WO1989002536A1 - Compresseur de suralimentation a commande mecanique pour moteurs a combustion interne - Google Patents

Compresseur de suralimentation a commande mecanique pour moteurs a combustion interne Download PDF

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WO1989002536A1
WO1989002536A1 PCT/EP1988/000782 EP8800782W WO8902536A1 WO 1989002536 A1 WO1989002536 A1 WO 1989002536A1 EP 8800782 W EP8800782 W EP 8800782W WO 8902536 A1 WO8902536 A1 WO 8902536A1
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Siegfried Winkelmann
Karl Schlichtig
Harald Breisch
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Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C35/04Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
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    • F16C35/07Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element
    • F16C35/077Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element between housing and outer race ring

Definitions

  • the invention relates to a mechanically driven L-core for an internal combustion engine with a rotor shaft which can be driven by the internal combustion engine via an input shaft and a transmission gear designed as a planetary gear, which runs coaxially to the input shaft and receives a sun gear of the planetary gear.
  • a drive of a loader via a reduction gear designed as a planetary gear of the aforementioned type is known from DE-PS 582 797.
  • a switchable friction clutch and the reduction gear are arranged in a first housing, while from there the rotor shaft, which is driven at high speed, leads to the rotor arranged in a separate housing.
  • the entire arrangement of the charger has large structural dimensions and is in no way suitable for use on an internal combustion engine operated in a motor vehicle. In addition, it is not specified in what way the rotor shaft driven at very high speed should be mounted.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a compact mechanical drive for a supercharger whose bearing on the rotor shaft should achieve the greatest possible service life despite high shaft speeds.
  • a bearing of the rotor shaft has radial and axial play relative to its reception in a section of the loader fixed to the housing.
  • the radial play of the bearing leads to a significant reduction in the residual unbalance of the rotor shaft and Sun gear resulting bearing load.
  • the degree of freedom of the rotor shaft bearing is increased in such a way that the rotor shaft can rotate about its axis of gravity. The bearing forces occurring due to the mass forces can thus be significantly reduced.
  • the axial play enables the free movement of the bearing within the radial play.
  • the radial play should be up to 0.1 mm, preferably 0.05 mm.
  • a radial clearance of this size enables the axis of rotation of the bearing to be adjusted to the axis of gravity of the rotor shaft.
  • An annular damping means can be attached so that the bearing is supported in a floating manner in the section fixed to the housing.
  • the bearing arrangement between the rotor and transmission gear leads on the one hand to a very compact construction of the drive and prevents the rotor shaft from being excited by the input shaft.
  • the bearing can have two inclined shoulder bearings, which are arranged such that they enclose a large support distance on the rotor shaft.
  • the angular contact ball bearings are able to absorb high radial and axial forces.
  • these angular contact ball bearings can be arranged in a cylindrical guide sleeve, the radial and axial play of the bearing being provided between the outer jacket of the guide sleeve and the receiving bore of the section fixed to the housing.
  • the lubricating oil supplied to the bearing or rings arranged in the annular gap are suitable or combined, these rings as At the same time, sealing elements ensure that the lubricating oil is transferred safely for storage and that the planetary gear is sealed against the charging fan.
  • a favorable axial fixation of the guide sleeve results from the fact that the guide sleeve is supported on the one hand with a radial collar on the section fixed to the housing, while on the other hand a ring is fastened to it by screwing or by clamping action.
  • the entire unit consisting of rotor, rotor shaft, angular contact ball bearing, guide sleeve and sun gear can also be preassembled and balanced. A renewed disassembly of the preassembled unit before assembly in the loader with the risk that balancing errors can occur again is therefore eliminated.
  • the angular contact ball bearings are provided with closed, bordge ' guided cages, ie the cages are guided on the inner and / or outer ring of the angular contact ball bearing, whereby the central running of the rolling bearing is improved.
  • a shaft sealing ring can be provided between the rotor shaft and the guide sleeve, which, owing to the design of its sealing lip, allows a specific charge air flow to reach the lubricating oil supply, so that the lubricating oil is under charging pressure the two angular contact ball bearings is promoted.
  • the sealing lip seals off the lubricant-carrying area from the rotor.
  • a mechanically driven charger which serves to charge an internal combustion engine (not shown) and from which it can be driven mechanically via a single-shaft 2.
  • the charger unit 1 consists of a compressor housing 3 with an axial air intake connector 4 and a tangential charge-loss connector 5.
  • a rotor 6 which is driven at high speed via a rotor shaft 7.
  • the rotor shaft 7 is driven from the input shaft 2 via a planetary gear set 8 on its sun gear 9 which is arranged on the rotor shaft 7 in a manner fixed against relative rotation.
  • the rotor shaft 7 is mounted in a transmission housing part 10.
  • the bearing of the rotor shaft 7 consists of two angular contact ball bearings 11 and 12 which are arranged between the planetary gear set 8 and the rotor 6.
  • the two angular contact ball bearings 11 and 12 surround a guide sleeve 13, which serve a radial collar 14 and a ring 15 for axially fixing the position on contact surfaces 16 of the transmission housing part 10.
  • the guide sleeve 13 is inserted with a radial clearance 17 into a receiving bore 18 of the transmission housing part 10.
  • the Axial fixations of the guide sleeve in the form of the radial collar 14 and the ring 15 have an axial play 19 with respect to the contact surfaces 16 of the gear housing 10.
  • an elastic ring 20 is arranged, which on the one hand acts as a damping means within the radial play 17 and on the other hand seals the annular gap formed by the radial play 17 with respect to the charge pressure in the compressor housing 3.
  • the loader 1 is connected via a lubricating oil line 21 to the lubricant supply to the internal combustion engine, a flow control valve 22 being arranged within this lubricating oil line 21, which keeps the quantity of lubricating oil supplied to the loader 1 constant regardless of the speed of the internal combustion engine.
  • the lubricating oil line 21 is arranged on a in the transmission housing 10
  • Lubricant bore 23 connected, which opens into a lubricant collecting space 24.
  • the guide sleeve is made on the circumference through a recess that runs like a chord.
  • the lubricating oil passes through at least one inlet bore 25 into a region between the rotor 6 and the angular contact ball bearing 11 adjacent to it. This inlet region of the lubricating oil is sealed off from the interior of the compressor housing 3 by a shaft sealing ring 26.
  • This shaft sealing ring 26 has a sealing lip towards the rotor shaft, which, viewed in cross section, has a curve curved toward the angular contact ball bearings 11 and 12, so that it lies against the rotor shaft 7 under the pressure of the lubricating oil, but somewhat of when a boost pressure occurs in the compressor housing the rotor shaft 7 lifts off and allows a partial flow of the charge air to enter which conveys the lubricating oil flowing in via the inlet bores 25 into the angular contact ball bearings 11 and 12.
  • Drain bores 28 lead from the inside of the bearing of the rotor shaft 7 to a Another lubricant collecting chamber 29, from which the lubricating oil is drained into the oil sump of the internal combustion engine via a lubricant bore 30 and a line (not shown).
  • the illustration shows that the lubricating oil from the lubricant collecting space 24 penetrates into the annular gap produced by radial play 17 on the guide sleeve and in this way provides damping, the movements of the guide sleeve 13 relative to the housing part 10.

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Description

Mechanisch angetriebener Lader für eine Brennkraft aschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanisch angetriebenen L-ader für eine Brennkraftmaschine mit einer von der Brennkraftmaschine über eine Eingangswelle und ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe antreibbaren Rotorwelle, die koaxial zur Eingangswelle verläuft und ein Sonnenrad des Planetengetriebes aufnimmt.
.Ein Antrieb eines Laders über ein als Planetengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe der vorgenannten Gattung ist aus der DE-PS 582 797 bekannt. Bei entsprechender Anordnung der Aufladeeinrichtung an der Stirnseite der Brennkraftmaschine sind in einem ersten Gehäuse eine schaltbare Reibungskupplung und das Untersetzungsgetriebe angeordnet, während von dort aus die mit hoher Übersetzung ins Schnelle angetriebene Rotorwelle zu dem in einem separaten Gehäuse angeordneten Rotor führt. Die gesamte Anordnung des Laders hat baulich große Abmessungen und eignet sich auf keinen Fall für die Anwendung an einer in einem Kraftfahrzeug betriebenen Brennkraftmaschine. Außerdem ist nicht angegeben, in welcher Weise die mit sehr hoher Drehzahl angetriebene Rotorwelle gelagert sein soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompakten mechanischen Antrieb eines Laders zu schaffen, dessen Lagerung der Rotorwelle trotz hoher Wellendrehzahlen eine größtmögliche Lebensdauer erreichen soll.
Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Lagerung der Rotorwelle gegenüber ihrer Aufnahme in einem gehäusefesten Abschnitt des Laders radiales und axiales Spiel aufweist. Das radiale Spiel der Lagerung führt zu einer deutlichen Verringerung der aus der Restunwucht der Rotorwelle und des Sonnenrades resultierenden Lagerbelastung. Aufgrund des radialen Spiels wird nämlich der Freiheitsgrad der Rotorwellen-Lagerung derart vergrößert, daß eine Rotation der Rotorwelle um ihre Schwerachse ermöglicht ist. Die aufgrund der Massenkräfte auftretenden Lagerkräfte können somit erheblich reduziert werden. Das axiale Spiel ermöglicht die freie Bewegung der Lagerung innerhalb des Radialspiels.
Weitere Ausgestaltungen der Erfingung sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 beschrieben. Danach soll das radiale Spiel bis zu 0,1 mm, vorzugsweise 0,05 mm betragen. Ein Radialspiel in dieser Größenordnung ermöglicht die Einstellung der Rotationsachse der Lagerung auf die Schwerachse der Rotorwelle. Außerdem soll in dem durch das radiale Spiel geschaffenen. Ringspalt ein Dämpfungsmittel angebracht sein, so daß sich die Lagerung schwimmend in dem gehäusefesten Abschnitt abstützt. Für eine weitere Reduzierung der Lagerbelastung ist es von Vorteil, die Rotorwelle in der erfindungsgemäßen Weise zwischen dem Rotor- und dem Übersetzungsgetriebe zu lagern. Die Lageranordnung zwischen Rotor und Übersetzungsgetriebe führt einerseits zu einer sehr kompakten Bauweise des Antriebes und verhindert die Schwingungsanregung der Rotorwelle durch die Eingangswelle.
Die Lagerung kann, zwei Schrägschulterlager aufweisen, die derart angeordnet sind, daß sie auf der Rotorwelle einen großen Stützabstand einschließen. Die Schrägkugellager sind dazu in der Lage, hohe radiale und axiale Kräfte aufzunehmen. Diese Schrägkugellager können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in einer zylindrischen Führungshülse angeordnet sein, wobei das radiale und axiale Spiel der Lagerung zwischen dem Außenmantel der Führungshülse und der Aufnahmebohrung des gehäusefesten Abschnitts vorgesehen ist. Als Dämpfungsmittel eignen sich wahlweise oder kombiniert das der Lagerung zugeführte Schmieröl oder im Ringspalt angeordnete Ringe, wobei diese Ringe als Dichtungselemente gleichzeitig für einen sicheren Übertritt des Schmieröls zur Lagerung sorgen und das Planetengetriebe gegenüber dem Ladegebläse abdichten.
Eine günstige axiale Fixierung der Führungshülse ergibt sich daraus, daß sich die Führungshülse einerseits mit einem radialen Bund an dem gehäusefesten Abschnitt abstützt, während andererseits an ihr ein Ring durch Anschrauben oder durch Klemmwirkung befestigt wird. Dadurch läßt sich, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen wird, auch die gesamte aus Rotor, Rotorwelle, Schrägkugellager, Führungshülse sowie Sonnenrad bestehende Einheit vormontieren und auswuchten. Ein erneutes Zerlegen der vormontierten Einheit vor der Montage im Lader mit der Gefahr, daß erneut Wuchtungsfehler auftreten können, entfällt somit. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Lagerung wird -weiterhin vorgeschlagen, daß die Schrägkugellager mit geschlossenen, bordge'führten Käfigen versehen sind, d. h., die Käfige sind am Innen- und/oder Außenring des Schrägkugellagers geführt, wodurch der zentrische Lauf des Wälzlagers verbessert wird.
Zur Verbesserung der Schmierölversorgung der Schrägkuggellager werden zwei alternative Möglichkeiten vorgeschlagen. Zum einen soll bei einer Schmierδlzuführung zwischen den beiden Schrägkugellagern die Lagerung zum Rotor hin über einen Wellendichtring abgedichtet sein, so daß die vom Rotor verdichtete Luft nicht das Schmieröl aus den Lagern herausblasen- kann. Zum anderen kann aber bei Zuleitung des Schmieröls im Bereich zwischen dem Rotor und dem ihm benachbarten Schrägkugellager ein Wellendichtring zwischen der Rotorwelle und der Führungshülse vorgesehen sein, der aufgrund der Ausbildung seiner Dichtlippe einen bestimmten Ladeluftstrom zur Schmierölzufuhr gelangen läßt, so daß das Schmieröl unter Ladedruck in die beiden Schrägkugellager gefördert wird. Bei fehlendem Ladedruck bzw. Saugbetrieb der Brennkraftmaschine sperrt die Dichtlippe den schmiermittelführenden Bereich gegenüber dem Rotor ab. Schließlich kann die Führungshülse an ihrem Umfang auf einem Sehnenverlauf hergestellte Ausnehmungen aufweisen, die jeweils für sich getrennt zur Schmiermittelzufuhr und -ableitung der Lagerung dienen.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt ist. In der einzigen Fig. ist mit 1 ein mechanisch angetriebener Lader bezeichnet, der zur Aufladung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine dient und von dieser aus mechanisch über eine Eingarigswelle 2 antreibbar ist. Die Laderbaueinheit 1 besteht aus einem Verdichtergehäuse 3 mit einem axialen Luftansaugstutzen 4 und einem tangential verlaufenden Ladeluststutzen 5. Im Verdichtergehäuse 3 ist weiterhin ein Rotor 6 angeordnet, der über eine Rotorwelle 7 mit hoher Drehzahl angetrieben wird. Der Antrieb der Rotorwelle 7 erfolgt von der Eingangswelle 2 her über einen Planetensatz 8 auf dessen drehfest auf der Rotorwelle 7 angeordnetes Sonnenrad 9. Die Rotorwelle 7 ist in einem Getriebegehäuseteil 10 gelagert.
Dabei besteht die Lagerung der Rotorwelle 7 aus zwei Schrägkugellagern 11 und 12, die zwischen dem Planetensatz 8 und dem Rotor 6 angeordnet sind. Dabei umgibt die beiden Schrägkugellager 11 und 12 eine Führungshülse 13, die einen radialen Bund 14 sowie einen Ring 15 zur axialen Lagefixierung an Anlageflächen 16 des Getriebegehäuseteils 10 dienen. Dabei ist die Führungshülse 13 mit einem radialen Spiel 17 in eine Aufnahmebohrung 18 des Getriebegehäuseteils 10 eingesetzt. Die axialen Fixierungen der Führungshülse in Form des radialen Bundes 14 und des Ringes 15 weisen gegenüber den Anlageflächen 16 des Getriebegehäuses 10 ein axiales Spiel 19 auf.
Zwischen der Führungshülse 13 und der Aufnahmebohrung 18 ist ein elastischer Ring 20 angeordnet, der zum einen innerhalb des radialen Spiels 17 als Dämpfungsmittel wirkt und zum anderen den durch das radiale Spiel 17 gebildeten Ringspalt gegenüber dem im Verdichtergehäuse 3 anstehenden Ladedruck abdichtet. Der Lader 1 ist über eine Schmierölleitung 21 an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossen, wobei innerhalb dieser Schmierölleitung 21 ein Stromregelventil 22 angeordnet ist, das die dem Lader 1 zugeführte Schmierölmenge unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmasσhine konstant hält. Die Schmierölleitung 21 ist an eine im Getriebegehäuse 10 angeordnete
Schmiermittelbohrung 23 angeschlossen, die in einen Schmiermittel- Sammelraum 24 einmündet. Zur Herstellung dieses Schmiermittel- Sammelraumes 24 ist am Umfang die Führungshülse durch eine Ausnehmung, die sehnenartig verläuft, hergestellt. Von diesem Schmiermittel-Sammelraum 24 gelangt das Schmieröl über zumindest eine Zulaufbohrung 25 in einen Bereich zwischen dem Rotor 6 und dem ihm benachbarten Schrägkugellager 11. Dieser Eintrittsbereich des Schmieröls ist gegenüber dem Inneren des Verdichtergehäuses 3 durch einen Wellendichtring 26 abgedichtet. Dieser Wellendichtring 26 hat zur Rotorwelle hin eine Dichtlippe, die im Querschnitt gesehen eine zu den Schrägkugellagern 11 und 12 hin gebogenen Verlauf hat, so daß sie sich unter dem Druck des Schmieröls an die Rotorwelle 7 legt, bei Auftreten eines Ladedrucks im Verdichtergehäuse hingegen etwas von der Rotorwelle 7 abhebt und einen Teilstrom der Ladeluft eintreten läßt, der das über die Zulaufbohrungen 25 zufließende Schmieröl in die Schrägkugellager 11 und 12 fördert. Aus dem Inneren der Lagerung der Rotorwelle 7 führen Ablaufbohrungen 28 zu einem weiteren Schmiermittel-Sammelraum 29, von dem aus das Schmieröl über eine Schmiermittelbohrung 30 und eine nicht dargestellte Leitung in den ölsumpf der Brennkraftmaschine abgeleitet wird.
Der Darstellung ist zu entnehmen, daß das Schmieröl aus dem Schmiermittel-Sammelraum 24 in den durch radiales Spiel 17 hergestellten Ringspalt an der Führungshülse eindringt und auf diese Weise für eine Dämpfung, der Bewegungen der Führungshülse 13 gegenüber dem Gehäuseteil 10 sorgt.
Bezu szeichen
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Claims

A n s p r ü c h e
1. Mechanisch angetriebener Lader (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer von der Brennkraftmaschine über eine Eingangswelle (2) und ein als Planetengetriebe (8) ausgebildetes Übersetzungsgetriebe antreibbaren Rotorwelle (7) , die koaxial zur Eingangswelle (2) verläuft und ein Sonnenrad (9) des Planetengetriebes (8) aufnimmt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Lagerung (11, 12) der Rotorwelle (7) gegenüber ihrer Aufnahme (18) in einem gehäusefesten Abschnitt (Getriebegehäuseteil 10) des Laders (1) radiales (17) und axiales Spiel (19) aufweist.
2. Mechanisch angetriebener Lader nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das radiale Spiel (17) urid das. axiale Spiel (19) bis zu 0,1 mm, vorzugsweise 0,05 mm, beträgt.
3. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lagerung (11, 12) mittels Dämpfungsmittel in dem durch radiales Spiel geschaffenen Ringspalt schwimmend geführt ist.
4. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lagerung (11, 12) der Rotorwelle (7) zwischen Rotor (6) und Übersetzungsgetriebe (8) angeordnet ist.
5. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lagerung zwei Schrägkugellager (11, 12) aufweist.
6. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrägkugellager (11, 12) in einer schwimmend in der Aufnahmebohrung geführten zylindrischen Führungshülse (13) angeordnet sind.
7. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüch , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dämpfungsmittel ein Teilstrom des den Schrägkugellagern (11, 12) zugeführten Schmieröls dient.
8. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dämpfungsmittel ein gleichzeitig den radialen Spalt (17) abdichtender elastischer Ring (20) dient.
9. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungshülse (13) mittels eines radialen Bundes (14), den sie an ihrem- dem Rotor (6) zugewandten Ende aufweist, und mittels eines an ihr befestigten Ringes (15) mit axialem Spiel (19) zwischen Anlageflächen (16) des gehäusefesten Abschnitts (10) geführt ist.
10. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rotor (6) mit der Rotorwelle (7), den Schrägkugellagern (11, 12), der Führungshülse (13) sowie dem Sonnenrad (9) als Einheit vormontierbar und auswuchtbar ist.
11. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrägschulterlager (11, 12) Käfige aufweisen, die am Innen- und/oder Außenring der Schrägschulterlager (11, 12) geführt sind.
12. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Rotorwelle (7) - und der Führungshülse (13) ein Wellendichtring (26) angeordnet ist und daß die Schmierölzufuhr zu den Schrägkugellagern (11, 12) in dem zwischen ihnen liegenden Bereich erfolgt.
13. Mechanisch angetriebener Lader nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß zwischen der Rotorwelle (7) und der Führungshülse (13) ein Wellendichtring (26) angeordnet ist, dessen Dichtlippe (27) unter Ladedruck von der Rotorwelle (7) abhebt, wobei die Ladeluft Schmieröl aus einer unmittelbar hinter dem Wellendichtring (26) einmündenden Zulaufbohrung (25) in die Schrägkugellager (11, 12) fördert.
14. Mechanisch angetriebener Lader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungshülse (13) an ihrem Außenmantel auf einem Sehnenverlauf hergestellte Ausnehmungen (Schmiermittel-Sammelräume 24, 29) aufweist, die jeweils getrennt mit Schmiermittelbohrungen (23, 30) für die ölzu- und -ableitung verbunden sind.
PCT/EP1988/000782 1987-09-05 1988-08-31 Compresseur de suralimentation a commande mecanique pour moteurs a combustion interne WO1989002536A1 (fr)

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DEP3729888.7 1987-09-05
DE3729888 1987-09-05

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