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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Turbolader
und insbesondere eine Lagerrotoranordnung, die zum Stützen einer
rotierenden Welle in einem Turbolader verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Turbolader
für Benzin-
und Dieselverbrennungsmotoren sind bekannte Vorrichtungen, die in der
Technik zur Druckbeaufschlagung oder Verstärkung des zu einer Brennkammer
des Motors geleiteten Einlassluftstroms verwendet werden, indem
der Wärme-
und Volumenstrom des den Motor verlassenden Abgasstroms verwendet
wird. Insbesondere wird das den Motor verlassende Abgas so in ein
Turbinengehäuse
eines Turboladers geleitet, dass das Drehen einer abgasbetriebenen
Turbine im Gehäuse bewirkt
wird. Die abgasgetriebene Turbine ist an einem Ende einer Welle
angebracht, die einem an einem gegenüberliegenden Ende der Welle
befestigten Radialluftkompressor gemein ist. Somit bewirkt die Drehung
der Turbine auch ein Drehen des Luftkompressors in einem Kompressorgehäuse des
Turboladers, das von dem Abgasgehäuse getrennt ist. Das Drehen
des Luftkompressors bewirkt, dass Einlassluft in das Kompressorgehäuse eintritt
und in einem ausreichenden Grad druckbeaufschlagt oder verstärkt wird,
bevor sie mit Kraftstoff vermischt und in der Motorbrennkammer verbrannt
wird.
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Die
sich zwischen der Turbine und dem Kompressor erstreckende gemeinsame
Welle ist durch ein Turboladermittelgehäuse angeordnet, das eine Lageranordnung
(1) zur Erleichterung der Wellendrehung; (2) Steuerung von axial
gerichteten Wellendruckwirkungen und radial gerichteten Wellenschwingungen;
und (3) Bereitstellung der nötigen Schmierung
für die
rotierende Welle zwecks Minimierung von Reibungswirkungen und damit
verbundenem Verschleiß enthält. Die
bei Turboladeranwendungen verwendete gemeinsame Welle weist bekannterweise
Wellendrehgeschwindigkeiten in einem Bereich von 60 000 bis 80 000
U/min auf. Unter solchen Betriebsbedingungen ist es unabdinglich,
dass die Lageranordnung eine ausreichende Schmierung der Welle bereitstellt,
um die bei solch hohen Drehgeschwindigkeiten auftretenden extremen
Reibungswirkungen auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch die Betriebslebensdauer
der Welle verlängert
wird.
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Zu
in der Technik bekannten Lageranordnungen für Turboladerwellenanwendungen
gehören
Rollenlager und Kugellager, um der Hochgeschwindigkeitsdrehung der
Welle Rechnung zu tragen. Jedoch hat sich herausgestellt, dass Lageranordnungen,
die ausschließlich
solche Kugel- oder Rollenlager verwenden, nicht die gewünschte Betriebslebensdauer für Turbolader
in Fahrzeuganwendungen bereitstellen. Andere in der Technik bekannte
Lageranordnungen für
Turboladeranwendungen nutzen Gleitlager, wie zum Beispiel in der
US 4460284A offenbart. Jedoch hat sich herausgestellt, dass Gleitlager
bei solchen Anwendungen nicht ohne Beanstandungen sind, weil ihre
Ausführung
einen praktischen Grad an Wellenungleichgewicht nicht toleriert
und nicht dahingehend wirkt, durch ein solches Ungleichgewicht bewirkte
Resonanzschwingungen zu dämpfen,
wobei ein solches Ungleichgewicht für sich drehende Turboladerwellen
typisch ist. Weiterhin ist bekannt, dass die Unfähigkeit solcher Gleitlager,
einem Wellenungleichgewicht bei solch hohen Geschwindigkeiten Rechnung
zu tragen, ein Versagen des Ölfilms
und Metall-Metall-Kontakt bewirkt, wodurch auch die Betriebslebensdauer
der Welle verringert wird.
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Bei
einem Versuch, die Nachteile dieser Lagersysteme nach dem Stand
der Technik zu beheben, sind Lageranordnungen in Form einer frei
beweglichen Buchse ausgeführt
worden, die zwischen der rotierenden Welle und dem stationären Gehäusehohlraum,
der ein Rollen- oder
Kugellagersystem enthält,
angeordnet ist. Die Verwendung eines Rollen- oder Kugellagersystems
in Verbindung mit der frei beweglichen Buchse ist dahingehend konzipiert, sowohl
einen gewünschten
Grad an Schmierung der Welle bereitzustellen als auch durch die
Welle während
der Drehbewegung bei solch hohen Geschwindigkeiten verursachte Schwingungen
aufzunehmen. Des Weiteren werden bei solchen Lagersystemen Drucklagerflächen zur
Steuerung der axialen Wellenbewegung bei Drehung eingesetzt.
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Zum
Beispiel offenbart die
US-PS
4,641,977 ein Lagersystem mit einem Wälzlager, das mit einer frei
beweglichen Buchse dahingehend zusammenwirkt, die rotierende Turboladerwelle
zu stützen.
Insbesondere umfasst das Lagersystem einen Außenring mit einer integralen
einstückigen
länglichen
zylindrischen Außenlagerfläche, die
so ausgeführt
ist, dass sie drehbar auf einem Schmierfilm an ihrer Grenzfläche mit
dem Turboladergehäuse
getragen wird. Der Außenring
wirkt an einem seiner Enden mit einer frei beweglichen Buchse und
an einem gegenüberliegenden
Ende mit dem Rollenlager zusammen. Das Rollenlager ist zwischen
dem Außenring
und einem Innenring angeordnet, der konzentrisch um den Wellendurchmesser
herum angeordnet ist. Ein Ende des Außenrings neben dem Rollenlager
enthält
nach außen
ragende Flächen,
die ein stationäres
Drucklager-Maschinenelement bilden. Die Welle dreht sich in der
Anordnung zwischen dem Rollenlager und der frei beweglichen Buchse.
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Obgleich
das oben besprochene Lagersystem bekannterweise die extremen Schmier-
und Dämpfungsanforderungen,
die bei Turboladerwellenanwendungen erforderlich sind, erfüllt, eignen
sich seine Ausführung
und Konstruktion nicht für
eine kostengünstige
Produktion und Montage.
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Insbesondere
ist bei dem Versuch, die mit der Herstellung von Turboladern verbundenen
Kosten zu senken, erwünscht,
dass kostengünstige
Bauteile, anstatt speziell hergestellte Bauteile, zur Verwendung
mit dem Turbolader ausgeführt
werden.
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Deshalb
ist es wünschenswert,
dass eine Lageranordnung zur Verwendung in einem Turbolader auf
eine Weise ausgeführt
ist die: (1) die Schmieranforderungen einer rotierenden Turbinenwelle
unter Betriebsbedingungen erfüllt;
(2) die erforderliche Dämpfung
für eine
schwingende Turbinenwelle im Betrieb bereitstellt; (3) Druckflächen zur
Steuerung der Axialbewegung der Turbinenwelle bei Drehbetrieb bereitstellt;
und (4) unter Verwendung eines oder mehrerer kostengünstiger
Bauteile zur Verringerung der Turboladerbauteilkosten ausgeführt ist.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Gemäß den Grundzügen der
Erfindung ausgeführte
Turboladerrotor- und kostengünstige
Kugellageranordnungen umfassen Folgendes: (1) ein konzentrisch in
einem Lageranordnungshohlraum eines stationären Turboladerwellengehäuses und
konzentrisch um einen Turbinenwellenaußendurchmesser herum angeordnetes
ringförmiges,
rotierendes Zapfenlager; (2) einen im Hohlraum konzentrisch um die Turbinenwelle
herum neben einem Ende des rotierenden Zapfenlagers angeordneten
zylindrischen Quetschfilmdämpfer;
(3) einen im Hohlraum angeordneten (Drehverhinderungs-)Druckzapfen,
der mit dem Dämpfer
verbunden ist, um eine Axial- und Drehbewegung des Dämpfers im
Hohlraum zu verhindern; und (4) kostengünstige Kugellager, die zwischen
einem um die Turbinenwellen herum befestigten Kugellagerinnenring
und einem in einem Dämpferende
angeordneten Kugellageraußenring
angeordnet sind. Lageranordnungen der vorliegenden Erfindung schmieren
die Turbinenwelle unter Betriebsbedingungen, dämpfen durch die sich drehende
Turbinenwelle verursachte Schwingungen und steuern eine Axialdruckbewegung
der Turbinenwelle bei Betrieb durch Verwendung von kostengünstigen
Winkelkontakt-Kugellagern, ohne dass speziell ausgeführte Lager
verwendet werden müssen.
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Obgleich
Lageranordnungen der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen
Art von Hochgeschwindigkeitsmaschine verwendet werden können, die
eine Welle aufweisen, die mit hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel
60 000 bis 80 000 U/min gedreht wird, sind sie besonders gut für Anwendungen
mit Turboladern zur Verwendung in Verbrennungsmotoren geeignet.
Bei Verwendung in Turboladern wird die Lageranordnung in einem Turboladerwellengehäuse um eine
gemeinsame rotierende Welle herum angeordnet, die ein an einer in
einem Turboladerturbinengehäuse
angeordneten Turbine befestigtes Ende und ein an einem in einem
Turboladerkompressorgehäuse
angeordneten Kompressor befestigtes gegenüberliegendes Ende aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei
Bezugnahme auf die ausführliche
Beschreibung und die folgenden Zeichnungen besser verständlich;
darin zeigen:
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1 eine
Querschnittsseitenansicht einer Turboladerlageranordnung nach einer
ersten Ausführungsform,
die gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung ausgeführt
ist; und
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2 eine
Querschnittsseitenansicht einer Turboladerlageranordnung nach einer
zweiten Ausführungsform,
die gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung ausgeführt
ist.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Nunmehr
auf 1 Bezug nehmend, ist ein Turboladerrotor gemäß einer
ersten Ausführungsform
mit einer kostengünstigen
Lageranordnung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Lageranordnungshohlraum 12 angeordnet,
der sich durch eine stationäre
Turboladerwelle oder ein stationäres Turboladermittelgehäuse 14 erstreckt.
Eine gemeinsame Turbinen-/Kompressorwelle 16 ist in dem
Hohlraum 12 angeordnet und erstreckt sich in Axialrichtung
durch diesen hindurch. Eine Turbine 17 ist an einem Ende
der Welle 16 befestigt, was auf der rechten Seite in 1 gezeigt
wird, und ein Kompressor 18 ist am gegenüberliegenden
Ende der Welle 16 befestigt, was auf der linken Seite von 1 gezeigt
wird.
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Von
rechts nach links in 1 umfasst die Lageranordnung 10 ein
turbinenseitiges, rotierendes Doppelfilmzapfenlager 20,
das konzentrisch im Hohlraum 12 und konzentrisch um einen
Wellenaußendurchmesser 22 herum
angeordnet ist. Das rotierende Zapfenlager 20 kann aus
den Materialien hergestellt sein, die herkömmlicherweise bei solchen Anwendungen
verwendet werden, und liegt in Form eines kreisförmigen Rings vor, der neben
der Turbinenseite der Welle 16 im Hohlraum 12 angeordnet
ist. Das Zapfenlager 20 enthält axial gerichtete Flächen 24,
die sich nach innen verjüngen
und radial auf die Welle 16 zulaufen und die dazu konzipiert
sind, die Kontaktfläche
zwischen benachbarten axialen Wellenflächen auf ein Minimum zu reduzieren,
wodurch ungewollte Reibungs- und Verschleißwirkungen zwischen diesen
benachbarten Flächen
minimiert werden.
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Des
Weiteren enthält
das Zapfenlager 20 einen oder mehrere Schmierkanäle 26,
die sich radial durch ihn hindurch vom Hohlraum 12 zum
Wellenaußendurchmesser 22 erstrecken.
Die Schmierkanäle 26 des
Zapfenlagers sind zur Strömungsverbindung mit
einem Ölkanal 28 durch
das Wellengehäuse 14 angeordnet,
um die Beförderung
von Schmieröl
zum rotierenden Zapfenlager und zur rotierenden Welle und insbesondere
sowohl zwischen dem benachbarten Hohlraum und den rotierenden Zapfenlagerflächen als
auch zwischen dem benachbarten rotierenden Zapfenlager und den Wellenaußendurchmesserflächen zu
erleichtern. Eine Schmierung zwischen dem rotierenden Zapfenlager
und dem Hohlraum ist neben der Bereitstellung von Schmierung für die Welle
erwünscht,
weil das Zapfenlager zur Drehung im Hohlraum ausgeführt ist.
Der Außendurchmesser des
Zapfenlagers ist zur Erleichterung seiner Drehung im Hohlraum bemessen,
und sein Innendurchmesser ist zur Erleichterung der Drehung des
Wellenaußendurchmessers
darin bemessen.
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Ein
ringförmiger
Quetschfilmdämpfer 32 ist konzentrisch
im Hohlraum 12 angeordnet und weist eine allgemein zylindrische
Form auf. Der Dämpfer 32 erstreckt
sich in Axialrichtung durch den Hohlraum von einem neben dem Zapfenlager 20 angeordneten Ende 34 zu
einem Kompressorende des Hohlraums. Der Dämpfer 32 enthält eine
sich in Axialrichtung erstreckende Wand 36 mit einem Außendurchmesser, der
so bemessen ist, dass er in den Hohlraum 12 passt, und
weist einen Innendurchmesser auf, der größer bemessen ist als der Zapfenlagerinnendurchmesser,
um das Passieren von Schmiermittel zwischen dem Dämpfer und
dem Wellenaußendurchmesser 22 zu
erleichtern und so bei Wellendrehung dazwischen einen schwingungsdämpfenden Schmierfilm
zu bilden. Der Dämpfer
kann aus Materialien hergestellt werden, die herkömmlicherweise
für solche
Anwendungen verwendet werden.
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Der
Dämpfer
enthält
ein Loch 38, das sich radial durch einen Abschnitt der
Dämpferwand 36 neben
dem Kompressorende des Hohlraums erstreckt. Das Loch 38 ist
dazu vorgesehen, einer Anordnung eines Druckzapfens 40 darin
Rechnung zu tragen. Der Druckzapfen 40 ist radial im Wellengehäuse 14 angeordnet
und enthält
ein Abschlussende 42, das im Dämpferloch 38 angeordnet
ist, um zu verhindern, dass sich der Dämpfer 32 bei Turboladerbetrieb
und Wellendrehung entweder in Axialrichtung bewegt oder im Hohlraum
dreht. Der Druckzapfen 40 enthält einen mittleren Kanal 44,
der dazu ausgeführt
ist, das Passieren von Schmieröl
dadurch vom Wellengehäuse
zum Dämpfer
und Wellenaußendurchmesser
zu erleichtern. Der Hohlraum 12 enthält einen Abschnitt 46 mit
vergrößertem Durchmesser,
der sich um den Umfang herum um die Dämpferwand 36 erstreckt und
dazu ausgeführt
ist, einem Schmierölvolumen darin
zwecks Kühlung
des Dämpfers
bei der Wellendrehung Rechnung zu tragen.
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Der
Dämpfer 32 enthält einen
Abschnitt 48 mit vergrößertem Durchmesser
an einem Ende der Dämpferwand 36 gegenüber dem
Ende 24 und neben dem Hohlraumkompressorende. Der Abschnitt 48 des
Dämpfers
mit vergrößertem Durchmesser
erstreckt sich axial um eine gewünschte
Strecke zum Kompressor und weist einen Innendurchmesser auf, der
größer ist
als die Dämpferwand 36.
Der Abschnitt 48 des Dämpfers
mit vergrößertem Durchmesser
ist dazu ausgeführt,
einer Anordnung eines Lagerelementaußenrings darin Rechnung zu
tragen. Der Abschnitt 48 des Dämpfers mit vergrößertem Durchmesser
enthält
eine in Axialrichtung weisende Fläche, die an einer komplementären, in
Axialrichtung weisenden Hohlraumfläche 50 neben dem Kompressor 18 angeordnet
ist, die durch einen sich radial nach außen erstreckenden Hohlraumwandabschnitt gebildet
wird. Der Dämpfer 36 enthält einen
Schmierkanal 52 durch einen Schulterabschnitt der Dämpferwand 36,
der zwischen der Dämpferwand
und dem Dämpferabschnitt 48 mit
vergrößertem Durchmesser ausgebildet
ist. Der Schmierkanal 52 ist dazu ausgeführt, das
Passieren von Schmieröl
von dem mittleren Kanal 44 des Druckzapfens zum Wellenaußendurchmesser 22 und
insbesondere zu im Hohlraum angeordneten Lagerelementen zu erleichtern,
wie unten beschrieben. Schmiermittel fließt bei Turboladerbetrieb vom
mittleren Kanal 44 des Druckzapfens durch den Schmiermittelkanal 52 zu
der rotierenden Welle 16 und den Lagerelementen.
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Ein
Druckelement 54 passt in eine Nut 56 im Wellengehäuse 14 und
wird konzentrisch um den Dämpferabschnitt 48 mit
vergrößertem Durchmesser angeordnet.
Das Druckelement 54 liegt in Form eines kreisförmigen Rings
vor und ist mit einem axialen Ende 58 ausgeführt, das über eine
axiale Fläche
des Dämpferabschnitts 48 mit
vergrößertem Durchmesser
hinwegragt, um eine benachbarte Stopfbuchsendichtung zu berühren, wie
unten besser beschrieben.
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Die
Welle 16 enthält
einen Abschnitt 60 mit verkleinertem Durchmesser, der konzentrisch
im Dämpferabschnitt 48 mit
vergrößertem Durchmesser angeordnet
ist. Ein Kugellagerinnenring 62 ist konzentrisch um den
Wellenabschnitt 60 mit verkleinertem Durchmesser angeordnet
und enthält
eine Schulter 64 entlang einer Außendurchmesserfläche, die
so geformt ist, dass sie der Anordnung eines Innendurchmesserabschnitts
eines Lagerelements, zum Beispiel eines Kugellagers, daran Rechnung trägt. Die
Innenringschulter 64 ist dazu ausgeführt, zum Kompressor gerichtete
Wellendruckkraft über Lagerelemente
durch Winkelkontakt damit zu übertragen.
Der Lagerinnenring 62 enthält eine axiale Fläche, die
in Richtung der Turbine weist und an einer Schulter angeordnet ist,
die in der Welle an ihrem Übergang
zum Abschnitt mir verkleinertem Durchmesser ausgebildet ist.
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Ein
Kugellageraußenring 66 ist
konzentrisch im Dämpferabschnitt 48 mit
vergrößertem Durchmesser
angeordnet und weist eine Nut 68 auf, die sich entlang seiner
Innendurchmesserfläche
um den Umfang erstreckt, um der Anordnung von Lagerelementen darin
Rechnung zu tragen und deren Axialbewegung zu begrenzen. Der Lageraußenring
ist allgemein in Gestalt eines kreisförmigen Rings geformt und ist
mit Presspassung im Dämpferabschnitt 48 mit vergrößertem Durchmesser
angeordnet, so dass er bei Turboladerbetrieb axial damit festgelegt
bleibt. Der Lageraußenring 66 enthält ein erstes
axiales Ende, das an einer benachbarten Axialfläche der Dämpferschulter angeordnet ist,
und ein zweites axiales Ende, das mit einem Abschlussende des Dämpferabschnitts 48 mit
vergrößertem Durchmesser übereinstimmt.
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Mehrere
Lagerelemente 70 in Form von kostengünstigen Kugellagern sind zwischen
dem Lagerinnenring 62 und dem Lageraußenring 66 angeordnet.
Die Lagerelemente 70 können
aus in der Technik für
die Verwendung bei solchen Anwendungen bekannten herkömmlichen
Materialien bestehen und sind durch einen einstückigen Lagerelementhalter 72 zusammen
angeordnet, um eine integrale Lagerelement- und Halteranordnung
zu bilden. Die Lagerelemente 70 werden entlang einer Innendurchmesserfläche durch
die entlang dem Außendurchmesser des
Lagerinnenrings gebildete Schulter 64 und entlang einem
Außendurchmesser
durch die im Innendurchmesser des Lageraußenrings gebildete Nut 68 gestützt. Bei
einer derartigen Ausführung
kann durch die Welle bei Turboladerbetrieb übertragene Rotordruckkraft
durch die Kugelelemente über
Winkelkontakt der Kugelelemente durch sowohl den Lagerinnenring
als auch den Lageraußenring übertragen werden.
Zum Beispiel wird von der Turbine zum Kompressor übertragene
Wellendruckkraft durch Winkelkontakt mit dem Innenring auf die Lagerelemente übertragen,
die die Druckkraft wiederum auf den Außenring und den Dämpfer übertragen.
Die zum Dämpfer übertragene
Wellendruckkraft wird durch den Druckzapfen aufgenommen und kontrolliert,
wodurch eine Axialbewegung des Dämpfers
und der Welle beschränkt
werden.
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Eine
ringförmige
Stopfbuchsendichtung 74 ist konzentrisch um einen Abschnitt
der Welle 16 neben dem Lagerinnenring 62 angeordnet.
Die Stopfbuchsendichtung ist in Axialrichtung zwischen einer Kompressorgrundplatte 76 und
dem Wellengehäuse 14 angeordnet
und ist axial dazwischen durch Befestigung zwischen der Kompressorgrundplatte
und dem Wellengehäuse
befestigt. Die Stopfbuchsendichtung enthält eine in Axialrichtung weisende
Fläche 78,
die an einer in Axialrichtung weisenden Fläche des Druckelements 54 angeordnet
ist, um ein Druckflächenpaar
zu bilden. Die axialen Endflächen des
Dämpferabschnitts 48 mit
vergrößertem Durchmesser
sowie des Lageraußenrings 66 erstrecken sich
nicht axial um eine ausreichende Strecke, um die in Axialrichtung
weisende Fläche 78 der
Stopfbuchsendichtung zu berühren,
wodurch sie damit keine Druckflächen
bilden. In Anbetracht dessen werden Wellendrucklasten vom Kompressor
durch die Welle auf die Stopfbuchsendichtung übertragen, die durch den Kontakt
des Druckelements mit der in Axialrichtung weisenden Fläche 78 der
Stopfbuchsendichtung auf das Druckelement übertragen werden. Das Druckelement 54 nimmt
die Drucklast durch seine feste axiale Anordnung im Wellengehäuse 14 auf.
Die Stopfbuchsendichtung 74 enthält einen um den Umfang um einen
Stopfbuchsenaußendurchmesser
herum angeordneten kreisförmigen
Dichtungsring 80, der zwischen den Stopfbuchsenkompressorgrundplattenflächen angeordnet
ist, um dazwischen eine lecksichere Dichtung zu bilden.
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Ein
Merkmal der Lageranordnung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Verwendung kostengünstiger Kugellager zur Übertragung
von zum Kompressor gerichteten Drucklasten von der Welle auf den
Dämpfer,
wo sie aufgenommen werden, ohne dass spezielle/komplexe Lager oder
Drucklastanordnungen erforderlich sind. Insbesondere ermöglicht die
Lageranordnungsausführung,
dass Wellendrucklasten von der Turbine über Winkelkontakt zwischen
den Lagerelementen und dem Lagerinnen- und -außenring auf den Dämpfer, wo
sie durch den Druckzapfen aufgenommen und kontrolliert werden. Des
Weiteren ist die Lageranordnung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung so ausgeführt,
dass sie es gestattet, Wellendrucklasten vom Kompressor über Druckflächen zwischen
der Stopfbuchsendichtung und dem zwischen der Stopfbuchsendichtung
und dem Wellenhohlraum angeordneten Druckelement zu übertragen,
wo sie durch das Druckelement aufgenommen und kontrolliert werden.
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2 zeigt
einen Turboladerrotor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
mit einer kostengünstigen
Lageranordnung 82 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Lageranordnung 82 gemäß der zweiten Ausführungsform
umfasst die folgenden Hauptkomponenten, die mit jenen der ersten
Lageranordnung identisch sind: eine Welle 84, ein rotierendes
Zapfenlager 86, einen Quetschfilmdämpfer 88, einen Druckzapfen 90,
einen Lagerinnenring 92, Lagerelemente 94 und
einen Lageraußenring 96.
Der einzige Unterschied zwischen den Lageranordnungen der ersten und
der zweiten Ausführungsform
besteht in der Ausführung
der Stopfbuchsendichtung 98 und der Druckflächen, die
zwischen der Stopfbuchsendichtung und anderen Lageranordnungskomponenten
gebildet sind, um einer zur Turbine gerichteten Wellendrucklastübertragung
Rechnung zu tragen.
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Im
Gegensatz zur ersten Ausführungsform umfasst
die Lageranordnung 82 der zweiten Ausführungsform einen Dämpferabschnitt 100 mit
vergrößertem Durchmesser,
der ein in Axialrichtung weisendes Ende 102 aufweist, das
axial um eine ausreichende Strecke vorragt, die in Axialrichtung
weisende Fläche 104 der
Stopfbuchsendichtung zu berühren,
wodurch ein erstes Drucklastflächenpaar
gebildet wird. Der Lageraußenring 96 enthält weiterhin eine
in Axialrichtung weisende Fläche 106,
die die benachbarte, in Axialrichtung weisende Fläche 104 der
Stopfbuchsendichtung berührt,
wodurch ein zweites Drucklastflächenpaar
gebildet wird. Durch die Ausführung
und das Vorhandensein des ersten und des zweiten Drucklastflächenpaars
kann die Lageranordnung der zweiten Ausführungsform ohne das Erfordernis
eines getrennten Druckelements ausgeführt werden. Stattdessen werden
zur Turbine gerichtete Wellendrucklasten von der Stopfbuchsendichtung 98 über das
erste und das zweite Drucklastflächenpaar
auf den Dämpfer übertragen,
wo sie durch den Druckzapfen aufgenommen und kontrolliert werden.
Im Gegensatz zur Lageranordnung der ersten Ausführungsform gemäß 1,
die das Druckelement 54 bereitstellt, um zur Turbine gerichtete
Wellendrucklasten aufzunehmen, und den Druckzapfen 40,
um zum Kompressor gerichtete Drucklasten aufzunehmen, sieht die
Lageranordnung der zweiten Ausführungsform
nach 2 somit den Lagerzapfen zur Aufnahme und Kontrolle
von Wellendrucklasten in beiden axialen Richtungen vor. Andere Komponenten
und Merkmale der Lageranordnung der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung sollen mit den oben beschriebenen und in 1 dargestellten
identisch sein.
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Bei
Turboladerbetrieb und Drehbewegung der Welle funktionieren beide
Lageranordnungsausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung wie folgt. Das rotierende Zapfenlager leitet Schmieröl zur Welle
und nimmt die Drehbewegung der Welle neben der Turbine bei Drehung
zu einem geringeren Grad im Hohlraum auf. Der Dämpfer stellt einen dünnen Schmierölfilm zwischen
der Welle und dem Dämpferinnendurchmesser
bereit, um die Welle zu schmieren, und dämpft hydraulisch radiale Wellenschwingungen.
Des Weiteren leitet der Dämpfer Schmieröl von dem
Wellengehäuse
zu den Lagerelementen. Der Druckzapfen leitet Schmieröl zum Dämpfer und
zu den Lagerelementen und verhindert, dass sich der Dämpfer dreht
oder in Axialrichtung im Hohlraum bewegt wird. Der Lageraußenring,
die kostengünstigen
Lagerelemente und der Lagerinnenring ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen
Kugellagern zur Übertragung
von zum Kompressor gerichteten Wellendrucklasten auf den Dämpfer und den
Druckzapfen, wo sie aufgenommen und kontrolliert werden. Bei einer
Lageranordnung der ersten Ausführungsform
werden zur Turbine gerichtete Wellendrucklasten auf ein von dem
Dämpfer
getrenntes und zwischen der Kompressorgrundplatte und dem Wellengehäuse angeordnetes
Druckelement übertragen
und von ihm aufgenommen. Bei einer Lageranordnung der zweiten Ausführungsform
werden zur Turbine gerichtete Wellendrucklasten durch den gleichen
Druckzapfen, der zur Aufnahme und Kontrolle von zum Kompressor gerichteten
Wellendrucklasten verwendet wird, auf den Dämpfer übertragen und aufgenommen.
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Nach
der gerade erfolgten ausführlichen
Beschreibung, wie von der Patentsatzung erfordert, sind für Fachleute
Modifikationen der hier offenbarten besonderen Ausführungsformen
und Äquivalente
dafür offensichtlich.
Solche Modifikationen liegen im Schutzbereich und in der Absicht
der vorliegenden Erfindung.