EP2470753A1 - Abgasnutzturbine für ein turbo-compound-system - Google Patents

Abgasnutzturbine für ein turbo-compound-system

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EP2470753A1
EP2470753A1 EP10742761A EP10742761A EP2470753A1 EP 2470753 A1 EP2470753 A1 EP 2470753A1 EP 10742761 A EP10742761 A EP 10742761A EP 10742761 A EP10742761 A EP 10742761A EP 2470753 A1 EP2470753 A1 EP 2470753A1
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EP
European Patent Office
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bearing
exhaust gas
turbine
housing
pinion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10742761A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Figler
Markus Kley
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas turbine for a turbo-compound system, that is, a system in a drive train, in particular
  • Vehicle powertrain with an internal combustion engine for driving the
  • a Abgaspiturbine in the exhaust stream, a Abgassonurbine is arranged.
  • the exhaust gas turbine can be arranged for example in the exhaust stream behind the turbine of a turbocharger or additionally drive a compressor for charging the engine.
  • the exhaust gas turbine By means of the exhaust gas turbine, the exhaust gas is deprived of energy and in
  • the present invention has for its object to provide a Abgaspiturbine for a turbo-compound system, which allows the
  • the invention is based on the knowledge that the increasing
  • Efficiency decrease is caused by the fact that in the gear transmission between the exhaust gas turbine and the output shaft of the internal combustion engine, which serves for transmitting the drive power from the exhaust gas turbine to the output shaft, which is usually designed as a crankshaft, in
  • the teeth of the pinion are more affected by this wear compared to the teeth of the gear, since the pinion has a much smaller outer diameter than the gear and thus relative to the individual tooth of the pinion this much more often rolls on the teeth of the gear than a individual tooth of the gear on the teeth of the pinion rolls.
  • the superposition of the forces from the turbine shaft dynamics and the gear forces leads to a deflection of the turbine shaft at that axial end, which is associated with the pinion. Also at its opposite axial end, a corresponding deflection of the turbine shaft take place.
  • the turbine shaft according to the invention is stored in the region of the pinion by means of a radial roller bearing despite the high rotational speeds, whereas it is mounted in the region of the impeller of the exhaust gas turbine by means of a radial plain bearing.
  • the radial clearance in the radial roller bearing are lower than in a radial plain bearing.
  • the turbine shaft is mounted in the region of the impeller by means of a floating bush in a housing which forms an outer oil-filled bearing gap with respect to the housing and an inner oil-filled bearing gap with respect to the turbine shaft and is rotatable relative to the housing and the turbine shaft, and Furthermore, the turbine shaft is mounted in the region of the pinion by means of a simple sliding bearing, thus a sliding bearing, which forms a single oil-filled bearing gap in the radial direction between the turbine shaft and the housing.
  • the housing may be the same component, in which the turbine shaft is also mounted in the region of the impeller. Alternatively, however, a separate component, referred to here as a further housing, may be provided.
  • the bearing in the region of the impeller also differs from the bearing in the region of the pinion by at least one oil-filled bearing gap.
  • the bearing in the region of the impeller is designed as a rolling bearing, which is enclosed by a sliding bearing with at least one oil-filled bearing gap and / or surrounds such a sliding bearing.
  • the bearing in the area of the pinion is as simple
  • Rolling executed, that is, in the bearing gap between the turbine shaft and the housing rolling elements are arranged, and there is no further only oil-filled bearing gap radially outside or radially provided within the rolling bearing.
  • the turbine shaft which carries the impeller of the exhaust gas turbine, which is designed in particular as a radial-axial turbine, supported in the region of the pinion by means of a Axialgleitlager
  • the Axialgleitlager and the Radialgleitlager may include the radial roller bearing in particular on both sides between them .
  • an axial roller bearing may be provided for supporting the turbine shaft, in particular in the region of the pinion, wherein a single combined axial-radial roller bearing is advantageous.
  • the thrust bearing whether designed as a rolling bearing or plain bearings, also be arranged at a different position, for example in the region of the impeller.
  • a single thrust bearing for supporting the turbine shaft is provided. Furthermore, can
  • the rolling bearing may have rolling elements made of a conventional rolling element material, in particular metal. Particularly advantageously, the rolling elements are made of ceramic.
  • rolling elements instead of balls as rolling elements, as they can be used in principle in an embodiment of the invention, rolling elements in cylindrical, conical or needle shape used, usually between an inner ring and an outer ring of the bearing. To the bearing wear of the bearing at the first
  • an oil damper can be integrated in the bearing or between the bearing and a housing in which the bearing is accommodated, and / or between the bearing and the turbine shaft.
  • Such an oil damper can be made, for example be that a bearing ring, which may be integral with the inner ring or the outer ring or may be provided in addition to this and in particular is mounted on the inner ring or the outer ring, in
  • a lubricating oil-filled annular gap is formed between the turbine shaft and the housing, and between the bearing ring and the housing and / or between the bearing ring and the turbine shaft.
  • pressure oil can be introduced into the annular gap.
  • a corresponding oil-filled annular gap may additionally or alternatively also be provided in or on the radial sliding bearing by there
  • the bearing rings have in particular a cylindrical shape, but may also have differently shaped shapes, for example a conical shape or a stepped shape.
  • the impeller of the exhaust gas turbine can be arranged,
  • Flying bearing here means that viewed in the axial direction outside of the corresponding component - pinion or impeller - no further bearing for supporting the turbine shaft and in particular for the storage of the corresponding component is provided. Under bearing in the sense of the present description are always understood such support points in the turbo-compound system in which two components rotate at different speeds to each other or in which one component rotates and the other is held stationary, that does not revolve.
  • Figure 1 shows a first inventively designed drive connection between an exhaust gas turbine and one with the output shaft of the
  • FIG. 2 shows a modified embodiment with respect to FIG. 1, in which the rolling bearing is designed as a combined axial-radial rolling bearing;
  • Figure 3 shows an embodiment according to the figure 1 with an additional
  • Crimping oil damper which encloses the radial rolling bearing in the circumferential direction
  • FIG. 4 shows an embodiment according to the second invention
  • FIG. 5 shows an embodiment according to the third invention
  • FIG. 1 shows an exhaust gas turbine 1 and its impeller 1.1 with a plurality of turbine blades 1.2, which are located in the exhaust gas flow (see FIGS
  • the exhaust gas turbine 1 is designed as a radial-axial turbine, that is, the turbine blades 1.2 are flowed radially from the outside of the exhaust, which then leaves them in the axial direction (flows).
  • the impeller 1.1 is supported by a turbine shaft 2 or is made in one piece with this.
  • the impeller 1.1 includes the Exhaust gas turbine at one axial end of the turbine shaft 2 flush with this from.
  • a pinion 3 is disposed on the turbine shaft 2 and is supported thereby.
  • the pinion 3 is pushed onto the turbine shaft 2 and is there by a suitable mechanical lock or through
  • the pinion 3 could also be made in one piece with the turbine shaft 2.
  • the pinion 3 meshes with a gear 11 which is rotatably connected to the impeller 12 of a hydrodynamic coupling 13.
  • the gear 11 is mounted together with the impeller 12 on a clutch shaft 14, that is, runs at a different speed than the shaft.
  • the clutch shaft 14 carries the turbine 15 of the hydrodynamic coupling, which together with the impeller 12 forms a hydrodynamic working space 16, rotatably.
  • the illustrated bearing of the impeller 12 of the hydrodynamic coupling or the coupling shaft 14 can be carried out independently of the configuration of the arrangement or mounting of the turbine shaft 2 in the form shown, in particular with four in the axial direction one behind the other connected rolling bearings 18, of which the two middle to a double bearing can be summarized. It is particularly pointed out that this bearing arrangement or generally the mounting of the coupling shaft 14 and the associated components in the region of the hydrodynamic coupling 13, in particular in turbo-compound systems without the invention illustrated storage of the turbine shaft of the exhaust gas turbine with a
  • Radial sliding bearing and a radial roller bearing can be performed.
  • the turbine shaft 2 is mounted in the region of the impeller 1.1 by means of a radial sliding bearing 4 and in the region of the pinion 3 by means of a radial roller bearing 5. Both bearings 4, 5 are viewed in the axial direction between the pinion 3 and the impeller 1.1 and arranged single
  • Both the radial roller bearing 5 and the radial sliding bearing 4 are enclosed by a common housing 7 in the circumferential direction.
  • the bearings can, as indicated, be supplied via a pressure oil system 19 with pressure oil or lubricating oil (without overpressure).
  • the radial sliding bearing 4 has a so-called
  • Floating bushing that is, viewed in the radial direction, two oil-filled annular gaps are arranged one behind the other.
  • One or both annular gaps may be filled with pressurized oil to exert a damping effect on the dynamic forces to which the turbine shaft 2 is subject.
  • the radial sliding bearing 4 has a bearing ring 4.1, in particular in cylindrical form, which is arranged in the radial direction of the turbine shaft 2 between the turbine shaft 2 and the housing 7, and forms the two said annular gaps 8, 9 with the housing 7 or with the turbine shaft 2 ,
  • the radial roller bearing 5 is free of such a floating bushing or a Quetschöldämpfer. Rather, the bearing outer ring (not shown) of the radial roller bearing 5 is used directly and non-rotatably in the housing 7 and the bearing inner ring (not shown) mounted directly and rotationally fixed on the turbine shaft 2. Between the bearing outer ring and the bearing inner ring a plurality of rolling elements are arranged so that the bearing outer ring and the bearing inner ring on this rolling elements (not shown) roll on each other.
  • the turbine shaft 2 is held in the axial direction by an axial sliding bearing 6. This is positioned in the region of the pinion 3 and, as shown, can be mounted on the outside of the housing 7 and, in particular, be covered by a bearing plate 20 from the outside.
  • the axial sliding bearing 6 comprises a bearing ring 6.1 which is fixedly mounted in or on the housing 7 and which is supported by means of a respective lubricating oil film on two spacers which are fixedly mounted in the axial direction on the turbine shaft 2.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that the turbine shaft 2 is free of an axial sliding bearing and that
  • Radial rolling bearing 5 at the same time has a thrust bearing function.
  • the radial roller bearing 5 (then axial-radial roller bearing) either via rolling elements on
  • FIG. 3 differs from that of FIG. 1 in that the radial roller bearing 5 is likewise provided with a so-called
  • a bearing ring 5.1 is provided for this purpose, in which the outer ring of the radial rolling bearing 5 is pressed. Between the bearing ring 5.1 and the housing 7, an annular gap is formed, which is filled with lubricating oil, in particular pressure oil. As a result, an attenuation of the turbine shaft 2 and the bearing 5 acting dynamic forces achieved, and the wear of the bearing can be reduced.
  • the bearing ring 5.1 for example, as indicated, be fixed by Seegerringe in the axial direction, similar to that for the bearing ring 4.1 of the radial slide bearing 4 shown in the figures.
  • the pressure oil in the annular gap 10 between the bearing ring 5.1 and the housing 7 can, for example, in turn be provided by the pressure oil system 19, which is in a corresponding conductive connection with the annular gap 10.
  • Turbine shaft 2 may be provided.
  • the features shown in Figures 1, 2 and 3 may be provided independently or in combinations not shown.
  • the turbine shaft 2 of a turbo-compound system according to the invention runs, for example, at speeds of up to 70,000 rpm, in particular at maximum speeds above 20,000, 30,000 or 40,000 rpm.
  • a non-contact or a touching Shaft seal such as tip-to-tip seal, labyrinth seal or with an O-ring
  • the turbine shaft 2 is mounted in the region of the impeller 1.1 by means of a floating bush 21 in a housing 22.
  • the component designated here as a floating bush 21 corresponds in its function to the bearing ring 4.1 according to FIG. 1, and accordingly the radial plain bearing 4 according to FIG.
  • the floating bushing 21 forms an oil-filled outer bearing gap 23 with respect to the housing 22 and with respect to FIG. 4
  • Turbine shaft 2 an inner oil-filled bearing gap 24. Further, the
  • a plurality of plain bearings next to the pinion 3 may be provided, in particular exactly two plain bearings, preferably one each on each side of the pinion 3, which are then either all or both executed as a simple sliding bearing, or of which only one or more, but not all, can be designed as a simple slide bearing and the remaining or the remaining in particular as a floating bush bearing.
  • An axial slide bearing 6 is also provided in the embodiment shown in FIG. 4, in this special case on the side of the simple slide bearing 25 facing away from the impeller 1.1 next to the pinion 3.
  • FIG. 5 illustrates the third approach according to the present invention.
  • the pinion 3 is not stored on the fly, but between the camp next to the pinion 3 and the bearing next to the impeller 1.1.
  • the turbine shaft 2 is mounted in the region of the rotor 1.1 by means of a roller bearing 27, which is enclosed by a sliding bearing 28 with an oil-filled bearing gap 29.
  • a sliding bearing 28 In the sliding bearing 28 rotates the outer
  • the two bearings 27, 30 according to the embodiment in Figure 5 therefore differ from each other in that the impeller bearing is mounted as a roller bearing 27 via a sliding bearing 28 with a bearing gap 29 in the housing 22 (or other suitable component), whereas the Rolling bearings 30 next to the pinion 3 is mounted directly in the housing 22 (or other suitable component), that is without the interposition of a sliding bearing.
  • Bearing gap be provided outside of the rolling bearing 27 by the rolling bearing 27 is mounted for example in a floating bush, which forms a first oil-filled bearing gap against the rolling bearing 27 and a second oil-filled bearing gap relative to the housing 22 or other suitable component.
  • a floating bush bearing could be provided with two oil-filled bearing gaps or even an oil-filled position gap.
  • the exhaust gas turbine which is in a drive connection with a compressor for fresh air of the internal combustion engine, in particular directly via a rigid shaft, and which is arranged in particular in the flow direction of the exhaust gas in front of the exhaust gas turbine, which can be used for the exhaust gas turbine shown storage concept, also regardless of the provision of a turbo-compound system
  • Turbo compressor for a turbo-compound system or for a turbocharger, in particular a motor vehicle applicable. With such a will
  • the turbine shaft expediently designates the turbine shaft as a drive shaft and the impeller is a compressor impeller, not a turbine impeller. Further, the impeller is driven by drive power introduced to the drive shaft via the pinion, and compresses a fresh air flow supplied to the engine instead of converting exhaust gas energy into drive power.
  • the drive power can be provided by a turbine, in particular an exhaust gas turbine or by the crankshaft of the internal combustion engine. Instead of an exhaust gas turbine, another gas turbine or even a steam turbine is conceivable, For example, a steam turbine in a steam cycle, wherein the steam is generated in particular by means of exhaust gas energy.
  • the features described above apply correspondingly to the inventive design of a turbocompressor.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnutzturbine (1) für ein Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Turbinenwelle (2), die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des ersten Endes ein Laufrad (1.1) zur Beaufschlagung mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors trägt, um Abgasenergie in Antriebsleistung umzuwandeln; und die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel (3) trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um die Antriebsleistung auf die Kurbelwelle zu übertragen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenwelle im Bereich des Laufrads mittels eines Radialgleitlagers (4) und im Bereich des Ritzels mittels eines Radialwälzlagers (5) gelagert ist.

Description

Abgasnutzturbine für ein Turbo-Compound-System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasnutzturbine für ein Turbo-Compound- System, das heißt ein System in einem Antriebsstrang, insbesondere
Fahrzeugantriebsstrang, mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des
Antriebsstrangs, in dessen Abgasstrom eine Abgasnutzturbine angeordnet ist. Die Abgasnutzturbine kann beispielsweise im Abgasstrom hinter der Turbine eines Turboladers angeordnet sein oder zusätzlich einen Verdichter zur Aufladung des Verbrennungsmotors antreiben.
Zum Stand der Technik wird auf die DE 10 2005 025 272 A1 , EP 0 171 882 A1 und EP 1 197 638 A2 verwiesen.
Mittels der Abgasnutzturbine wird dem Abgas Energie entzogen und in
mechanische Energie beziehungsweise in Antriebsleistung umgesetzt. Diese dient dann dem zusätzlichen Antrieb der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die in der Regel als Kurbelwelle ausgeführt ist.
Aufgrund der Abmaße und der Profilgestaltung der Abgasnutzturbinen in Turbo- Compound-Systemen wird deren Laufrad, auch Turbinenrad genannt, mit
Drehzahlen von bis zu 70.000 U/min oder im Einzelfall noch mehr betrieben.
Aufgrund dieser extrem hohen Drehzahlen wird die Turbinenwelle, auf weicher herkömmlich das Laufrad der Abgasnutzturbine gelagert ist, ausschließlich durch Gleitlager, die in der Regel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, gelagert.
Obwohl die bekannten Turbo-Compound-Systeme verschiedener Hersteller zur Zufriedenheit ihrer Kunden arbeiten, haben Vergleichsversuche nun ergeben, dass der Wirkungsgrad des Turbo-Compound-Systems über der Lebensdauer des Systems unerwünscht abnimmt. Die Ursache für diese nicht erwartete
Wirkungsgradabnahme war bisher unklar. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasnutzturbine für ein Turbo-Compound-System anzugeben, welche ermöglicht, dass der
Wirkungsgrad des Turbo-Compound-Systems über der gesamten Lebensdauer im Wesentlichen konstant hoch bleibt und die festgestellte unerwünschte Abnahme vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Abgasnutzturbine für ein Turbo- Compound-System mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zunehmende
Wirkungsgradabnahme dadurch verursacht wird, dass in dem Zahnradgetriebe zwischen der Abgasnutzturbine und der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, welches zur Übertragung der Antriebsleistung von der Abgasnutzturbine auf die Abtriebswelle, die in der Regel als Kurbelwelle ausgeführt ist, dient, in
zunehmendem Maße ein nicht optimaler Zahneingriff einzelner Zähne auftritt. Die Erfinder haben festgestellt, dass dieser nicht optimale Zahneingriff besonders im Bereich des kämmenden Eingriffs zwischen dem Ritzel auf der Turbinenwelle und einem diesem zugeordneten Zahnrad, das in der Regel einen vergleichsweise wesentlich größeren Außendurchmesser aufweist, auftritt. Diese Fehlstellung im Zahneingriff kann sogar zu einem Verklemmen der Zähne aneinander führen. Ursache hierfür ist ein frühzeitiger Verschleiß der Zähne des Ritzels, so dass diese nicht mehr in einem optimalen Eingriff mit den Zähnen des Zahnrads stehen. Dieser Verschleiß wiederum ist nach Erkenntnis der Erfinder auf eine ungünstige Überlagerung der Kräfte aus der Turbinenwellendynamik und der am Ritzel angreifenden Verzahnungskräfte zurückzuführen. Die Zähne des Ritzels sind im Vergleich zu den Zähnen des Zahnrads stärker von diesem Verschleiß betroffen, da das Ritzel einen wesentlich kleineren Außendurchmesser als das Zahnrad aufweist und somit bezogen auf den einzelnen Zahn des Ritzels dieser wesentlich öfter an den Zähnen des Zahnrads abwälzt, als ein einzelner Zahn des Zahnrads an den Zähnen des Ritzels abwälzt. Die Überlagerung der Kräfte aus der Turbinenwellendynamik und den Verzahnungskräften führt zu einer Auslenkung der Turbinenwelle an jenem axialen Ende, dem das Ritzel zugeordnet ist. Auch an ihrem entgegengesetzten axialen Ende kann eine entsprechende Auslenkung der Turbinenwelle stattfinden. Um diese unerwünschte Auslenkung zu vermeiden, ist die Turbinenwelle erfindungsgemäß trotz der hohen Drehzahlen im Betrieb im Bereich des Ritzels mittels einem Radialwälzlager gelagert, wohingegen sie im Bereich des Laufrads der Abgasnutzturbine mittels einem Radialgleitlager gelagert ist. Die Radialspiele in dem Radialwälzlager sind geringer als in einem Radialgleitlager.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Turbinenwelle im Bereich des Laufrads mittels einer Schwimmbuchse in einem Gehäuse gelagert, die einen äußeren ölbefüllten Lagerspalt gegenüber dem Gehäuse und einen inneren ölbefüllten Lagerspalt gegenüber der Turbinenwelle ausbildet und relativ gegenüber dem Gehäuse und der Turbinenwelle drehbar ist, und ferner ist die Turbinenwelle im Bereich des Ritzels mittels eines einfachen Gleitlagers gelagert, somit eines Gleitlagers, das in Radialrichtung zwischen der Turbinenwelle und dem Gehäuse einen einzigen ölbefüllten Lagerspalt ausbildet. Das Gehäuse kann dabei dasselbe Bauteil sein, in welchem die Turbinenwelle auch im Bereich des Laufrads gelagert ist. Alternativ kann jedoch auch ein separates Bauteil, hier als weiteres Gehäuse bezeichnet, vorgesehen sein.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich das Lager im Bereich des Laufrads von dem Lager im Bereich des Ritzels ebenfalls um wenigstens einen ölbefüllten Lagerspalt. So ist nämlich das Lager im Bereich des Laufrads als Wälzlager ausgeführt, das von einem Gleitlager mit wenigstens einem ölbefüllten Lagerspalt umschlossen wird und/oder ein solches Gleitlager umschließt. Das Lager im Bereich des Ritzels hingegen ist als einfaches
Wälzlager ausgeführt, das heißt in dem Lagerspalt zwischen der Turbinenwelle und dem Gehäuse sind Wälzkörper angeordnet, und es ist kein weiterer nur ölbefüllter Lagerspalt radial außerhalb oder radial innerhalb des Wälzlagers vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Turbinenwelle, die das Laufrad der Abgasnutzturbine, die insbesondere als Radial-Axial-Turbine ausgeführt ist, trägt, im Bereich des Ritzels mittels einem Axialgleitlager gelagert, wobei das Axialgleitlager und das Radialgleitlager das Radialwälzlager insbesondere beidseitig zwischen sich einschließen können. Alternativ oder zusätzlich kann ein Axialwälzlager zur Lagerung der Turbinenwelle vorgesehen sein, insbesondere im Bereich des Ritzels, wobei ein einziges kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager vorteilhaft ist. Selbstverständlich kann das Axiallager, gleich ob als Wälzlager oder Gleitlager ausgeführt, auch an einer anderen Position, beispielsweise im Bereich des Laufrads angeordnet sein. Um eine besonders günstige Ausführungsform zu schaffen, ist ein einziges Axiallager zur Lagerung der Turbinenwelle vorgesehen. Ferner können
ausschließlich zwei Radiallager vorgesehen sein, insbesondere das genannte Radialwälzlager und das genannte Radialgleitlager. Das Wälzlager kann Wälzkörper aus einem herkömmlichen Wälzkörperwerkstoff, insbesondere Metall, aufweisen. Besonders vorteilhaft sind die Wälzkörper aus Keramik gefertigt.
Gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform werden anstelle von Kugeln als Wälzkörpern, wie sie grundsätzlich auch in einer erfindungsgemäßen Ausführung verwendet werden können, Wälzkörper in Zylinder-, Kegel- oder Nadelform eingesetzt, in der Regel zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers. Um den Lagerverschleiß des Wälzlagers bei der ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsform zu verringern, kann ein Öldämpfer im Lager integriert beziehungsweise zwischen dem Lager und einem Gehäuse, in dem das Lager aufgenommen ist, und/oder zwischen dem Lager und der Turbinenwelle vorgesehen sein. Ein solcher Öldämpfer kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Lagerring, der integral mit dem Innenring oder dem Außenring ausgeführt sein kann oder zusätzlich zu diesem vorgesehen sein kann und insbesondere an dem Innenring oder dem Außenring montiert ist, in
Radialrichtung der Turbinenwelle betrachtet, zwischen der Turbinenwelle und dem Gehäuse vorgesehen ist, und zwischen dem Lagerring und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Lagerring und der Turbinenwelle ein schmierölgefüllter Ringspalt ausgebildet ist. In den Ringspalt kann insbesondere Drucköl eingebracht sein. Durch die Dämpfung des Öls kann der Lagerverschleiß verringert werden, und Geräusche können gedämpft werden.
Ein entsprechender ölgefüllter Ringspalt kann zusätzlich oder alternativ auch in beziehungsweise an dem Radialgleitlager vorgesehen sein, indem dort
entsprechend ein Lagerring angeordnet ist. Die Lagerringe weisen insbesondere eine zylindrische Form auf, können jedoch auch abweichend gestaltete Formen, beispielsweise eine Kegelform oder gestufte Form, aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist das Ritzel an einem axialen Ende der Turbinenwelle, insbesondere außerhalb eines Gehäuses, das die verschiedenen Lager
gemeinsam umschließt oder in welchem oder an welchem diese montiert sind, angeordnet, insbesondere fliegend gelagert. An dem anderen axialen Ende der Turbinenwelle kann das Laufrad der Abgasnutzturbine angeordnet sein,
insbesondere ebenfalls fliegend. Fliegende Lagerung bedeutet dabei, dass in Axialrichtung gesehen außerhalb der entsprechenden Komponente - Ritzel oder Laufrad - kein weiteres Lager zur Lagerung der Turbinenwelle und insbesondere zur Lagerung der entsprechenden Komponente vorgesehen ist. Unter Lager im Sinne der vorliegenden Beschreibung werden dabei stets solche Tragstellen in dem Turbo-Compound-System verstanden, in welchen zwei Bauteile mit verschiedener Drehzahl zueinander umlaufen beziehungsweise in denen ein Bauteil umläuft und das andere stationär gehalten ist, das heißt nicht umläuft.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine erste erfindungsgemäß ausgeführte Triebverbindung zwischen einer Abgasnutzturbine und einem mit der Abtriebswelle des
Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) in einer mechanischen Triebverbindung stehenden Ritzel gemäß einem erfindungsgemäßen Turbo-Com pou nd-System ; Figur 2 eine gegenüber der Figur 1 abgewandelte Ausführungsform, bei welcher das Wälzlager als kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager ausgeführt ist;
Figur 3 eine Ausführungsform gemäß der Figur 1 mit einem zusätzlichen
Quetschöldämpfer, der das Radialwälzlager in Umfangsrichtung umschließt;
Figur 4 eine Ausführungsform gemäß des zweiten erfindungsgemäßen
Ansatzes;
Figur 5 eine Ausführungsform gemäß des dritten erfindungsgemäßen
Ansatzes.
In der Figur 1 erkennt man eine Abgasnutzturbine 1 und deren Laufrad 1.1 mit einer Vielzahl von Turbinenschaufeln 1.2, die im Abgasstrom (siehe die
Richtungspfeile) eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) angeordnet sind.
Wie man sieht, ist die Abgasnutzturbine 1 als Radial-Axial-Turbine ausgeführt, das heißt, die Turbinenschaufeln 1.2 werden radial von außen vom Abgas angeströmt, welches diese dann in Axialrichtung verlässt (abströmt).
Das Laufrad 1.1 wird von einer Turbinenwelle 2 getragen beziehungsweise ist einteilig mit dieser hergestellt. Dabei schließt das Laufrad 1.1 der Abgasnutzturbine an einem axialen Ende der Turbinenwelle 2 bündig mit dieser ab.
Am entgegengesetzten zweiten axialen Ende der Turbinenwelle 2 ist ein Ritzel 3 auf der Turbinenwelle 2 angeordnet beziehungsweise wird von dieser getragen. Vorliegend ist das Ritzel 3 auf die Turbinenwelle 2 aufgeschoben und wird dort durch eine geeignete mechanische Verriegelung beziehungsweise durch
Abstandshalter gehalten. Alternativ könnte das Ritzel 3 auch einstückig mit der Turbinenwelle 2 hergestellt sein.
Das Ritzel 3 kämmt mit einem Zahnrad 11 , das drehfest mit dem Pumpenrad 12 einer hydrodynamischen Kupplung 13 verbunden ist. Das Zahnrad 11 ist dabei zusammen mit dem Pumpenrad 12 auf einer Kupplungswelle 14 relativgelagert, das heißt läuft mit einer anderen Drehzahl um als die Welle. Die Kupplungswelle 14 trägt das Turbinenrad 15 der hydrodynamischen Kupplung, welches zusammen mit dem Pumpenrad 12 einen hydrodynamischen Arbeitsraum 16 ausbildet, drehfest. Somit kann Antriebsleistung über das Ritzel 3, das Zahnrad 11 , das Pumpenrad 12 hydrodynamisch auf das Turbinenrad 15 übertragen werden, und von dort über die drehfest angeordnete Kupplungswelle 14 mittels dem
Kupplungswellenritzel 17 auf die Kurbelwelle (oder allgemein Abtriebswelle) des Verbrennungsmotors.
Die dargestellte Lagerung des Pumpenrads 12 der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise der Kupplungswelle 14 kann unabhängig von der Ausgestaltung der Anordnung beziehungsweise Lagerung der Turbinenwelle 2 in der gezeigten Form ausgeführt werden, insbesondere mit vier in Axialrichtung hintereinander geschalteten Wälzlagern 18, von denen die beiden mittleren zu einem Doppellager zusammengefasst sein können. Besonders wird darauf verwiesen, dass diese Lageranordnung beziehungsweise allgemein die Lagerung der Kupplungswelle 14 und der zugehörigen Bauteile im Bereich der hydrodynamischen Kupplung 13 insbesondere in Turbo-Compound-Systemen ohne die erfindungsgemäß dargestellte Lagerung der Turbinenwelle der Abgasnutzturbine mit einem
Radialgleitlager und einem Radialwälzlager ausgeführt werden kann.
Gemäß der Figur 1 ist die Turbinenwelle 2 im Bereich des Laufrads 1.1 mittels einem Radialgleitlager 4 gelagert und im Bereich des Ritzels 3 mittels einem Radialwälzlager 5. Beide Lager 4, 5 sind dabei in Axialrichtung betrachtet zwischen dem Ritzel 3 und dem Laufrad 1.1 angeordnet und die einzigen
Radiallager, mittels welchen die Turbinenwelle 2 gelagert ist, so dass sowohl das Laufrad 1.1 als auch das Ritzel 3 fliegend auf der Turbinenwelle 2 angeordnet beziehungsweise gelagert sind.
Sowohl das Radialwälzlager 5 als auch das Radialgleitlager 4 werden von einem gemeinsamen Gehäuse 7 in Umfangsrichtung umschlossen. Die Lager können dabei, wie angedeutet, über ein Druckölsystem 19 mit Drucköl oder Schmieröl (ohne Überdruck) versorgt werden.
Besonders vorteilhaft weist das Radialgleitlager 4 eine sogenannte
Schwimmbuchse auf, das heißt, in Radialrichtung betrachtet sind zwei schmierölbefüllte Ringspalte hintereinander angeordnet. Einer oder beide Ringspalte können mit Drucköl befüllt sein, um eine dämpfende Wirkung auf die dynamischen Kräfte, welchen die Turbinenwelle 2 unterliegt, auszuüben.
Beispielsweise weist das Radialgleitlager 4 einen Lagerring 4.1 , insbesondere in Zylinderform, auf, der in Radialrichtung der Turbinenwelle 2 zwischen der Turbinenwelle 2 und dem Gehäuse 7 angeordnet ist, und die beiden genannten Ringspalte 8, 9 mit dem Gehäuse 7 beziehungsweise mit der Turbinenwelle 2 ausbildet.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Radialwälzlager 5 hingegen frei von einer solchen Schwimmbuchse beziehungsweise einem Quetschöldämpfer. Vielmehr ist der Lageraußenring (nicht dargestellt) des Radialwälzlagers 5 unmittelbar und drehfest im Gehäuse 7 eingesetzt und der Lagerinnenring (nicht dargestellt) unmittelbar und drehfest auf der Turbinenwelle 2 montiert. Zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring sind eine Vielzahl von Wälzkörpern angeordnet, so dass der Lageraußenring und der Lagerinnenring über diese Wälzkörper (nicht dargestellt) aufeinander abwälzen. Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Turbinenwelle 2 in Axialrichtung durch ein Axialgleitlager 6 gehalten. Dieses ist im Bereich des Ritzels 3 positioniert und kann, wie dargestellt, außen an dem Gehäuse 7 montiert sein und insbesondere durch ein Lagerschild 20 von außen abgedeckt sein.
Vorliegend umfasst das Axialgleitlager 6 einen ortsfest im beziehungsweise am Gehäuse 7 montierten Lagerring 6.1 , der sich über jeweils einen Schmierölfilm an zwei auf der Turbinenwelle 2 in Axialrichtung ortsfest montierten Abstandshaltern abstützt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der zwei gezeigten Abstandshalter einen oder auch drei oder mehr Abstandshalter vorzusehen.
Die Ausführungsform gemäß der Figur 2 unterscheidet sich dadurch von jener der Figur 1 , dass die Turbinenwelle 2 frei von einem Axialgleitlager ist und das
Radialwälzlager 5 zugleich eine Axiallagerfunktion aufweist. Hierzu kann sich das Radialwälzlager 5 (dann Axial-Radial-Wälzlager) entweder über Wälzkörper am
Gehäuse und/oder einem axialen Ansatz der Turbinenwelle 2 abstützen oder über einen Schmierölfilm, beispielsweise wiederum zwischen einem Lagerring des Lagers 5 und Abstandshaltern auf der Turbinenwelle 2. Andere
Ausführungsformen sind denkbar.
Die Ausführungsform gemäß der Figur 3 unterscheidet sich von jener der Figur 1 dadurch, dass das Radialwälzlager 5 ebenfalls mit einer sogenannten
Schwimmbuchse ausgestattet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist hierzu ein Lagerring 5.1 vorgesehen, in welchen der Außenring des Radialwälzlagers 5 eingepresst ist. Zwischen dem Lagerring 5.1 und dem Gehäuse 7 ist ein Ringspalt ausgebildet, der mit Schmieröl, insbesondere Drucköl, gefüllt ist. Hierdurch wird eine Dämpfung der auf die Turbinenwelle 2 beziehungsweise das Lager 5 wirkenden dynamischen Kräfte erreicht, und der Verschleiß des Lagers kann vermindert werden.
Der Lagerring 5.1 kann beispielsweise, wie angedeutet, durch Seegerringe in Axialrichtung fixiert sein, ähnlich wie dies für den Lagerring 4.1 des in den Figuren dargestellten Radialgleitlagers 4 gilt. Das Drucköl in dem Ringspalt 10 zwischen dem Lagerring 5.1 und dem Gehäuse 7 kann beispielsweise wiederum durch das Druckölsystem 19, das in einer entsprechenden leitenden Verbindung mit dem Ringspalt 10 steht, zur Verfügung gestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich könnte ein entsprechender Schmieröl- oder
druckölbefüllter Ringspalt auch zwischen dem Lagerinnenring und der
Turbinenwelle 2 vorgesehen sein. Die in den Figuren 1 , 2 und 3 dargestellten Merkmale können unabhängig voneinander oder in nicht dargestellten Kombinationen vorgesehen sein.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das Radialgleitlager 4 ohne die
Schwimmbuchse auszuführen, das heißt mit einem einzigen schmierölbefüllten Ringspalt zwischen dem Gehäuse 7 und der Turbinenwelle 2. Andere
Modifikationen sind denkbar.
Die Turbinenwelle 2 eines erfindungsgemäßen Turbo-Compound-Systems läuft beispielsweise mit Drehzahlen von bis zu 70.000 U/min um, insbesondere mit maximalen Drehzahlen oberhalb von 20.000, 30.000 oder 40.000 U/min.
Die Schmieröl- beziehungsweise druckölbefüllten Lagerräume beziehungsweise Ringspalte 8, 9, 10 in den Lagern 4, 5, insbesondere der Ringspalt 10 in dem Radialwälzlager 5, können gegenüber dem Gehäuse 7 und dem jeweiligen Lagerring 5.1 , 4.1 abgedichtet, beispielsweise mit einer berührungsfreien oder einer berührenden Wellendichtung, wie Spitze-Spitze-Dichtung, Labyrinthdichtung oder mit einem O-Ring, ausgeführt sein. Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 4, bei welcher wiederum sich
entsprechende Bauteile mit sich entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind, ist die Turbinenwelle 2 im Bereich des Laufrads 1.1 mittels einer Schwimmbuchse 21 in einem Gehäuse 22 gelagert. Das hier als Schwimmbuchse 21 bezeichnete Bauteil entspricht in seiner Funktion dem Lagerring 4.1 gemäß der Figur 1 , wobei dementsprechend das Radialgleitlager 4 gemäß der Figur 1 auch als
Schwimmbuchsenlager bezeichnet werden könnte.
Wie man in der Figur 4 erkennt, bildet die Schwimmbuchse 21 gegenüber dem Gehäuse 22 einen ölbefüllten äußeren Lagerspalt 23 und gegenüber der
Turbinenwelle 2 einen inneren ölbefüllten Lagerspalt 24. Ferner ist die
Schwimmbuchse 21 relativ gegenüber dem Gehäuse 22 und gegenüber der Turbinenwelle 2 drehbar. Im Bereich des Ritzels 3 hingegen ist die Turbinenwelle 2 nur mittels eines einfachen Gleitlagers 25 im Gehäuse 22 (oder einem anderen Bauteil) gelagert, und zwischen der Turbinenwelle 2 und dem Gehäuse 22 beziehungsweise dem anderen Bauteil ist ein einziger ölbefüllter Lagerspalt 26, frei von Wälzkörpern ausgebildet. Dabei ist es erfindungsgemäß ausreichend, wenn ein einziges einfaches Gleitlager im Bereich des Ritzels 3 zur Lagerung der Turbinenwelle vorgesehen ist, wobei das Lager entweder auf der dargestellten, dem Laufrad 1.1 zugewandten Seite positioniert sein kann, oder auch auf der dem Laufrad 1.1 abgewandten Seite des Ritzels 3. Bei Ausführungsform des Laufrads 1.1 als Verdichterlaufrad, das in einen Frischluftstrom eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wie später noch erläutert werden wird, können gemäß einer abweichenden Ausführungsform auch mehrere Gleitlager neben dem Ritzel 3 vorgesehen sein, insbesondere genau zwei Gleitlager, vorteilhaft je eines auf jeder Seite des Ritzels 3, die dann entweder alle beziehungsweise beide als einfaches Gleitlager ausgeführt sind, oder von denen nur eines oder mehrere, jedoch nicht alle, als einfache Gleitlager und die verbleibenden oder das verbleibende insbesondere als Schwimmbuchsenlager ausgeführt sein können. Auch bei der in der Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist ein Axialgleitlager 6 vorgesehen, und zwar in diesem speziellen Fall auf der dem Laufrad 1.1 abgewandten Seite des einfachen Gleitlagers 25 neben dem Ritzel 3. Die Figur 5 verdeutlicht den dritten Ansatz gemäß der vorliegenden Erfindung. Diesmal ist das Ritzel 3 nicht fliegend gelagert, sondern zwischen dem Lager neben dem Ritzel 3 und dem Lager neben dem Laufrad 1.1. Selbstverständlich wäre es auch hier möglich, das Ritzel 3 fliegend zu lagern, oder umgekehrt, bei den zuvor dargestellten Ausführungsformen wäre auch eine nicht fliegende Lagerung des Ritzels 3, wie in der Figur 5 dargestellt, möglich.
Gemäß der Figur 5 ist die Turbinenwelle 2 im Bereich des Laufrads 1.1 mittels eines Wälzlagers 27 gelagert, das von einem Gleitlager 28 mit einem ölbefüllten Lagerspalt 29 umschlossen wird. Bei dem Gleitlager 28 rotiert der äußere
Lagerring des Wälzlagers 27 gegenüber der zugewandten Oberfläche des
Gehäuses 22. Wenn hingegen der äußere Lagerring des Wälzlagers 27 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stationär gehalten wird und trotzdem von einem ölbefüllten Lagerspalt 29 umschlossen wird, in den insbesondere Drucköl eingebracht ist, so wäre anstelle der Bezeichnung Gleitlager der Begriff Öldämpfer oder Quetschöldämpfer geeigneter. Ein solcher Öldämpfer wurde bereits mit Bezug auf die Figur 3 bezüglich des Lagers neben dem Ritzel 3 beschrieben.
Das Lager neben dem Ritzel 3 im Bereich des anderen Endes der Turbinenwelle 2 gemäß der Figur 5 hingegen ist als einfaches Wälzlager ohne Schwimmbuchse ausgeführt, das heißt, in diesem Lager ist kein ölbefüllter Lagerspalt ohne
Wälzkörper vorgehen. Dieses einfache Wälzlager ist mit dem Bezugszeichen 30 versehen.
Die beiden Lager 27, 30 gemäß der Ausführungsform in der Figur 5 unterscheiden sich demnach dadurch voneinander, dass das laufradnahe Lager als Wälzlager 27 über ein Gleitlager 28 mit einem Lagerspalt 29 in dem Gehäuse 22 (oder einem anderen geeigneten Bauteil) gelagert ist, wohingegen das Wälzlager 30 neben dem Ritzel 3 unmittelbar in dem Gehäuse 22 (oder einem anderen geeigneten Bauteil) gelagert ist, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Gleitlagers.
Abweichend von der Darstellung in der Figur 5 können auch zwei ölbefüllte
Lagerspalte außerhalb des Wälzlagers 27 vorgesehen sein, indem das Wälzlager 27 beispielsweise in einer Schwimmbuchse gelagert ist, die einen ersten ölbefüllten Lagerspalt gegenüber dem Wälzlager 27 und einen zweiten ölbefüllten Lagerspalt gegenüber dem Gehäuse 22 oder einem anderen geeigneten Bauteil ausbildet. Alternativ oder zusätzlich könnte auch zwischen dem Wälzlager 27 und der Turbinenwelle 2 eine solche Schwimmbuchsenlagerung mit zwei ölbefüllten Lagerspalten oder auch nur einem ölbefüllten Lagespalt vorgesehen sein.
Bei einem Turboladersystem (nicht dargestellt), dessen Abgasturbine, die in einer Triebverbindung mit einem Verdichter für Frischluft des Verbrennungsmotors steht, insbesondere unmittelbar über eine starre Welle, und die insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases vor der Abgasnutzturbine angeordnet ist, kann das vorliegend für die Abgasnutzturbine dargestellte Lagerungskonzept, ebenfalls und zwar unabhängig von Vorsehen eines Turbo-Compound-Systems
entsprechend ausgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung zuvor anhand einer Abgasnutzturbine für ein Turbo-Compound-System dargestellt wurde, ist sie ebenso bei einem
Turboverdichter für ein Turbo-Compound-System oder für einen Turbolader, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anwendbar. Bei einem solchen wird
zweckmäßig die Turbinenwelle als Antriebswelle bezeichnet und das Laufrad ist ein Verdichterlaufrad, nicht ein Turbinenlaufrad. Ferner wird das Laufrad durch über das Ritzel auf die Antriebswelle eingeleitete Antriebsleistung angetrieben und verdichtet einen dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischluftstrom, anstelle der Umwandlung von Abgasenergie in Antriebsleistung. Die Antriebsleistung kann durch eine Turbine, insbesondere Abgasturbine oder durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt werden. Anstelle einer Abgasturbine ist auch eine andere Gasturbine oder auch eine Dampfturbine vorstellbar, beispielsweise eine Dampfturbine in einem Dampfkreislauf, wobei der Dampf insbesondere mittels Abgasenergie erzeugt wird. Im Übrigen gelten die zuvor beschriebenen Merkmale entsprechend für die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Turboverdichters. Dies gilt besonders für die Anordnung und Ausführung des Lagers, insbesondere des Axiallagers beziehungsweise dessen Integration in das Radialwälzlager, sowie die Ausführung als Schwimmbuchse. Aber auch die übrigen mit Bezug auf die Abgasnutzturbine beschriebenen Merkmale können bei Ausführung als Turboverdichter angewendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
1.1 eine Turbinenwelle (2), die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des
ersten Endes ein Laufrad (1.1 ) zur Beaufschlagung mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors trägt, um Abgasenergie in Antriebsleistung umzuwandeln; und
1.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel (3) trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um die Antriebsleistung auf die Kurbelwelle zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass
1.3 die Turbinenwelle (2) im Bereich des Laufrads (1.1 ) mittels eines
Radialgleitlagers (4) und im Bereich des Ritzels (3) mittels eines
Radialwälzlagers (5) gelagert ist.
2. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
2.1 eine Turbinenwelle (2), die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des
ersten Endes ein Laufrad (1.1 ) zur Beaufschlagung mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors trägt, um Abgasenergie in Antriebsleistung umzuwandeln; und
2.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel (3) trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um die Antriebsleistung auf die Kurbelwelle zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass
2.3 die Turbinenwelle (2) im Bereich des Laufrads (1.1 ) mittels einer
Schwimmbuchse (21 ) in einem Gehäuse (22) gelagert ist, die einen äußeren ölbefüllten Lagerspalt (23) gegenüber dem Gehäuse (22) und einen inneren ölbefüllten Lagerspalt (24) gegenüber der Turbinenwelle (2) ausbildet und relativ gegenüber dem Gehäuse (22) und der Turbinenwelle (2) drehbar ist, und
2.4 im Bereich des Ritzels mittels eines einzigen einfachen Gleitlagers (25) gelagert ist, das in Radialrichtung einen einzigen ölbefüllten Lagerspalt (26) zwischen der Turbinenwelle (2) und dem Gehäuse (22) oder einem weiteren Gehäuse ausbildet.
3. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
3.1 eine Turbinenwelle (2), die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des
ersten Endes ein Laufrad (1.1 ) zur Beaufschlagung mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors trägt, um Abgasenergie in Antriebsleistung umzuwandeln; und
3.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel (3) trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um die Antriebsleistung auf die Kurbelwelle zu übertragen;
dadurch gekennzeichnet, dass
3.3 die Turbinenwelle (2) im Bereich des Laufrads (1.1 ) mittels eines
Wälzlagers (27) gelagert ist, das von einem Gleitlager (28) oder einem Öldämpfer mit einem ölbefüllten Lagerspalt (29) umschlossen wird und/oder ein solches umschließt, und
3.4 im Bereich des Ritzels (3) mittels eines einfachen Wälzlagers (30) gelagert ist, das frei von einem umschließenden oder eingeschlossenen ölbefüllten Lagerspalt eines Gleitlagers oder Öldämpfers ist.
4. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenwelle (2) ferner im Bereich des Ritzels (3) mit einem Axialgleitlager (6) gelagert ist, und dieses Axialgleitlager (6) insbesondere das einzige Axiallager, mittels welchem die Turbinenwelle (2) gelagert ist, ist.
5. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß der
Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (3) in Axialrichtung der Turbinenwelle (2) zwischen dem Axialgleitlager (6) und dem Radialgleitlager (4) angeordnet ist.
6. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (5) zusätzlich als
Axiallager ausgeführt ist, und dieses Lager insbesondere das einzige Axiallager ist, mittels welchem die Turbinenwelle (2) gelagert ist.
7. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Radialgleitlager (4) einen Lagerring (4.1 ), insbesondere Zylinderring, aufweist, der in Radialrichtung der Turbinenwelle (2) zwischen der
Turbinenwelle (2) und einem stationären, das heißt nicht umlaufenden Gehäuse (7) angeordnet ist, und sowohl zwischen dem Lagerring (4.1) und dem Gehäuse (7) als auch zwischen dem Lagerring (4.1 ) und der
Turbinenwelle (2) jeweils ein schmierölbefüllter Ringspalt (8, 9) ausgebildet ist.
8. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Radialwälzlager (5) einen Lagerring (5.1 ) aufweist, der in Radialrichtung der Turbinenwelle (2) zwischen der Turbinenwelle (2) und einem stationären Gehäuse (7) angeordnet ist, und zwischen dem Lagerring (5.1 ) und dem Gehäuse (7) und/oder zwischen dem Lagerring (5.1 ) und der Turbinenwelle (2) ein schmierölbefüllter Ringspalt (10), in welchem insbesondere ein statischer Überdruck eingestellt ist, ausgebildet ist.
9. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (5) einen Innenring und einen diesen umschließenden Außenring aufweist, zwischen welchen eine
Vielzahl von Wälzkörpern, insbesondere mit Zylinder-, Kegel- oder
Nadelform, eingebracht sind, so dass der Innenring und der Außenring über die Wälzkörper aufeinander abwälzen, und der Lagerring (5.1 ) einteilig mit dem Innenring oder dem Außenring ausgebildet ist oder an einem von diesen montiert ist, insbesondere durch Verpressen.
10. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System, gemäß Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass-das Radialwälzlager (5) eine Vielzahl von Wälzkörpern, insbesondere in Zylinder-, Kegel- oder Nadelform, aufweist, und die Wälzkörper aus Keramik hergestellt sind.
11. Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager (4, 5) und insbesondere das Axiallager (5, 6), mit welchen die Turbinenwelle (2) gelagert ist, von einem gemeinsamen Gehäuse (7) umschlossen werden und/oder an dem Gehäuse (7) montiert sind.
12 Abgasnutzturbine (1 ) für ein Turbo-Compound-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (3) und/oder das Laufrad (1.1 ) fliegend auf der Turbinenwelle (2), insbesondere jeweils am äußeren axialen Ende derselben entgegengesetzt zueinander gelagert sind.
13. Abgasnutzturbine (1 ) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (27) in einer Schwimmbuchse gelagert ist, welche
gegenüber dem Wälzlager einen inneren ölbefüllten Lagerspalt und gegenüber einem Gehäuse (22) einen äußeren ölbefüllten Lagerspalt ausbildet und relativ gegenüber dem Wälzlager (27), insbesondere eines äußeren Lagerringes desselben, und gegenüber dem Gehäuse (22) drehbar ist.
14. Strömungsverdichter für ein Turbo-Compound-System oder einen
Turbolader, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
14.1 eine Antriebswelle, die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des ersten Endes ein Laufrad zur Positionierung in einem Frischluftstrom zu einem Verbrennungsmotor trägt, um den Frischluftstrom zu verdichten; und
14.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer Turbine oder Abgasturbine in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um Antriebsleistung auf das Laufrad zu übertragen;
dadurch gekennzeichnet, dass
14.3 die Antriebswelle im Bereich des Laufrades mittels eines Radialgleitlagers und im Bereich des Ritzels mittels eines Radialwälzlagers gelagert ist.
15. Strömungsverdichter für ein Turbo-Compound-System oder einen
Turbolader, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
15.1 eine Antriebswelle, die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des ersten Endes ein Laufrad zur Positionierung in einem Frischluftstrom zu einem
Verbrennungsmotor trägt, um den Frischluftstrom zu verdichten; und
15.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer Turbine oder Abgasturbine in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um Antriebsleistung auf das Laufrad zu übertragen;
dadurch gekennzeichnet, dass
15.3 die Antriebswelle im Bereich des Laufrads mittels einer Schwimmbuchse in einem Gehäuse gelagert ist, die einen äußeren ölbefüllten Lagerspalt gegenüber dem Gehäuse und einen inneren ölbefüllten Lagerspalt gegenüber der Antriebswelle ausbildet und relativ gegenüber dem Gehäuse und der Antriebswelle drehbar ist, und
15.4 im Bereich des Ritzels mittels wenigstens einen oder eines einzigen
einfachen Gleitlagers gelagert ist, das in Radialrichtung einen einzigen ölbefüllten Lagerspalt zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse oder einem weiteren Gehäuse ausbildet.
16. Strömungsverdichter für ein Turbo-Compound-System oder einen
Turbolader, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
16.1 eine Antriebswelle, die an ihrem ersten Ende oder im Bereich des ersten Endes ein Laufrad zur Positionierung in einem Frischluftstrom zu einem Verbrennungsmotor trägt, um den Frischluftstrom zu verdichten; und
16.2 die an ihrem zweiten Ende ein Ritzel trägt, welches ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer Turbine oder Abgasturbine in eine Triebverbindung gebracht zu werden, um Antriebsleistung auf das Laufrad zu übertragen;
dadurch gekennzeichnet, dass
16.3 die Antriebswelle im Bereiches Laufrads mittels eines Wälzlagers gelagert ist, das von einem Gleitlager oder einem Öldämpfer mit einem ölbefüllten Lagerspalt umschlossen wird und/oder ein solches umschließt, und
16.4 im Bereich des Ritzels mittels eines einfachen Wälzlagers gelagert ist, das frei von einem umschließenden oder eingeschlossenen ölbefüllten
Lagerspalt eines Gleitlagers oder Öldämpfers ist.
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