DE3005943A1

DE3005943A1 - Lagertraeger

Info

Publication number: DE3005943A1
Application number: DE19803005943
Authority: DE
Inventors: Bruce R Owen; Charles Richard Sarle
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1980-09-04
Also published as: US4235484A; JPS55112486A; FR2449821B1; DE3005943C2; BR8000837A; CA1134417A; SE8000901L; GB2049840B; GB2049840A; JPH0154569B2; SE441384B; FR2449821A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf schnell drehende Maschinen, wie einen Turbolader, und im einzelnen auf einen Lagerträger für eine Anwendung in dem die Lager tragenden Gehäuse.

Eine Maschine der allgemeinen Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist mit einer Schmiermittel-Druckquelle versehen. Wenn das Schmiermittel aus den Lagern austritt, gelangt es in eine Schmiermittel-Abflußkammer, aus der es durch Schwerkraft über einen Abflußkanal abfließt und zu der Druckquelle zurückkehrt. Gewöhnlich wird eine solche Maschine so angeordnet, daß ihre Welle allgemein horizontal verläuft und der Abflußkanal im wesentlichen vertikal angeordnet ist.

Die Welle dieser allgemeinen Maschinenklasse erstreckt sich über beide Enden der Schmiermittel-Abflußkammer hinausgehend, wobei ein Ende beispielsweise ein Gebläse, einen Propeller oder ein Zahnrad trägt. Das entgegengesetzte Ende kann eine Antriebsvorrichtung, wie eine Riemenscheibe für einen im Querschnitt V-förmigen Riemen, ein Zahnrad oder eine direkte Antriebskupplung von einer externen Antriebsquelle tragen. In dem spezifischen Fall von Turboladern trägt ein Wellenende ein Kompressorrad für eine Druckbeaufschlagung von Luft, während das entgegengesetzte Ende ein; Turbinenrad trägt, das durch die Antriebsenergie von Motor-Abgasen angetrieben wird. Es gibt spezifische Konstruktionen, bei denen sich nur ein Wellenende von der Schmiermittel-Abflußkammer erstreckt, wie ein fliegendes (overhung) Lagersystem für einen Turbolader, bei dem beide Turbinen- und Kompressorräder Rücken an Rücken auf einem Wellenende getragen werden.

Das Abdichten dieser Wellenverlängerungea zum Verhindern eines Schmiermittelstroms von dem Lagerträger oder Lagergehäuse an die Umgebung oder zu anderen Komponenten der Maschine hat in der Vergangenheit vielfältige Formen angenommen. Hierzu gehören Labyrinth-Dichtungen, Lippendichtungen, mechanische Seiten- bzw. Flächendichtungen und externe druckquellenbeaufschlagte Dichtungen

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(source pressurized seals) zusammen mit Kolbenringen, die für Öl am wenigsten wirksam sind. Ein mit einer Ausgangsbohrung des Lagergehäuses in Eingriff stehender stationärer Kolbenring in Verbindung mit einer Nut in der sich drehenden Welle ist hauptsächlich eine Gasdichtung. Kolbenringdichtungen sind in herkömmlichen Turbolader-Konstruktionen vorherrschend und werden benutzt, um die unter Druck gesetzte Luft an der Kompressorseite und die heißen korrodierenden Gase an der Turbinenseite an einem Eintreten in das Lagergehäuse zu hindern. Diese Kolbenringe stellen keine Schmiermittelabdichtung unter sämtlichen Bedingungen dar, und zwar auch nicht bei den vielen bekannten Gliedern mit Hilfsmitteln für die Kolbenringe. Das Schmiermittel muß von dem Kolbenring ferngehalten werden, da jeder in den Dichtungsbereich austretende Film, Schaum oder Spritzer herausleckt. Einige der bekannten Hilfsmittel sind Ablenker, Pumpnuten und Löcher, Spritzringe und Kanäle oder Kanaldurchgänge, die das Schmiermittel zu dem Ölablaß leiten. Der Aufbau dieser Hilfsmittel und ihrer Lagergehäuse ist dergestalt, daß das Schmiermittel auf seinem Weg von dem Lagergehäuse wieder die sich drehenden Komponenten passiert. Jedes erneute Leiten des Schmiermittels über die sich drehenden Komponenten begünstigt eine Schaum- und Sprühnebelausbildung, die extrem schwierig abzudichten ist. Aufgrund der großen Kosten von Leckunterdrückungsvorrichtungen wird bei heutigen Turboladern ein kleinerer Leck toleriert. Sogar die ständigen Hilfsmittel in heutigen Turboladern sind kostspielig, aber vergleichsweise weniger teuer als beispielsweise eine mechanische Seiten- bzw. Flächendichtung. Der andere Grund für die Annahme einer Kolbenringdichtung besteht darin, daß bei sehr großen Drehzahlen eine schnelle Abnutzung von Berührungsdichtungen eine Wartung sehr kostspielig macht und der Reibungswiderstand der Dichtungen die Leistungsfähigkeit der Einheit vermindert.

Aus der vorstehenden Erörterung ist es ersichtlich, daß in einem Turbolader der Kolbenringbereich überflutet würde, wenn sich die Welle in einem vertikalen Zustand befindet und wenn das Ablassen von Schmiermittel in den Abflußbereich parallel zur Welle erfolgt. Eine Schmiermittelansammlung in der untersten Abflußkammer

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würde ebenfalls zu einem überfluten des Dichtungsbereichs mit dem Ergebnis einer übermäßigen Leckerscheinung führen.

Ein Studium der bekannten, zuvor erörterten, komplexen und kostspieligen Dxchtungsanordnungen läßt die Vorteile des erfindungsgemäß aufgebauten Lagerträgers deutlich werden.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Lagerträgers oder Lagergehäuses unter Verwendung von Kolbenring-Gasdichtungen, bei denen die in herkömmlichen Vorrichtungen vielfach auftretenden Schmiermittel-Lecks unterbunden sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Lagerträger erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet keine kostspieligen und komplizierten Hilfsmittel. Ein Lagergehäuse hat eine im wesentlichen freie bzw. unbehinderte AbfIußkammer, aus der sich das Schmiermittel seinen eigenen natürlichen Pfad zu dem Abflußkanal suchen kann, ohne nach dem anfänglichen Austreten aus den Lagern wieder die sich drehenden Komponenten zu passieren. Diese Komponenten bilden selbst das Antriebs- und Leitungsmittel für das Schmiermittel, damit dieses die ungehinderte Abflußkammer erreicht. Das Lagergehäuse besteht aus einem im wesentlichen kreisförmigen äußeren Abschnitt mit Führungsdurchmessern (pilot diameters) an jedem Ende zum Befestigen von anderen Maschinenkomponenten. Der zentrale Bereich des Gehäuses ist der Lagerträger. Zwischen den äußeren und zentralen Bereichen des Gehäuses befindet sich eine allgemein offene Abflußkammer, Das einzige Hindernis zum Abfluß ist eine Angußverbindung zwischen den beiden Gehäuseabschnitten, und diese Angußverbindung trägt die Schmiermittelzufuhr von einer externen Quelle zu dem zentralen Lagerträger. Der Abflußkanal befindet sich in dem äußeren Abschnitt und öffnet sich durch die Abflußkammer. Der zentrale Bereich hat den an beiden Enden offenen Lagerträger, wobei sich ein Ende in einen Ölab-

flußschlitz öffnet, der sich in Strömungsverbindung mit der Abflußkammer befindet. An diesen Schlitz angrenzend und dem Lagerträgerende gegenüberliegend befindet sich eine Gehäuseausgangsbohrung zum Aufnehmen eines Kolbenrings. An dem dem ölabflußschlitz entgegengesetzten Ende ist eine andere Maschinenkomponente an dem Lagergehäuse befestigt, die die Schmiermittel-Abflußkammer bestimmt und verschließt. Dieser offene Raum ist auch weitgehend ungehindert, und die andere Maschinenkomponente trägt die andere Ausgangsbohrung zum Aufnehmen eines Kolbenrings. Die sich drehenden Komponenten sind mit Schultern versehen, die einen Durchgang in unmittelbarer Nachbarschaft zu den offenen Enden des Zentralbereich-Lagerträgers begrenzen. Diese Schultern verlaufen parallel zu den Enden und sind radial größer als die Lagerbohrungswandungen. Dieser Durchgang bildet den primären Schleudervorgang für das Schmiermittel, welches hierdurch radial in die offene Abflußkammer geleitet wird, um dann seinen natürlichen Pfad zu dem Abflußkanal zu suchen. Für den Fall, daß irgendein kleinerer Schmiermittelsprxtzer zu den sich drehenden Komponenten gelangt, ist eine sekundäre Schleudernut vorgesehen, die direkt an den primären Schleuderkanal bzw. -durchgang angrenzt und in den die Schultern bestimmenden Angüssen getragen bzw. ausgebildet ist. Durch diesen sekundären Schleudervorgang wird wiederum das Schmiermittel radial auswärts in die Abflußkammer geleitet. Der Bereich der Kolbenringdichtung wird trocken und leckdicht gehalten, und zwar wegen des offenen Bereichs, der eine Abflußkammer bildet, die groß genug und ungehindert ist, um einen wirksamen Schleudervorgang zu ermöglichen und ein erneutes Passieren von Schmiermittel über die die Kolbenringe tragenden Drehkomponenten zu verhindern. Während zwar bei bekannten Vorrichtungen ein Schleudervorgang vorgesehen ist, steht in dem Gehäuse jedoch nicht der Raum zur Verfügung, der erforderlich ist, um ein Zurückprallen auf sich drehende Komponenten oder einen Rückstrom über die Kolbenringbereiche zu unterbinden.

Das Lagergehäuse kann gegossen werden, ohne daß Kerne benutzt werden. In diesem Fall würde der Schmiermittelzufuhranguß mit der Abflußkammerwandung verbunden werden, die die Ausgangsbohrung

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trägt. Wenn der ölabflußschlitz so eingearbeitet wird, daß er mit der Abflußkammer in Verbindung steht, ist der Schleudervorgang durch den Schlitz in dem Bereich beschränkt, wo der Anguß auf dem Verlauf zu der Ausgangsbohrungswandung über den Schlitz verläuft. Dieses Hindernis ermöglicht aber einen über mehr als 240° offenen Schleuderbereich in die Abflußkammer. Um einen über volle 360° offenen Schleudervorgang zu erzielen, kann beim Gießverfahren ein kleiner Kern benutzt werden, um das Hindernis zwischen dem Schmiermittelzufuhranguß und der zuvor erwähnten Abflußkammerwandung freizugeben. An der dem ölabflußschlitz entgegengesetzten Seite steht aufgrund des offenen Raums in der Verschlußkomponente stets ein vollständiger 360°-Schleuderbereich zur Verfügung.

Bei einer speziellen Anwendung der Erfindung bei Turboladern stellen die gehaltenen Kolbenringdichtungen sehr wirksame Gasdichtungen dar. Der Turbinenabschnitt wird ständig in bezug auf das Innere des Lagergehäuses unter Druck gehalten, so daß der leichte Gasleck gegen einen Schmiermittelleck arbeitet. Der Kompressor unterliegt jedoch sowohl Druck- wie auch Unterdruckbedingungen. Im ünterdruckzustand besteht die Neigung eines Ansaugens von öl durch die Kolbenringdichtung. Die beschriebene Erfindung funktioniert ohne Leckerscheinung bei Unterdruckpegeln (101,6 mm bzw. 4 Zoll Quecksilbersäule), wie sie mit einer extremen Luftreiniger-Beschränkung bzw. -Drosselung am Kompressoreinlaß angetroffen werden. Höhere Unterdruckpegel (bis zu 584,2 mm bzw. 23 Zoll Quecksilbersäule), wie sie mit einer Düse bzw. einem Vergaser am Kompressoreinlaß angetroffen werden, erfordern eine Belüftungsdichtung (vent seal). Diese Dichtung ist in den US-Patenten 3 077 296 und 3 834 156 beschrieben. Um die vorliegende Erfindung an die obigen Patente der Belüftungsdichtung anzupassen, trägt die Lagergehäuse-Verschlußkomponente die Belüftungsdichtung-Verbindung zwischen dem Turbolader und einem trockenen Abschnitt des Motors. Eine ebene Platte ist an der Verschlußkomponente zwischen der Drehkomponente-Schleudernut und dem Kolbenringbereich befestigt, um einen Belüftungskanal (wie er in den obigen Patenten beschrieben -ist) in der bzw. in die Abflußkammer

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zu bilden. Bei Bedingungen großen Unterdrucks ermöglicht die Belüftung ein Saugen von Gasen statt des Schmiermittels durch den Kolbenring. Die ebene Platte fungiert als ein tatsächlicher Ablenker, da jeglicher Spritzer infolge des Schleudervorgangs in die offene Abflußkammer gelangt. Es wird kein Kanal für das Schmiermittel gebildet.

Nach der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse der Maschine an dem axialen Ende der Schmiermittel-Abflußkammer, das unten liegen soll, wenn die Welle im wesentlichen vertikal angeordnet ist, so gestaltet, daß es einen Vorsprung der Ausgangsbohrung-Wandung enthält, die sich axial in die Schmiermittel-Abflußkammer erstreckt. Ferner ist der Abflußkanal· in bezug auf das Gehäuse axial· so verschoben, daß er sich nunmehr a^gemein an dem Ende der Schmiermittei-AbfiuBkammer befindet, das bei im wesentiichen aufrechter Anordnung der WeMe unten angeordnet ist. Der Vorsprung erstreckt sich axial· zur WeMe in das Gehäuse über einen Bereich des Abfl·ußkanal·s hinausgehend, wodurch bei einer vertikalen Anordnung der WeMe ein Damm gebiidet wird, um den das gesamme^e Schmiermittel· l·eicht strömen kann. Dieser Damm ist höher ais der Ab^ußkanal·, so daß das Schmiermittel· aus demseiben ausströmt, ohne zu der Dichtung geieitet zu werden.

Ein anderes Merkmal· der Erfindung besteht darin, daß die Abfiußkammer für das Schmiermittel· an den Damm angrenzend und an entfernter SteMe von dem Abflußkanal· so gestartet ist, daß eine aMgemein halbkreisförmige Konfiguration vorliegt und somit ein freier Schmiermitte is trom um die WeMe ermögMcht wird. In Ausrichtung mit diesem haibkreisförmigen Bereich der AbfiuBkammer trägt ferner die WeMe einen Spritzring, der das aus dem angrenzenden Ende des Lagers austretende Schmiermittel in den halbkreisförmigen Durchgang leitet. Hierdurch werden ein eine Kohlenstofί-Αη33ΐηπύ.^^ vermeidender Strömungsvorgang vorgesehen und gieichzeitig das Schmiermittel· von der Dichtung abgehaiten.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Turbolader, der für einen Personenkraftwagen geeignet ist. Bisher

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entwickelte Turbolader hatten einen ölabfluß, der rechtwinklig zu der Welle angeordnet war. Es bestand eine maximale Variationsmöglichkeit von plus oder minus 20° gegenüber der Horizontalen für einen wirksamen Schwerkraft-Ölabfluß ohne Erzeugen eines möglichen Lecks an den Dichtungen bei niedrigem Leerlauf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein Turbolader geschaffen, der mit der Wellen-Mittellinie von der Horizontalen bis zu 10° von der Vertikalen (im Hinblick auf den ölabfluß) angeordnet werden kann. Dieser Bereich gilt bei einer Annäherung an die Vertikale für einen unten liegenden Turbinenauslaß. Dieser Auslaß gibt Abgas an das Fahrzeug-Abgassystem ab, das in einer Rohrbiegungen vermindernden Richtung ausgerichtet ist. Hierdurch ergibt sich eine viel sauberere Grenzstelle am Bereich vom Kompressor-Auslaß zum Motor-Eingang. Diese Vielseitigkeit ermöglicht auch ein tieferes Anbringen des Turbinenabschnitts, wodurch Wärme von an der Oberseite angebrachten Motorraumkomponenten und der Fahrzeughaube abgehalten wird. Wenn sich der Vergaser stromauf vom Kompressor befindet, kann der Kompressorabschnitt nicht unter dem Ansaugleitungspegel angeordnet sein, und zwar wegen des Kraftstoff-Puddelns (puddling), das Abgas-Emissionspegelprobleme begründet. Eine horizontale Anbringung ergibt mit der zusätzlichen Höhe des Vergasers und den Zubehörteilen eine große Höhe über der Wellen-Mittellinie. Die vertikale Anbringung führt zu einer beträchtlichen Höhenabsenkung, da die Diffusor-Fläche (diffuser face) in dem Kompressorabschnitt zum niedrigsten Punkt zum Anstellen bzw. Ausrichten (line up) mit der Ansaugleitung wird.

Die zum Anbringungsbereich angegebenen obigen Verhältnisse werden dadurch erzielt, daß zuerst der ölabflußkanal in dem Lagergehäuse so nahe wie möglich zum Turbinengehäuse verschoben wird. Die Turbinenenddichtung ist immer noch eine solche vom herkömmlichen Kolbenringtyp. Das Lager verlassendes Ul wird parallel zu einer Wellenschulter herausgeschleudert. Strömungen oder Rückspritzer über die Schulter gelangen in eine Wellennut, und zwar für einen sekundären Schleudervorgang. Bei dem Turbolader der vorliegenden Erfindung ist die Abflußkammer gemäß einer um den Lagerbereich geschlungenen ü-förmigen Konfiguration offen, und der ölabfluß-

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schlitz ist zu der Abflußkammer offen, bis auf den Bereich, wo der Anguß der Schmiermittelzufuhr zu der Lagerbohrung verläuft. Dieser große Öffnungsbereich ermöglicht es, daß das Öl nach aussen geschleudert wird und abfließt, ohne über die Welle zu laufen. In der weitgehend vertikalen Position befindet sich die Kol· benringbohrung des Gehäuses hoch genug über der Abflußkammerwandung, um einen Damm zu bilden, der das abfließende öl um die Bohrung herum ableitet, um ein überfluten der Kolbenringdichtung zu vermeiden. Es hat sich auch als zweckmäßig herausgestellt, Turbolader für bestimmte Anwendungen (off-highway applications) in weitgehend vertikalen Positionen anzuordnen, wobei der Unterschied darin besteht, daß bei dem Hauptteil dieser Anwendungen die Abgassysteme so angebracht werden, daß sie das Abgas nach oben leiten. Somit wird der Turbolader vorteilhafterweise in einer im wesentlichen vertikalen Position angeordnet, wobei sich der Kompressorabschnitt unten befindet. Es wurde festgestellt, daß durch leichtes Modifizieren des Lagergehäuses und der Verschlußplatte am Kompressorabschnitt-Ende ein wirksames Abfließen von Schmiermittel aus dem Turbolader bewirkt werden kann, auch wenn dieser in einer im wesentlichen vertikalen Position mit unten liegendem Kompressorabschnitt angeordnet ist. Die Gehäusekonfiguration ist nach der vorliegenden Erfindung dergestalt, daß sie die Schmiermittelabdichtung begünstigt. Die Erfindung ermöglicht ein wahlweises Positionieren der Welle in horizontalen, vertikalen und Zwischenpositionen.

Die Erfindung beinhaltet somit einen Lagerträger für sich schnell drehende Maschinen, wie einen Turbolader, bei denen Schmiermittel unter Druck zugeführt und durch Schwerkraft abgeleitet wird. Das Hauptmerkmal besteht in der Formung des Lagergehäuses mit einer sehr großen AbfIußkämmer, die nur durch einen zur Schmiermittelzufuhr dienenden Anguß behindert bzw. unterbrochen ist, welcher den zentralen Gehäuseabschnitt trägt, in dem das Hülsenlager elastisch angebracht ist. Aus den Enden des Hülsenlagers austretendes Schmiermittel wird von den sich drehenden Komponenten in Umfangsrichtung weggeschleudert, und es fließt in natürlicher Weise zu einem unteren Bereich der Abflußkammer ab, wo es durch eine

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öffnung eines Abflußkanals ausströmt, ohne mit den sich drehenden Komponenten oder dem Kolbenring-Dichtungsbereich in erneuten Kontakt zu treten. Die Abflußöffnung ist in bezug auf die Schmiermittel-Abflußkammer in geeigneter Weise positioniert. Ein Damm bzw. Wall erstreckt sich um den Dichtungsbereich am axialen Ende der Schmiermittel-Abflußkammer. Die Maschine kann dadurch wahlweise so angeordnet werden, daß die Welle horizontal, 10° von der Vertikalen geneigt oder in Zwischenpositionen verläuft, wobei immer ein wirksamer Abfluß des Schmiermittels aus der Maschine gewährleistet ist, und zwar ohne Überfluten der Dichtungen zwischen den sich drehenden Komponenten und dem Gehäuse, was zu einem Schmxermittelverlust längs der Welle führen würde.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1'- einen axialen Schnitt durch einen repräsentativen Turbolader zum Aufzeigen der spezifischen Schmiermittelstrom- und Abflußkanäle, wobei ein Damm-Glied vorhanden ist,

Figur 2 - einen axialen Schnitt durch das Lagergehäuse zum Aufzeigen der inneren Einzelheiten desselben,

Figur 3 - einen Querschnitt durch das Lagergehäuse längs der Linie 3-3 aus Figur 2, wobei das Hülsenlager und die Welle fortgelassen sind,

Figur 4 - einen fragmentarischen Querschnitt durch das Lagergehäuse längs der Linie 4-4 aus Figur 2 zum Aufzeigen der Details des bearbeiteten bzw. eingearbeiteten ölabflußschlitzes,

Figur 5 - einen axialen Schnitt durch einen Turbolader nach der vorliegenden Erfindung, wobei sich der Kompressorabschnitt unten befindet,

Figur 6 - einen longitudinalen Schnitt durch ein typisches bekanntes Lagergehäuse für einen Turbolader,

Figur 7 - einen fragmentarischen Querschnitt längs der Linie 7-7 aus Figur 6 zum Aufzeigen des allgemeinen Querschnitts der Abflußkammer in dem Lageranbringungsbereich und

Figur 8 - einen Querschnitt längs der Linie 8-8 aus Figur 6 zum

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Aufzeigen der allgemeinen Details eines bearbeiteten bzw. eingearbeiteten ölschlitzes an dem Kompressorende.

In Figur 1 ist ein Turbolader allgemein mit 10 bezeichnet. Er enthält einen Turbinenabschnitt 12 und einen Kompressorabschnitt 14, wobei diese Abschnitte durch ein Lagergehäuse 16 voneinander getrennt sind. Der Turbinenabschnitt 12 enthält ein Gehäuse 18, durch das Abgase radial zu einem Turbinenrad 20 geleitet werden, um eine Drehung desselben zu begründen. Die Gase verlassen das Turbinenrad axial durch einen Auslaß 22. Der Kompressorabschnitt 14 enthält ein Gehäuse 24 mit einem axialen Lufteinlaß 26 für ein Kompressorrad 28.

Das Turbinenrad 20 und das Kompressorrad 28 haben eine gemeinsame Welle 30 mit einem mittleren Abschnitt, der sich allgemein in einem Hülsenlager 32 befindet, welches in einer zentralen axialen Bohrung 34 in dem Lagergehäuse 16 aufgenommen ist. Das Hülsenlager 32 hat eine hindurchgeführte Bohrung 36, in der der zentrale Bereich der Welle 30 drehbar gelagert ist. Das Hülsenlager 32 fungiert somit als ein Radiallager. Das Lagergehäuse 16 besitzt ein Loch 38 zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Schmiermittel von einer externen Quelle. Das Loch 38 befindet sich in Strömungsverbindung mit der axialen Bohrung 36 des Hülsenlagers, und zwar über eine Durchsteckbohrung bzw. ein Durchsteckloch 40. Ein gespaltener hohler Bolzen 42 ist in die ausgerichteten Löcher 38 und 40 eingepreßt, um das Hülsenlager 32 gegenüber einer Drehung und axialen Bewegung in dem Lagergehäuse 16 zu fixieren. Das Hülsenlager 32 hat ein zweites Loch 40", das mit dem Loch 40 ausgerichtet ist und dazu dient, das Entfernen des Bolzens 42 zu erleichtern.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das Lagergehäuse 16 in Verbindung mit einem Verschluß in Form einer Kompressor-Flanschplatte 78 eine Schmiermittel-Abflußkammer 44 bildet. Unter Bezugnahme auf Figur 3 ist festzustellen, daß sich die Abflußkammer 44 über einen Bogen von mehr als 240° um den Teil des Lagergehäuses 16 erstreckt, in dem die Bohrung 34 zum Aufnehmen des Hülsenlagers

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32 ausgebildet ist. Somit existiert in dem zentralen Bereich des Lagergehäuses 16 ein passender Raum zum Ableiten von öl, ohne
daß dieses wieder mit der Welle 30 in Berührung kommt. Es ist
festzustellen, daß das unter Druck stehende Schmiermittel in beiden Richtungen längs der Welle 30 und aus den Enden des Hülsenlagers 32 in die Schmiermittel-Abflußkammer 44 strömt. Gemäß Figur 1 durchsetzt ein Abflußkanal 46 das Lagergehäuse 16. Der Abflußkanal 46 führt in die Schmiermittel-Abflußkammer 44 an einer Stelle, die unter geringem Abstand an das axiale Ende der
Schmiermittel-Abflußkammer 44 angrenzt, und zwar an der Seite des Turbinenabschnitts 12. Es ist festzustellen, daß der Abflußkanal 46 eine Achse hat, die unter einem solchen Winkel zur Achse der
Welle 30 verläuft, daß sie dann, wenn der Turbolader im Uhrzeigersinn unter einem Winkel zu der Horizontalen geneigt wird, für ein wirksames Entleeren der Abflußkammer 44 eine vertikale Position annehmen kann.

Es ist leicht ersichtlich, daß bei einer Anbringung des Turboladers 10 mit horizontal angeordneter Welle 30 das Schmiermittel
aus den entgegengesetzten Enden des Hülsenlagers 32 in den unteren Teil der Schmiermittel-Abflußkammer 44 und dann durch den Abflußkanal 46 ausfließt.

Um ein Fließen des Schmiermittels in den Turbinenabschnitt 12 zu vermeiden, ist gemäß Figur 1 eine Kolbenringdichtung 48 zwischen dem Lagergehäuse 16 und der Welle 30 ausgebildet. Die Kolbenringdichtung 48 ist in einer Ausgangsbohrung 50 angebracht. In einer ähnlichen Weise wird ein Schmiermittelstrom in den Kompressorabschnitt 14 durch eine Druckhülse 52 verhindert, die in einer Ausgangsbohrung 54 in der Kompressor-Flanschplatte 78 angebracht ist und eine Dichtung 56 trägt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration der
Schmiermittel-Abflußkammer 44 dergestalt, daß an der inneren
Oberfläche der axialen Endwandung des Lagergehäuses 16 ein Ausgangsbohrung-Wandvorsprung 60 ausgebildet ist, der sich in die
Schmiermittel-Abflußkammer 44 erstreckt. Dieser Wandvorsprung 60

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verläuft axial über einen Teil des Abflußkanals 46. Zusätzlich ist die Schmiermittel-Abflußkammer 44 an von dem Abflußkanal 46 abgelegener Stelle mit einem Öl-Abflußschlitz 62 versehen, der sich gemäß Figur 4 um die Welle 30 erstreckt. Von der Welle 30 wird ein Spritzring 64 getragen, und aus dem angrenzenden Ende des Hülsenlagers 32 austretendes Schmiermittel berührt den Spritzring 64, welcher das Schmiermittel in einem kreisförmigen Umfangsmuster durch den Öl-Abflußschlitz 62 schleudert, aus dem das öl in den Hauptteil der Schmiermittel-Abflußkammer 44 gelangt, ohne auf die Welle 30 zurückzufließen.

In Figur 1 ist der Turbolader 10 mit der Welle 30 in einer aufrechten Position angebracht, nämlich mit einer Neigung unter 10° gegenüber der Vertikalen. Der Schmiermittel-Pegel 66 verläuft natürlich horizontal. Es ist ersichtlich, daß sich der Wandvorsprung 60 über den Schmiermittel-Pegel 66 in der Schmiermittel-Abflußkammer 44 erstreckt, so daß er als ein Sperrdamm fungiert, der ein Strömen von Schmiermittel zu der Dichtung 48 verhindert. Gleichzeitig schleudert der Spritzring 64 das ihn berührende abfließende öl in Umfangsrichtung um den Öl-Abflußschlitz 62 und zurück in den Hauptteil der Schmiermittel-Abflußkammer 44, damit das öl aus dem Abflußkanal 46 ausfließen kann, ohne erneut mit der Welle 30 in Berührung zu kommen. Somit wird das Schmiermitte] ständig von der Dichtung 48 weggeschleudert und in den Hauptbereich der Schmiermittel-Abflußkammer 44 zurückgeleitet, so daß dann, wenn die Welle des Turboladers 10 unter einem Winkel von 10° gegenüber der Vertikalen geneigt ist, nicht mehr Schmiermittel als in dem Fall zu der Dichtung 48 gelangt, bei dem die Welle in einer horizontalen Position angeordnet ist.

An den Kompressorabschnitt 14 angrenzend ist die Abflußkammer 44 teilweise von dem Lagergehäuse 16 und teilweise von der Kompressor-Flanschplatte 78 gebildet. Es ist ersichtlich, daß die Abflußkammer 44 die Welle vollständig umgibt, so daß aus dem Kompressorende des Hülsenlagers 32 austretendes und von den Spritzring-Bereichen der Druckhülse 52 erfaßtes Öl ebenfalls in einem allgemein kreisförmigen Pfad geschleudert wird und somit direkt

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in die Abflußkammer 44 eintritt, um durch den Abflußkanal 46 auszuströmen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Damm oder Wandvorsprung 60 während des Gießens des Lagergehäuses 16 automatisch ohne einen Kern geformt werden kann, wobei der Damm ausgebildet wird, wenn der Öl-Abflußschlitz 62 bearbeitet bzw. eingearbeitet wird. Hierdurch ergibt sich ein preiswerter Aufbau. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß der gewöhnliche Kohlenstoff-Aufbau (carbon buildup) besser durch die Konfiguration der Schmiermittel-Abflußkammer 44 angepaßt ist, und zwar aufgrund des von dem Öl-Abflußschlitz 62 vorgesehenen größeren Öffnungsbereichs. Dieser sorgt in der beschriebenen Weise für ein besseres Abströmen des Schmiermittels von der Dichtung 48. Es ist ferner festzustellen, daß die Erfindung auch mit einem anderen Wellenlageraufbau als dem speziell dargestellten Aufbau angewendet werden kann.

Um die Vorteile des oben beschriebenen Turbolader-Aufbaues vollständig zu erfassen, ist es erforderlich, ein typisches bekanntes Turbolader-Lagergehäuse zu untersuchen, wie es in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt ist.

Die meisten Turbolader sind an einem Motor durch Verwenden des Turbinen-Einlaßfußes mit einem leichten Trend zu der Anbringung an der Lagergehäuse-ölabfluß-Konsole (bearing housing oil drain pad) angebracht, wie es in Figur 7 dargestellt ist. Die Wellenachse verläuft im wesentlichen horizontal, wenn eine Anbringung an dem Fahrzeug erfolgt ist. Der ölablaß erstreckt sich rechtwinklig zur Welle, mit einer maximalen Variation von plus oder minus 20°, für einen wirksamen Schwerkraft-Abfluß für das öl, ohne einen positiven niedrigen Leerlaufleck an den Kolbenringdichtungen zu erzeugen. Motoröl tritt an der Oberseite in das Lagergehäuse ein, und eine Mehrzahl von gebohrten Löchern leitet das Schmiermittel zu den Lagern, wobei die Welle in separat ausgebildeten, unter Abstand angeordneten Lagern angebracht ist.

Es ist festzustellen, daß die drehbar gelagerten Lager für die

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Welle durch Halteringe an jedem Ende in ihrer axialen Bewegung beschränkt sind. Die Lager drehen sich mit etwa einem Drittel der Wellen-Drehzahl und können radial frei auf einem Ölfilm an den Außen- und Innendurchmesserbereichen schwimmen. Eine Reihe von Löchern in den Lagern ermöglicht einen ölstrom zu der Welle. Der axiale Schub wird durch ein an dem Lagergehäuse befestigtes stationäres Drucklager aufgenommen. Ein sich mit der Wellendrehzahl drehender Druckring an jeder Seite des Drucklagers vervollständigt das System. Die axiale Bewegung ist durch ein Abstandshalteglied zwischen den Druckringen bestimmt.

Aus den Figuren 6 bis 8 ist es ersichtlich, daß das dort dargestellte Lagergehäuse allgemein mit 100 bezeichnet ist. Der Aufbau ist dergestalt, daß der obere Teil des Gehäuses eine Lagerstütze 102 bildet, die weitgehend das gesamte Lagergehäuse einnimmt, wie es am besten in Figur 7 dargestellt ist. Der untere Teil des Gehäuses 100 bildet eine Abflußkammer 104, die gemäß den Figuren 7 und 8 sehr klein ist. Die Abflußkammer ist zu einer Schmiermittel-Abflußöffnung 106 geneigt.

Durch stationäre Kolbenringe (nicht dargestellt) erfolgt eine Gasabdichtung, wodurch verhindert wird, daß Gas an den Kompressor- und Turbinenenden in das Lagergehäuse eintritt. Diese Ringe sind keine öldichtungen. An dem Turbinenende wird öl von dem Kolbenring abgehalten, und zwar durch die Welle, die das öl in einen Schlitz 108 schleudert, der sich in den Öl-Abflußraum oder die Öl-Abflußkammer 104 öffnet. An dem Kompressorende wird das Drucklager verlassendes öl durch eine fixierte Platte (nicht dargestellt) abgehalten, die einen Kanal und eine öffnung in die Öl-Abflußkammer bildet. Jeglicher über diese Platte hinausgehende Leck wird durch eine sich drehende Spritzringhülse (nicht dargestellt) aufgenommen, wodurch das Schmiermittel vor dem Erreichen der Ringdichtung in die Abflußkammer ausgeworfen wird.

Es ist festzustellen, daß bei dem Lagergehäuseaufbau des bekannten Turboladers ein an das Kompressorrad angrenzend angeordneter Einsatz (nicht dargestellt) für ein positionsmäßxges Halten des

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Drucklagers sowie Ölablenkers sorgt und das Kompressorende des Lagergehäuses verschließt sowie eine Kolbenringbohrung trägt.

Unter erneuter Bezugnahme auf den erfindungsgemäßen Turbolader ist darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene Anbringung aus Figur 1 dadurch bewerkstelligt wurde, daß zuerst der Schmiermittel-Abflußkanal des Lagergehäuses so nahe wie möglich an das Turbinengehäuse verschoben bzw. verlagert wird. Die Turbinenenddichtung ist nach wie vor ein Kolbenring. Jedoch wird das Lager verlassendes Schmiermittel parallel zur Wellenschulter auswärts geschleudert, und jegliches über die Schulter gelangendes Schmiermittel gelangt in eine Wellennut für einen sekundären Schleudervorgang. Dieses austretende öl kann bei den bekannten Turboladern auf dem Weg zum Abflußraum frei über die Welle strömen. Dieses liegt an dem ölschlitz, der sich nur an dem Boden über eine Durchbruch-öffnung 110 in den Abflußraum öffnet, und^daß sich der Schlitz ohne Abflußaustritt über etwa 250° erstreckt, wie es klar aus Figur 8 ersichtlich ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Abflußraum in einer den Lagerbereich umschlingenden U-förmigen Konfiguration geöffnet, und der Schlitz ist über mehr als 240° in bezug auf den Abfluß geöffnet, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Dieser große Öffnungsbereich ermöglicht ein Herausschleudern und ein Abfließen in die Abflußkammer, ohne daß das Schmiermittel über die Welle läuft. Bei der vertikalen Position aus Figur 1 ist der Vorsprung 60 des Gehäuses hoch genug über der Abflußraum-Wand angeordnet, um einen Damm zu bilden, der das abfließende öl um den Anguß herumleitet und ein überfluten der Ringdichtung verhindert. ^x/darari

Der offene Abflußraum nach der vorliegenden Erfindung vermeidet den Kanaleffekt (channelling) von öl zu dem Abfluß durch Vorsehen des Raums für das Öl, das seinen eigenen natürlichen Weg suchen kann, ohne nach dem Schleudervorgang wiederum die sich drehenden Teile passieren zu müssen. Jedes Zurückleiten begünstigt die Schaumbildung, was zu einem sehr schwierigen Abdichtungsproblem führt. Das offene Lagergehäuse 16 vermeidet auch ein extensives Kernen (coring) des Gußkörpers, indem der Abschnitt

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der Kompressor-Flanschplatte 78 als ein getrenntes Teil ausgebildet wird. Wie es oben beschrieben wurde, ist diese Flanschplatte um den Ringanguß auch offen, um einen wirksamen Schleudervorgang zu ermöglichen.

Es wird nunmehr auf Figur 5 verwiesen, in der ein Turbolader dargestellt ist, der insbesondere für eine Verwendung in Verbindung mit Dieselmotoren aufgebaut ist, deren Abgasschächte sich aufwärts erstrecken. Der modifizierte Turbolader ist allgemein mit 70 bezeichnet und enthält einen oberen Turbinenabschnitt 72 sowie einen unteren Kompressorabschnitt 74. Diese Abschnitte sind durch ein Lagergehäuse 76 voneinander getrennt. Der Turbinenabschnitt 72 enthält wie im Fall des Turboladers 10 ein Gehäuse 18 mit einem darin angeordneten Turbinenrad 20. Der Kompressorabschnitt 74 enthält ein Gehäuse 24 mit dem darin angeordneten Kompressorrad 28. Wie im Fall des Kompressorabschnitts 14 ist ebenfalls eine Kompressor-Flanschplatte 88 vorhanden, die in Verbindung mit dem Lagergehäuse 76 eine Abflußkammer 80 bildet.

Das Turbinenrad 20 und das Kompressorrad 28 befinden sich auf einer gemeinsamen Welle 30, die in dem Hülsenlager 32 angebracht ist. Die Dichtungen des Turboladers 70 entsprechen im wesentlichen denjenigen des Turboladers 10. Der Turbolader 70 ist jedoch insoweit modifiziert, als er eine im wesentlichen vertikale Anbringung mit unten angeordnetem Kompressorabschnitt 74 ermöglicht. Erstens ist das Lagergehäuse 76 im Vergleich zum Lagergehäuse 16 axial verlängert. Zweitens ist die Kompressor-Flanschplatte 88 im Vergleich zu einer ähnlichen Platte des Kompressorabschnitts 14 axial verkürzt gezeichnet (foreshortened). Hieraus ergibt sich, daß eine Abflußkammer 80 des Turboladers 70 im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie die Abflußkammer 44 hat. Die Zunahme der axialen Länge des Lagergehäuses 76 im Vergleich zum Lagergehäuse 16 ermöglicht jedoch, daß das Lagergehäuse 76 mit einem unmittelbar an den Kompressorabschnitt 74 angrenzenden Abflußkanal 82 versehen werden kann. Ferner bildet der die Bohrung 54 für die Druckhülse 52 bestimmende Teil der Platte 78 einen aufrecht stehenden Vorsprung 84, der über dem Schmiermittel-Pegel 86 angeord-

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net ist, während sich dieser über dem Abflußkanal 82 befindet.
Somit kann ein wirksames Abfließen von Schmiermittel aus dem Inneren des Lagergehäuses 76 bewirkt werden, ohne daß ein Überfluten der Dichtung 56 durch Schmiermittel in der Schmiermittelkammer 80 auftritt. In einer ähnlichen Weise enthält die Druckhülse 52 einen Spritzringabschnitt, der von dem angrenzenden Ende des Lagers 32 abfließendes öl von der Dichtung und der Hülse wegschleudert.

Die Vorteile des Turboladers 70 entsprechen denjenigen des Turboladers 10.

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Claims

G 52 169 -su Wallace Murray Corporation, 2 99 Park Avenue, New York, N.Y. 10017 (USA) Lagerträger Patentansprüche

1.!Lagerträger, gekennzeichnet durch ein eine Schmiermittel-Abflußkammer (44, 80) bestimmendes Gehäuse (16, 76), durch einen in die Abflußkammer vorstehenden langgestreckten Gehäuseabschnitt, dessen Enden von angrenzenden Enden des Gehäuses (16, 76) einen Abstand haben, durch einen Schmiermittel-Anguß, der einen zentralen Bereich nur des Gehäuseabschnitts mit dem Gehäuse (16, 76) verbindet, wobei abgelegene Endbereiche des Gehäuseabschnitts axial und umfangsmäßig vollständig frei von dem Gehäuse (16, 76) sind, durch von dem Gehäuseabschnitt getragene Lagermittel (32) mit jeweils einem Ende an jedem Ende des Gehäuseabschnitts, durch eine in dem Lagermittel (32) drehbar gelagerte Welle (30), die sich durch den Gehäuseabschnitt und über jedes Ende desselben hinaus erstreckt, durch einen durch den Schmiermittel-Anguß von dem Äußeren des Gehäuses (16, 76) zu dem Lagermittel (32) verlaufenden Schmiermittelkanal (38) und durch eine sich von der Schmiermittel-Abflußkammer (44, 80) öffnende Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82), wobei die Endbereiche des Gehäuseabschnitts vollständig frei geformte Mittel sind, um an den Enden des Lagermittels (32) ein Wegschleudern des Schmiermittels von der Welle (30) durchzuführen, damit das Schmiermittel zu der Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82) fließt, ohne zu der Welle (30) zurückgeleitet zu werden.

2. Lagerträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) an jedem Ende des Gehäuseabschnitts mit Mitteln (52, 64) zum radialen.und umfangsmäßigen Wegschleudern des Schmiermittels von der Welle (30) versehen ist.

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3. Lagerträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermittel (32) in Form eines einzigen, sich über die volle Länge des Gehäuseabschnitts erstreckenden Hülsenlagers ausgebildet ist.

4. Lagerträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermittel (32) in Form eines einzigen, sich über die volle Länge des Gehäuseabschnitts und darüber hinausgehend erstreckenden Hülsenlagers ausgebildet ist.

5. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82) an ein Ende des Gehäuses (16, 76) angrenzend angeordnet ist. _χ

/angrenzend

6· Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82) an ein Ende des Gehäuses (16, 76)/angeordnet ist und daß dieses eine Ende eine öffnung (50, 54), durch das die Welle (30) ragt, und einen Damm hat, der einen sich axial einwärts in die Abflußkammer (44, 80) erstreckenden inneren Vorsprung (60, 84) an dem einen Ende des Gehäuses (16, 76) bildet, wobei dieser Damm die Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82) axial überlappt und wobei das Gehäuse (16, 76) in einer aufrechten Position angebracht werden kann, ohne daß abfliessendes Schmiermittel zu der Welle (30) zurückgeleitet wird.

7. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel-Abflußöffnung (46, 82) an der von dem Schmiermittel-Anguß abgelegenen Seite der Welle (30) angeordnet ist.

8. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) an jedem Ende des Hülsenlagers (32) mit Mitteln (52, 64) zum radialen und umfangsmäßigen Wegschleudern von Schmiermittel von der Welle (30) versehen ist, wobei die Schmiermit-

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tel-Schleudermittel (52, 64) einen größeren Durchmesser als das Hülsenlager (32) haben.

9. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) eine Druckhülse (52) mit einer Spritznut hat, daß eine Schulter der Welle (30) ebenfalls eine Spritznut (64) aufweist, daß beide Spritz nuten sekundäre Spritzmittel (zum Leiten von Schmiermittel in die Abflußkammer) bilden und daß das Lagermittel (32) zwischen der Schulter sowie der Druckhülse (52) angeordnet ist.

10. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Teil eines Turboladers (10) ausmacht und daß die Welle (30) ein an den Damm (60) angrenzendes Turbinenrad (20) trägt.

11. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Teil eines Turboladers (70) ausmacht und daß die Welle (30) ein an den Damm (84) angrenzendes Kompressorrad (28) trägt.

12. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines Turboladers (10, 70) mit einem Kompressorabschnitt (14, 74) ist, daß das an diesen Kompressorabschnitt (14, 74) angrenzende Gehäuse (16, 76) offen ist und daß der Kompressorabschnitt einen Flansch (78, 88) enthält, der das offene Ende des Gehäuses (16, 76) verschließt und eine Verlängerung der Schmiermittel-Abflußkammer (44, 80) bestimmt.

13. Lagerträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel-Abflußöffnung (82) an den Flansch (88) angrenzend angeordnet ist, daß der Flansch (88) eine öffnung (54), durch die die Welle (30) greift, und einen Damm (84) hat, der einen inneren Vorsprung an dem einen Ende des Gehäuses (76) bildet, welcher sich axial einwärts in die Abflußkammer (80) bis zu einer axialen Überlappungsbeziehung in bezug auf die

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Schmiermittel-Abflußöffnung (82) erstreckt, und daß das Gehäuse (76) in einer aufrechten Position mit unten angeordnetem Kompressorabschnitt (74) angebracht werden kann, ohne daß abfließendes Schmiermittel zu der Welle (30) zurückgeleitet wird.

14. Lagerträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines Turboladers (10, 70) mit einem Kompressorabschnitt (14, 74) ist, daß das an den Kompressorabschnitt (14, 74) angrenzende Gehäuse (16, 76) offen ist und daß der Kompressorabschnitt (14, 74) einen Flansch (78, 88) enthält, der das offene Ende des Gehäuses (16, 76) verschließt und eine Verlängerung der Schmiermittel-Abflußkammer (44, 80) bestimmt.

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