sein als bei niedriger Temperatur.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt; sie umfasst auch eine Ausgestaltung, die durch Modifizieren der oben beschriebenen Ausgestaltungen erhalten wurde, sowie eine Ausgestaltung die durch geeignete Kombination dieser Ausgestaltungen erhalten wurde.
-
Der in den oben genannten Ausgestaltungen beschriebene Inhalt wäre beispielsweise wie folgt zu verstehen.
-
Eine Gaslagervorrichtung (10) gemäß einem Aspekt [1] ist eine Gaslagervorrichtung (10) zur rotierbaren Lagerung einer Rotationswelle (9) unter Verwendung eines Gases als Arbeitsfluid, welche aufweist: ein von der Rotationswelle (9) durchdrungenes Gehäuse (11); eine ringförmige Deckfolie (13), die innerhalb des Gehäuses (11) angeordnet ist und die eine Außenperipherie der Rotationswelle (9) umgibt; eine zwischen dem Gehäuse (11) und der Deckfolie (13) angeordnete Rückfederung (15) mit einer Vielzahl von Wellenbergen (15a), die mit der Deckfolie (13) in Kontakt sind, und mit einer Vielzahl von Wellentälern (15b), die mit dem Gehäuse (11) in Kontakt sind, sowie ein Paar von Sprengringen (17, 19), die dort, wo die Rotationswelle (9) das Gehäuse (9) durchdringt, in Wellenlöcher eingepasst sind und die dazu vorgesehen sind, eine Bewegung der Rückfederung (15) in Axialrichtung der Rotationswelle (9) zu begrenzen. Eine Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) weist selbstschmierende Eigenschaften auf.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung muss während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) aufgrund der selbstschmierenden Eigenschaften der Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) die Last der Rotationswelle (9) nicht allein von der Rückfederung (15) aufgenommen werden und eine Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) kann verringert werden. Dadurch kann während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) das Gaskissen zwischen der Rotationswelle (9) und der Deckfolie (13) verlässlich ausgebildet werden. Des Weiteren lagert das Paar von Sprengringen (17, 19) aufgrund der Verringerung der Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) die Rotationswelle (9) während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9), und da die Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) selbstschmierenden Eigenschaften aufweist, ist eine zuverlässige rotierbare Lagerung der Rotationswelle (9) durch das Paar von Sprengringen (17, 19) möglich.
-
[2] Eine Gaslagervorrichtung (10) gemäß einem weiteren Aspekt ist die Gaslagervorrichtung (10) wie in [1] definiert, wobei jeder jeweilige Sprengring (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) aus einem selbstschmierenden Material gebildet ist.
-
Da bei einer derartigen Ausgestaltung ein jeweiliger Sprengring (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) aus dem selbstschmierenden Material ausgebildet ist, weist die Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) selbstschmierende Eigenschaften auf. Aufgrund dessen kann die Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) verringert werden.
-
[3] Eine Gaslagervorrichtung (10) gemäß einem weiteren Aspekt ist die Gaslagervorrichtung wie in [1] oder [2] definiert, wobei das selbstschmierende Material ein Kunstharz ist.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist jeder Sprengring (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) aus dem Kunstharz ausgebildet.
-
[4] Eine Gaslagervorrichtung (10) gemäß einem weiteren Aspekt ist die Gaslagervorrichtung wie in [1] oder [2] oder [3] definiert, wobei die Rückfederung (15) aus einer Feder gebildet ist, deren Lagerungssteifheit bei hoher Temperatur geringer ist als bei niedriger Temperatur.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung erhöht sich die Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation (während eines Inbetriebsetzens) der Rotationswelle (9), wenn sich die Rückfederung (15) auf einer niedrigen Temperatur befindet, und die Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) nimmt bei einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) ab, wenn sich die Rückfederung (15) auf einer hohen Temperatur befindet. Die Rotationswelle (9) ist also während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation (während eines Inbetriebsetzens) der Rotationswelle (9) durch die Rückfederung (15) gelagert und während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) bildet sich das Gaskissen zwischen der Rotationswelle (9) und der Deckfolie (13). Dadurch ist eine verlässliche Ausbildung des Gaskissens zwischen der Rotationswelle (9) und der Deckfolie (13) während der Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) ermöglicht und während der Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) kann die Rotationswelle (9) verlässlich gelagert werden.
-
[5] Eine Gaslagervorrichtung (10) gemäß einem weiteren Aspekt ist die Gaslagervorrichtung wie in [4] definiert, wobei die Rückfederung (15) aus einem Bimetall besteht, welches ausgebildet wurde, indem zwei Metallplatten (151, 153) mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengefügt wurden.
-
Bei einer solchen Ausgestaltung kann die Lagerungssteifigkeit der Rückfederung (15) bei hoher Temperatur geringer sein als bei niedriger Temperatur.
-
Ein Turbolader (1) gemäß einem Aspekt [6], welcher die Gaslagervorrichtung (10) wie in einem der Aspekte [1] bis [5] definiert aufweist.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann eine Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) verringert werden, da die Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Dadurch kann während einer Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9) das Gaskissen zwischen der Rotationswelle (9) und der Deckfolie (13) verlässlich ausgebildet werden. Des Weiteren lagert das Paar von Sprengringen (17, 19) aufgrund der Verringerung der Lagerungssteifheit der Rückfederung (15) die Rotationswelle (9) während einer Niedriggeschwindigkeitsrotation der Rotationswelle (9), und da die Innenumfangsfläche eines jeweiligen Sprengrings (17, 19) von dem Paar von Sprengringen (17, 19) selbstschmierende Eigenschaften aufweist, ist eine verlässliche rotierbare Lagerung der Rotationswelle (9) durch das Paar von Sprengringen (17, 19) möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Turbolader
- 3
- Turbine
- 31
- Turbinengehäuse
- 31a
- Zylindrischer Abschnitt (Umhüllungsabschnitt)
- 31b
- Schneckenabschnitt
- 31c
- Halsabschnitt
- 31d
- Abgasauslass
- 33
- Turbinenrotorblatt (Turbinenimpeller)
- 33a
- Nabe
- 33a1
- Anbindungsloch
- 33b
- Schaufel
- 5
- Verdichter
- 51
- Verdichtergehäuse
- 51a
- Zylindrischer Abschnitt (Umhüllungsabschnitt)
- 51b
- Schneckenabschnitt
- 51c
- Diffusorabschnitt
- 51d
- Versorgungslufteinlass
- 53
- Impeller (Verdichterimpeller)
- 53a
- Nabe
- 53a1
- Anbindungsloch
- 53b
- Schaufel
- 71
- Lagergehäuse
- 73
- Außenwand (Lagergehäusekörper)
- 75
- Endwand (turbinenseitige Endwand)
- 751
- Dichtbereich
- 76
- Lagerbereich
- 761
- Lagerausnehmung
- 77
- Endwand (verdichterseitige Endwand)
- 771
- Dichtbereich
- 78
- Lagerbereich
- 781
- Lagerausnehmung
- 9
- Rotationswelle
- 91
- Rotationswelle
- 91a, 91b
- Wellenabschnitt
- 91c
- Mittlerer Abschnitt
- 91d
- Turbinenrotorblattanbindungsbereich
- 91e
- Verdichterimpelleranbindungsbereich
- 10
- Gaslagervorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 13
- Deckfolie
- 15
- Rückfederung
- 15a
- Wellenberg
- 15b
- Wellental
- 151,153
- Metallplatte
- 17, 19
- Sprengring
- 17a, 19a
- Loch für Werkzeug
- 17b, 19b
- Innenumfangsfläche
- AXL
- Achse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2020030469 [0002]
- JP 2020122555 A [0004]
