WO2006066718A1 - Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006066718A1
WO2006066718A1 PCT/EP2005/012964 EP2005012964W WO2006066718A1 WO 2006066718 A1 WO2006066718 A1 WO 2006066718A1 EP 2005012964 W EP2005012964 W EP 2005012964W WO 2006066718 A1 WO2006066718 A1 WO 2006066718A1
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WO
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bearing
chamber
medium
sub
gas turbocharger
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PCT/EP2005/012964
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French (fr)
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Jens Meintschel
Martin Schlegl
Steffen Schmitt
Frank Wehinger
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Daimlerchrysler Ag
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    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and of claim 13.
  • an exhaust gas turbocharger which has an exhaust gas turbine and a compressor, wherein the exhaust gas turbine and the compressor are connected via a shaft.
  • the shaft is axially supported in a housing of the exhaust gas turbocharger via at least one bearing.
  • the bearing is formed without contact, such that the shaft is held in the operation of the exhaust gas turbocharger at a distance and almost frictionless to a housing-fixed bearing support. The distance corresponds to the thickness of a pad created by a medium present in the bearing.
  • at least one radial bearing is provided, which is arranged axially asymmetrically in the exhaust gas turbocharger.
  • the cushion In order for the bearing to function properly, the cushion must form in the bearing between the rotating shaft and the stationary, housing-side bearing support.
  • the structure of the pad requires a certain period of time, so that there is a risk in particular during transient starting operations of the exhaust-gas turbocharger that sufficient cushion has not yet formed, which is required for friction-free mounting.
  • the shaft In this operating state, the shaft will come into contact with the bearing receiver, resulting in friction which leads to an increased level of friction Starting torque and leads to wear.
  • the medium used is air. The bringing about of the equilibrium of forces in the bearing takes place through a gap, via which air can be supplied or can escape via the air.
  • the invention has for its object to produce in a very short time a balance of power in the bearing of the exhaust gas turbocharger and thus to reduce the bearing friction of the exhaust gas turbocharger, whereby the life of the bearing and the entire exhaust gas turbocharger is increased.
  • the inventive exhaust gas turbocharger according to claim 1 has to bring about the balance of forces in a camp, which is designed as non-contact, aerostatic or hydrostatic bearing and having a medium located in a chamber surrounding a rotatably connected in the chamber with the shaft of the exhaust gas turbocharger, a Groove in the shaft of the exhaust gas turbocharger, from this the medium can escape from the chamber or enter the chamber.
  • a camp which is designed as non-contact, aerostatic or hydrostatic bearing and having a medium located in a chamber surrounding a rotatably connected in the chamber with the shaft of the exhaust gas turbocharger, a Groove in the shaft of the exhaust gas turbocharger, from this the medium can escape from the chamber or enter the chamber.
  • the groove is formed as a radial groove which extends partially over the circumference of the shaft.
  • the disc separates the chamber into two mutually sealed sub-chambers, wherein each one inlet opening leads to the sub-chambers. Due to the configuration of two separate sub-chambers, no overflow of the medium from one sub-chamber into the other sub-chamber is possible. In an imbalance of forces in the bearing would be due to the overflow of the medium from one sub-chamber into the other, reduce the restoring force F R formed in the closed sub-chamber and extend the time required to bring about an equilibrium of forces in the camp.
  • Each sub-chamber has an inlet opening, via which the medium of the sub-chamber can be supplied or withdrawn at a pressure p E.
  • the pressure p E is the same at both inlet openings, so that eliminates a pressure control between the two applied to the inlet pressures.
  • two grooves e each of the disc are laterally excluded from the shaft and are partially covered by an associated radial bearing cap portion of the bearing.
  • Each sub-chamber has an associated groove from which the medium can escape or enter the sub-chamber. If there is an imbalance of forces in the bearing, the medium can escape from the sub-chamber via the groove belonging to the sub-chamber or enter the sub-chamber. Since in the case of an imbalance of forces in the bearing, the medium can emerge from only one partial chamber or can enter a partial chamber and the other sub-chamber is closed, the bearing acts self-regulating.
  • a chamber pressure-tight closing contact one of the groove edges is repealed with the associated bearing cover portion edge at an imbalance of forces in the camp.
  • the imbalance of forces in the bearing is caused by different flow conditions in the compressor and in the turbine.
  • the axial forces occurring in the compressor and in the turbine cause an axial deflection of the exhaust gas turbocharger and thereby an imbalance of forces in the bearing. It forms an outlet opening, from which it comes to the outflow of the medium from the associated sub-chamber or to flow into the associated sub-chamber.
  • the medium can escape simultaneously only from one sub-chamber and not from both sub-chambers or can flow into a sub-chamber and not into both sub-chambers at the same time, the restoring force in the corresponding chamber is ensured.
  • the bearing responds quickly to an axial force.
  • check valves are provided in the inlet openings.
  • the advantage of the check valves in the inlet openings is that at an imbalance of forces in the bearing no medium from the closed sub-chamber can escape through the inlet or medium can flow into the closed sub-chamber through the inlet and thereby the balance of power in the camp in even shorter time adjusts.
  • the bearing is designed as a thrust bearing, wherein at least one second bearing is formed on the shaft for receiving the radial forces as a radial bearing in the manner of a rolling or sliding bearing.
  • the bearing is provided near the compressor.
  • the specific media sizes of the medium are temperature dependent and are subject to lower temperatures and temperature variations near the compressor than on the turbine side.
  • the medium is a compressible or incompressible medium, such as air or oil.
  • the required medium can be taken from the circuits already provided in the internal combustion engine. If the medium is air, it is removed from the air circuit of the internal combustion engine, for example after the compressor of the exhaust gas turbocharger. If the required medium is oil, it is taken from the oil circuit of the internal combustion engine and the returns from the outlet openings via existing return channels in the oil circuit of the internal combustion engine.
  • an axial extent a N of the grooves is greater than an axial extent a L of the associated bearing cover sections.
  • the bearing is designed such that the groove edges with the associated Lagerdeckelab4.000skante an inner surface of the associated sub-chamber produces a pressure-tight closing the chamber contact.
  • a pressure p in the sub-chamber with the outlet opening is smaller than the pressure p in the closed sub-chamber, so that in the closed sub-chamber a restoring force F R sets, which brings about the balance of forces in camp.
  • the bearing is designed such that the groove edges with the associated Lagerdeckelab4.000skante an outer surface of the associated sub-chamber produces a chamber pressure-tight contact closing.
  • an axial force acting on the bearing forms a Inlet through which the medium from the corresponding sub-chamber can flow. It flows more medium into the sub-chamber than can be sucked, so that in this sub-chamber, a greater pressure p is set than in the closed sub-chamber.
  • the equilibrium of forces in the bearing is generated by the restoring force F R applied in the open chamber.
  • the inventive exhaust gas turbocharger according to claim 13 has to bring about the balance of forces in a camp which is designed as non-contact, aerostatic or hydrostatic bearing and having a chamber located in a medium surrounding a rotationally fixed in the chamber with the shaft of the exhaust gas turbocharger, a Outlet opening on a bearing shell, from which the medium can escape from the chamber.
  • a camp which is designed as non-contact, aerostatic or hydrostatic bearing and having a chamber located in a medium surrounding a rotationally fixed in the chamber with the shaft of the exhaust gas turbocharger, a Outlet opening on a bearing shell, from which the medium can escape from the chamber.
  • the disc separates the chamber into two mutually sealed sub-chambers, wherein each one inlet opening leads to the sub-chambers. Due to the configuration of two separate sub-chambers, no overflow of the medium from one sub-chamber into the other sub-chamber is possible. At a Force imbalance in the bearing would be due to the overflow of the medium from one sub-chamber into the other, reduce the restoring force F R formed in the closed sub-chamber and extend the time required to bring about an equilibrium of forces in the camp.
  • Each sub-chamber has an inlet opening, via which the medium of the sub-chamber with a pressure p E can be fed. The pressure p E is the same at both inlet openings, so that eliminates a pressure control between the two applied to the inlet pressures.
  • the outlet opening is closed at a balance of forces in the bearing of the disc.
  • the disc In an imbalance of forces in the bearing due to an axial force, the disc is offset to its position assumed at a balance of power in the chamber, so that the Austritts ⁇ réelle is released immediately. This allows a short reaction time of the bearing to restore a balance of forces in the camp.
  • the bearing is designed so that at an imbalance of forces in the camp, the medium can only flow out of a sub-chamber. Characterized in that the medium can escape simultaneously only from a sub-chamber and not from both sub-chambers, which is established in the corresponding chamber restoring force is guaranteed.
  • check valves are provided in the inlet openings.
  • the advantage of the check valves in the inlet openings is that at an imbalance of forces in the bearing no medium from the closed sub-chamber via the inlet opening can escape and thereby sets the balance of power in the camp in even less time.
  • the bearing is designed as a thrust bearing, wherein at least one second bearing is formed on the shaft for receiving the radial forces as a radial bearing in the manner of a rolling or sliding bearing.
  • the bearing is provided near the compressor.
  • the specific media sizes of the medium are temperature dependent and are exposed to lower temperatures and temperature variations near the compressor than on the turbine side.
  • the medium is a compressible or incompressible medium, such as air or oil.
  • the required medium can be taken from the circuits already provided in the internal combustion engine. If the medium is air, it is removed from the air circuit of the internal combustion engine, for example after the compressor of the exhaust gas turbocharger. If the required medium is oil, it is taken from the oil circuit of the internal combustion engine and the returns from the outlet openings via existing return channels in the oil circuit of the internal combustion engine.
  • the bearing is designed such that an overpressure is applied to the production of an equilibrium of forces in the bearing at the inlet openings. By an axial force acting on the bearing, the outlet opening is released via which the medium can escape from the corresponding sub-chamber.
  • a pressure p in the sub-chamber with the outlet opening is smaller than the pressure p in the closed sub-chamber, so that in the closed sub-chamber a restoring force F R sets, which brings about the balance of forces in camp.
  • Fig. 1 shows a section through an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment of the invention, in which a balance of forces prevails in the bearing,
  • Fig. 2 shows a section through the exhaust-gas turbocharger according to the first embodiment of the invention, in which an axial force pointing to the compressor acts on the bearing and generates an imbalance of forces in the bearing,
  • Fig. 3 shows a section through the exhaust-gas turbocharger according to the first embodiment of the invention, in which an axial force pointing toward the turbine acts on the bearing and an imbalance of forces in the bearing generated ,
  • Fig. 4 shows a section through the exhaust gas turbocharger according to a second embodiment of the invention, in which a balance of forces prevails in the bearing
  • Fig. 5 shows a section through the exhaust-gas turbocharger according to the second embodiment of the invention, in which an axial force pointing towards the compressor acts on the bearing and generates a force imbalance in the bearing,
  • Fig. 6 shows a section through the exhaust-gas turbocharger according to the second embodiment of the invention, in which an axial force pointing towards the turbine acts on the bearing and generates an imbalance of forces in the bearing,
  • Fig. 7 the exhaust gas turbocharger according to FIG. 1 with check valves
  • Fig. 8 is an exploded view of the exhaust gas turbocharger according to FIG. 1 .
  • Fig. 9 a shaft of the exhaust gas turbocharger provided with several grooves
  • Fig. 10 is a section through the exhaust gas turbocharger according to a third embodiment of the invention, in which there is a balance of forces in the camp,
  • Fig. 11 is a section through the exhaust gas turbocharger according to the third embodiment of the invention, in which an axial, to the compressor facing force the bearing acts and produces an imbalance of forces in the bearing and
  • Fig. 12 the exhaust gas turbocharger according to FIG. 10 with check valves.
  • FIGS. 1 to 12 all identical or identically acting components are provided with the same reference numerals.
  • the Fig. 1 shows a first embodiment according to the invention of an exhaust-gas turbocharger 10 in a sectional view with a compressor 1 and a turbine 3, wherein the compressor 1 and the turbine 3 are connected to each other in a rotationally fixed manner via a shaft 5.
  • the exhaust gas turbocharger 10 is supported axially via a bearing 20, which is arranged close to the compressor in particular.
  • the bearing 20 is housed in an exhaust gas turbocharger housing, not shown, of the exhaust gas turbocharger 10 and is supported there.
  • the design of the bearing 20 is designed so that the bearing 20 self-adjusting an equilibrium of forces in the bearing 20 causes as soon as an imbalance of forces in the bearing 20 due to an axially acting on the bearing 20 force.
  • the bearing 20 is designed as a non-contact, aerostatic or hydrostatic thrust bearing, which can absorb the axially acting forces that arise due to different flow conditions at the compressor 1 and at the turbine 3.
  • An aerostatic or hydrostatic bearing means a bearing in which a compressible or incompressible medium, for example air or oil, is pressed from the outside through openings in the bearing. Likewise, the medium can be withdrawn from an aerostatic bearing via a negative pressure at the openings.
  • at least one radial bearing 57 is necessary, which is shown schematically in Figures 1 to 7 and in Figures 10 to 12.
  • the bearing 20 is designed as a rotationally symmetrical, hollow cylinder with an outer diameter D 1 ⁇ and a width B L and has a medium containing 21, cylindrical chamber 22.
  • the chamber 22 is bounded on the compressor side by a first bearing cap 12, on the turbine side by a second bearing cap 13 and over its circumference by a bearing shell 14.
  • a rotatably connected to the shaft 5 disc 27 is housed with a disc diameter D 3 .
  • the outer diameter D 1A of the bearing 20 is substantially larger than its width B Li, for example, about ten times as large.
  • the first bearing cap 12 and the second bearing cap 13 has centrally a first opening 28 and a second opening 29, in which the shaft 5 is received.
  • the first bearing cap 12 has, facing the disk 27, a first inner surface 42 facing the compressor 1 and a first outer surface 44 facing the compressor 1.
  • the second bearing cap 13 has, facing the disc 27, a second inner surface 43 and the turbine 3 facing a second outer surface 45.
  • the bearing caps 12, 13 have, in the region of the associated openings 28, 29, a first bearing cap portion 34 or a second bearing cap portion 35, each having an axial extent a L.
  • the first bearing cap portion 34 is the first bearing cap 12 and the second bearing cap portion 35 is associated with the second bearing cap 13.
  • the first bearing cover section 34 has on its inner surface 42 at the first opening 28 a first bearing cover section edge 38.
  • Bearing cap portion 35 has on its inner surface 43 at the second opening 29 on a second Lagerdeckelabitesskante 39.
  • the disk 27 divides the chamber 22 into two sub-chambers sealed from one another, a first sub-chamber 32 and a second sub-chamber 33.
  • the medium 21 is supplied to the first sub-chamber 32 via a first inlet opening 23.
  • the medium 21 is supplied to the second sub-chamber 33 via a second inlet opening 24.
  • the disk diameter D 3 of the disk 27 corresponds approximately to an inner diameter D K i of the chamber 22, and is so large that a gap 50 is present between the casing inner surface 15 and the disk 27.
  • the gap 50 prevents friction between the shell inner surface 15 and the disc 27 and is so large that, taking into account minimal gap losses, the two sub-chambers 32, 33 are sealed from each other.
  • the gap 50 is on the order of 0, 1 to 0, 01 mm ago.
  • a groove, a first groove 30 and a second groove 31 are excluded on the compressor side and turbine side next to the disc 27 each.
  • the two grooves 30, 31 are formed as a radial groove with an axial extent a N and extend only partially over the circumference of the shaft 5.
  • the first groove 30 faces at one of the disk 27 Side on a surface of the shaft 5, a first groove edge 36.
  • the second groove 31 has on a side facing the disc 27 on the surface of the shaft 5, a second groove edge 37.
  • the axial extent a N of the grooves 30, 31 and their radial penetration depth a r in the shaft 5 depend on the medium 21 and the power of the exhaust gas turbocharger 10.
  • the grooves 30 and 31 are at least partially of the associated
  • the same pressure p ⁇ is present, whereby the bearing 20 is in equilibrium of forces.
  • the exhaust gas turbocharger 10 is shown in a position in which there is no equilibrium of forces in the bearing 20, but an axial, facing the compressor 1 Force F ax acts on the bearing 20.
  • the disc 27 By the force of the force F ax , the disc 27 is displaced within the chamber 22 to the left and eccentrically in the chamber 22.
  • pressure-tight contact closing the second groove edge 37 of the second groove 31 with the second bearing cap portion edge 39 of the second bearing cap portion 35 is released and it is an outlet opening 26 between the second groove edge 37 and the second Lagerdeckelabitesskante 39 is released, which is referred to as the second outlet opening.
  • the medium 21 now flows out of the second sub-chamber 33 through the second outlet opening 26 in the direction of an indicated flow arrow 51.
  • the outflowing medium 21 causes a pressure loss in the second sub-chamber 33, whereby the pressure p 2 i in the second sub-chamber 33 is lower than the pressure pn in the first sub-chamber 32.
  • a pressure difference ⁇ pi causes a restoring force F R in the first sub-chamber 32 the disc 27 until it assumes a central position in the chamber 22 and in the bearing 20 is a balance of forces, where the pressure difference Ap 1, the pressure p u in the first sub-chamber 32 minus the pressure p 2 i in the second sub-chamber 33 to understand is.
  • FIG. 3 shows a position of the exhaust-gas turbocharger 10 in which an axial force F ax pointing toward the turbine 3 acts on the bearing 20 and an imbalance of forces prevails in the bearing 20.
  • the disc 27 By the force of the force F ax , the disc 27 is displaced within the chamber 22 and is eccentrically displaced to the right in the chamber 22 before.
  • pressure-tight closing contact of the first Groove edge 36 of the first groove 30 with the first bearing cover section edge 38 repealed and there is an outlet opening 25 between the first groove edge 36 and the first bearing cover portion edge 38 is released, which is hereinafter referred to as the first outlet opening.
  • the outflowing medium 21 causes a pressure loss in the first sub-chamber 32, whereby the pressure Pi 2 in the first sub-chamber 32 is smaller than the pressure P 22 in the second sub-chamber 33.
  • a pressure difference Ap 2 causes in the second sub-chamber 33 a restoring force F R on the disc 27 until it occupies a central position in the chamber 22 and in the bearing 20 is a balance of forces, wherein under pressure difference
  • Figures 1, 2 and 3 show a first embodiment of the exhaust gas turbocharger 10 according to the invention, in the force equilibrium in the bearing 20, the first inner surface 42 of the chamber 22 with the associated first
  • FIGS. 4, 5 and 6 show a second exemplary embodiment of the exhaust-gas turbocharger 10 according to the invention.
  • first groove edge 36 of the first groove 30 lies on the side of the first groove 30 facing the compressor 1 on the surface of the shaft 5 and the second groove edge 37 of the second groove 31 lies on the side of the groove 31 facing the turbine 3 on the surface of the shaft 5.
  • the first bearing cap portion 34 has on its outer surface 44 at the first opening 28, the first bearing cap portion edge 38.
  • Bearing cap portion 35 has on its outer surface 45 at the second opening 29, the second Lagerdeckelabsacrificingskante 39.
  • first groove 30 and the second groove 31 both in the first embodiment of Figures 1, 2 and 3 and in the second embodiment of Figures 4, 5 and 6 extend beyond the associated bearing cap portion 34 and 35 also.
  • first embodiment with an equilibrium of forces in the bearing 20, a part of the grooves 30, 31 not covered by the bearing cover sections 34, 35 lies outside the chamber 22.
  • the second embodiment in the case of an equilibrium of forces in the bearing 20, that of the
  • Fig. 4 is the chamber 22 of the second embodiment by a pressure-tight closing contact of the first bearing cap portion edge 38 of the first outer surface 44 of the first sub-chamber 32 with the first groove edge 36 of the first Groove 30 and the second bearing cap portion edge 39 of the second outer surface 45 of the second sub-chamber 33 with the second groove edge 37 of the second groove 31 is closed.
  • the pressure p E at the outflow openings 23, 24 is applied as a negative pressure, so that the medium 21 is sucked out of the chamber 22.
  • the equilibrium of forces in the bearing 20 is brought about by applying a negative pressure p E to the outflow openings 23 and 24, so that the medium 21 can be aspirated.
  • a negative pressure p E to the outflow openings 23 and 24, so that the medium 21 can be aspirated.
  • the medium 21 does not escape, as in the first embodiment from the first sub-chamber 32 or second sub-chamber 33 via the associated outlet opening 25 and 26, but in the first sub-chamber 32 or second sub-chamber 33 via the associated inflow opening 25 and 26 respectively flows in.
  • FIG. 5 shows a section through the exhaust-gas turbocharger 10 according to the second exemplary embodiment, in which an axial force F ax acting on the compressor 1 acts on the bearing 20 and an imbalance of forces prevails in the bearing 20.
  • the first sub-chamber 32 has the first inflow opening 25, through which the medium 21 can flow into the first sub-chamber 32.
  • a pressure difference Ap 3 causes a restoring force F R on the disk 27 until it again assumes a central position in the chamber 22 and a balance of forces is present in the bearing 20, wherein the pressure difference
  • FIG. 6 shows a section through the exhaust-gas turbocharger 10 according to the second exemplary embodiment, in which an axial force F ax pointing toward the turbine 3 acts on the bearing 20 and generates a force imbalance in the bearing 20.
  • the second sub-chamber 33 has a second inflow opening 26, through which the medium 21 can flow into the second sub-chamber 33.
  • Fig. 7 is the first embodiment of the exhaust gas turbocharger 10 according to the invention, as shown in FIG. 1, shown.
  • j e is a check valve 40; 41 housed.
  • the Fig. 8 shows an exploded view of the exhaust gas turbocharger 10 for further explanation.
  • Fig. 10 shows a section through a third exemplary embodiment of the exhaust-gas turbocharger 10 according to the invention, in which a balance of forces prevails in the bearing 20.
  • the shaft 5 is designed without a groove in this embodiment.
  • the bearing shell 15 has axially centrally an outlet opening 25. At the inlet openings 23, 24, the pressure p E is applied as overpressure.
  • the outlet opening 25 is designed for example as a bore, which is excluded from the bearing jacket 15.
  • An opening cross-section 251 of the outlet opening 25 is approximately as large as a width Bs of the disc 27, that in the equilibrium of forces in the bearing 20, the cross-section 251 is covered by the disc 27, so that no medium 21 can escape from the outlet opening 25.
  • FIG. 11 shows a section through the exhaust-gas turbocharger 10 according to the third exemplary embodiment, in which an axial force pointing towards the compressor 1 acts on the bearing 20 and generates an imbalance of forces in the bearing 20.
  • the disc 27 By the force of the force F ax , the disc 27 is displaced within the chamber 22 to the left and is eccentrically in the chamber 22.
  • the outlet opening 25 is released in the bearing shell 14, so that the medium 21 from the second Partial chamber 33 can flow through the outlet opening 25 in the direction of the indicated flow arrow 51.
  • the first sub-chamber 32 is closed pressure-tight.
  • the outflowing medium 21 causes a pressure loss in the second sub-chamber 33, whereby the pressure p 2 s in the second sub-chamber 33 is lower than the pressure Pi 5 in the first
  • Partial chamber 32 Partial chamber 32.
  • a pressure difference Ap 5 causes in the first sub-chamber 32 a restoring force F R on the disc 27 until it occupies a central position in the chamber 22 again and the inlet opening 25 closes.
  • the pressure difference Ap 5 is understood to mean the pressure p 15 in the first sub-chamber 32 minus the pressure p 2 s in the second sub-chamber 33. In camp 20 is now again a balance of power.
  • Fig. 12 is the third embodiment of the invention according to FIG. 10 with housed in the inlet openings 23 and 24 check valves 40, 41 shown.
  • the check valve 40; 41 in FIGS. 7 and 12 may be, for example, a spring-loaded poppet valve with a ball 47.
  • the check valve 40; 41 also be a spring-loaded seat valve with a cone.
  • the check valves 40, 41 are designed as spring-loaded seat valves with a ball 47. They are housed in the valve seats having inlet openings 23, 24 that the disc 27 facing springs 46, the balls 47 sealingly against the outer surfaces 44, 45 facing valve seats, thus no medium 21 from the sub-chambers 32, 33 via the inlet openings 23, 24th can escape.
  • the check valves 40 and 41 are for the second embodiment of the exhaust gas turbocharger 10 according to FIG. 4 in the outflow openings 23 and 24 to introduce so that no medium 21 can flow into the sub-chambers 32, 33.
  • the check valves 40, 41 in the valve seats having discharge ports 23, 24 to accommodate so that, for the example of a spring-loaded ball valve as a check valve 40; 41, the ball 47 of the disc 27 and the Spring 46 of outer surface 44; 45 faces and the ball 47 sealingly against the valve seat of the discharge opening 23; 24 is pressed so that no medium 21 can flow into the sub-chambers 32, 33 via the outflow openings 23, 24.
  • the radial bearing 57 and the bearing 20 are provided close to the compressor for the three embodiments. Due to the high temperatures of the turbine 3 acting on exhaust gas resulting in the turbine 3 higher component temperatures than for the compressor 1. These high temperatures can be on a arranged in the vicinity of the turbine 3 bearing, the bearing 20 or the radial bearing 57, negative in terms its lifetime and its load capacity, since there is a change in the specific substance sizes of the medium 21 and the lubricant located in the radial bearing 57.
  • the inlet openings 23, 24 and the outflow openings 23, 24 have in the embodiments shown here a round cross-section.
  • the inlet openings 23, 24 or the outflow openings 23, 24 may also have a cross section in the form of a slot or have an oval cross section.
  • the bearing caps 12, 13 have a plurality of inlet openings or outflow openings, so that, for example, a larger amount of the medium 21 in the chamber 22 can be inserted or sucked.
  • the medium 21 may be both a compressible medium such as air and an incompressible medium such as oil.
  • only one compressible medium is used as the medium 21.
  • oil is used as the medium 21, then this oil can be taken from the oil circuit of the internal combustion engine, not shown, where it eventually reaches the outlet openings 25, 26 of the bearing 20 again at the outlet.
  • air can be taken from the air circuit of the internal combustion engine (not shown). Preferably, the air is removed from the air circuit directly behind the compressor 1 or directly behind a charge air cooler not shown in detail of the internal combustion engine, not shown.
  • the pressure p E is the same at both inlet openings 23, 24 and discharge openings 23, 24. A pressure control between the two at the inlet openings 23, 24 and discharge ports 23, 24 applied pressure is eliminated.
  • the pressure p E of the medium 21 applied at the inlet openings 23, 24 or outflow openings 23, 24 can be present as a constant pressure over the entire operating range of the internal combustion engine or the exhaust-gas turbocharger 10, not shown.
  • an additional aggregate is required, for example a compressor, which produces the at the inlet openings 23, 24 and discharge ports 23, 24 applied pressure p e.
  • it can also be a dependent of the operating condition of the exhaust gas turbocharger 10 and the engine not shown pressure p E at the inlet openings 23, 24 or discharge openings 23, 24 abut.
  • a j edem operating point of the exhaust gas turbocharger 10 and the engine not shown, adapted variable pressure p E at the inlet openings 23, 24 or discharge openings 23, 24 abut.
  • This pressure p E is then set via a control and control unit of the internal combustion engine (not shown in greater detail).
  • An additional, friction-reducing measure would be to provide the disc 27 on its surface and / or the inner surfaces 42, 43 of the bearing cap 12, 13 and / or the inner shell surface 15 of the bearing jacket 14 with a coating which in the case of a solid state contact between the Washer 27 and the inner surfaces 42, 43 and the disc 27 and the shell inner surface 15 occurring

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Verdichter (1) und mit einer Turbine (3), wobei der Verdichter (1) und die Turbine (3) über eine Welle (5) verbunden sind, welche über ein Lager (20) abgestützt ist, wobei das Lager (20) berührungslos ausgebildet ist und ein in einer Kammer (22) befindliches Medium (21) aufweist, das eine in der Kammer (22) mit der Welle (5) drehfest verbundene Scheibe (27) umgibt, wobei das Medium (21) über mindestens eine am Lager (20) vorgesehene Öffnung (23) in die Kammer (22) gelangt. Erfindungsgemäß weist die Welle (5) eine Nut (30) auf, die es ermöglicht, dass das Medium (21) aus der Kammer (22) über die Nut (30) austritt oder in die Kammer (22) über die Nut (30) eintritt, die nach Herstellung eines Kräftegleichgewichtes im Lager (20) wieder geschlossen ist. Alternativ weist das Lager an seinem Lagermantel eine Austrittsöffnung auf, die es bei herrschendem Kräfteungleichgewicht im Lager ermöglicht, dass das Medium zur Herstellung eines Kräftegleichgewichtes im Lage aus der Kammer über die Austrittsöffnung austritt. Die Erfindung ist für Abgasturbolader überwiegend im Kraftfahrzeugbau vorgesehen.

Description

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 13.
In der gattungsgemäßen Patentschrift DE 100 11 419 C2 wird ein Abgasturbolader beschrieben, der eine Abgasturbine und einen Verdichter aufweist , wobei die Abgasturbine und der Verdichter über eine Welle verbunden sind . Die Welle ist in einem Gehäuse des Abgasturboladers über mindestens ein Lager axial abgestützt . Das Lager ist berührungslos ausgebildet , derart , dass die Welle im Betrieb des Abgasturboladers auf Abstand und nahezu reibungsfrei zu einer gehäusefesten Lageraufnahme gehalten ist . Der Abstand entspricht der Dicke eines Polsters , das von einem im Lager vorhandenen Medium erzeugt ist . Zusätzlich zu diesem berührungslosen Lager ist mindestens ein Radiallager vorgesehen, welches axial asymmetrisch im Abgasturbolader angeordnet ist . Damit das Lager einwandfrei funktionieren kann, muss sich im Lager zwischen rotierender Welle und der stationären, gehäuseseitigen Lageraufnahme das Polster ausbilden. Der Aufbau des Polsters benötigt einen gewissen Zeitraum, so dass insbesondere bei transienten Anfahrvorgängen des Abgasturboladers die Gefahr besteht , dass sich noch kein ausreichendes Polster gebildet hat , welches für eine reibungsfreie Lagerung erforderlich ist . Die Welle wird in diesem Betriebszustand in Kontakt mit der Lageraufnahme kommen, wodurch Reibung entsteht , die zu einem erhöhten Anfahrmoment und zu Verschleiß führt . Das eingesetzte Medium ist Luft . Die Herbeiführung des Kräftegleichgewichtes im Lager erfolgt durch einen Spalt , über den Luft zugeführt werden kann beziehungsweise über den Luft austreten kann .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , in kürzester Zeit ein Kräftegleichgewicht im Lager des Abgasturboladers herzustellen und damit die Lagerreibung des Abgasturboladers zu reduzieren, wodurch die Lebensdauer des Lagers sowie des gesamten Abgasturboladers erhöht wird .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 13 gelöst .
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader nach Anspruch 1 weist zur Herbeiführung des Kräftegleichgewichtes in einem Lager, welches als berührungsloses , aerostatisches beziehungsweise hydrostatisches Lager ausgebildet ist und ein in einer Kammer befindliches Medium aufweist , das eine in der Kammer mit der Welle des Abgasturboladers drehfest verbundene Scheibe umgibt , eine Nut in der Welle des Abgasturboladers auf , aus dieser das Medium aus der Kammer austreten oder in die Kammer eintreten kann . Bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager, wie es durch eine axiale Auslenkung des Abgasturboladers aus seiner Gleichgewichtslage aufgrund einer auf den Abgasturbolader wirkenden axialen Kraft heraus auftritt , entweicht durch die erfindungsgemäße Nut mehr Medium aus der Kammer beziehungsweise strömt mehr Medium in die Kammer ein als durch einen üblichen Spalt . Im Lager bildet sich eine große Rückstellkraft FR, die in kürzester Zeit das Kräftegleichgewicht im Lager herstellt . Die Dauer der Festkörperreibung, wie sie in den üblichen berührungslosen Lagern bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen und dem Anfahrbereich auftritt , ist dadurch wesentlich geringer . In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist die Nut als eine radiale Nut ausgebildet , die sich teilweise über den Umfang der Welle erstreckt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 trennt die Scheibe die Kammer in zwei voneinander abgedichtete Teilkammern, wobei j e eine Eintrittsöffnung zu den Teilkammern führt . Durch die Ausgestaltung zwei getrennter Teilkammern ist kein Überströmen des Mediums von einer Teilkammer in die andere Teilkammer möglich . Bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager würde sich infolge des Überströmens des Mediums von einer Teilkammer in die andere , die sich in der geschlossenen Teilkammer gebildete Rückstellkraft FR verringern und die benötigte Zeit zur Herbeiführung eines Kräftegleichgewichtes im Lager verlängern . Jede Teilkammer weist eine Eintrittsöffnung auf , über die das Medium der Teilkammer mit einem Druck pE zuführbar oder entziehbar ist . Der Druck pE ist an beiden Eintrittsöffnungen gleich groß, so dass eine Druckregelung zwischen den beiden an den Eintrittsöffnungen anliegenden Drücken entfällt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 sind zwei Nuten j eweils der Scheibe seitlich gegenüber aus der Welle ausgenommen und sind teilweise von einem zugehörigen radialen Lagerdeckelabschnitt des Lagers bedeckt . Jede Teilkammer besitzt eine zugehörige Nut , aus der das Medium austreten oder in die Teilkammer eintreten kann . Liegt ein Kräfteungleichgewicht im Lager vor, so kann das Medium über die zur Teilkammer zugehörigen Nut aus der Teilkammer austreten oder in die Teilkammer eintreten . Da bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager das Medium aus nur einer Teilkammer austreten oder in eine Teilkammer eintreten kann und die andere Teilkammer geschlossen ist , wirkt das Lager selbstregulierend .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager ein die Kammer druckdicht schließender Kontakt einer der Nutkanten mit der zugehörigen Lagerdeckelabschnittskante aufgehoben . Das Kräfteungleichgewicht im Lager wird durch unterschiedliche Strömungsgegebenheiten im Verdichter und in der Turbine hervorgerufen . Die im Verdichter und in der Turbine auftretenden axialen Kräfte bewirken eine axiale Auslenkung des Abgasturboladers und dadurch ein Kräfteungleichgewicht im Lager . Es bildet sich eine Austrittsöffnung, aus welcher es zum Abströmen des Mediums aus der zugehörigen Teilkammer oder zum Einströmen in die zugehörige Teilkammer kommt . Dadurch dass das Medium ausschließlich aus einer Teilkammer und nicht aus beiden Teilkammern gleichzeitig entweichen kann beziehungsweise ausschließlich in eine Teilkammer und nicht in beide Teilkammern gleichzeitig einströmen kann, ist die sich in der entsprechenden Kammer einstellende Rückstellkraft gewährleistet . Das Lager reagiert schnell auf eine Axialkrafteinwirkung .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 sind in den Eintrittsöffnungen Rückschlagventile vorgesehen . Der Vorteil der Rückschlagventile in den Eintrittsöffnungen liegt darin, dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager kein Medium aus der geschlossenen Teilkammer über die Eintrittsöffnung entweichen kann oder kein Medium in die geschlossene Teilkammer über die Eintrittsöffnung einströmen kann und sich dadurch das Kräftegleichgewicht im Lager in noch kürzerer Zeit einstellt . In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist das Lager als Axiallager ausgebildet , wobei mindestens ein zweites Lager an der Welle zur Aufnahme der Radialkräfte als Radiallager in der Art eines Wälz- oder Gleitlagers ausgebildet ist . Dadurch ist eine kompakte Bauweise möglich, da ein als Radiallager ausgebildetes Lager die auftretenden Radialkräfte über seine axiale Erstreckung aufnehmen muss , so dass die axiale Erstreckung eines berührungslosen, aerostatischen beziehungsweise hydrostatischen Lagers im Verhältnis zu der axialen Erstreckung eines Wälz- oder Gleitlager sehr groß wäre .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist das Lager nahe dem Verdichter vorgesehen. Die spezifischen Stoffgroßen des Mediums sind temperaturabhängig und in der Nähe des Verdichters geringeren Temperaturen und Temperaturschwankungen als auf der Seite der Turbine ausgesetzt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 9 handelt es sich bei dem Medium um ein kompressibles oder inkompressibles Medium, wie Luft oder Öl . Das benötigte Medium kann aus den bereits in der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kreisläufen entnommen werden . Ist das Medium Luft , so wird es aus dem Luftkreislauf der Brennkraftmaschine zum Beispiel nach dem Verdichter des Abgasturboladers entnommen. Ist das benötigte Medium Öl , wird es aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen und die Rückläufe aus den Austrittsöffnungen über bereits existierende Rückführkanäle in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 10 ist eine axiale Erstreckung aN der Nuten größer als eine axiale Erstreckung aL der zugehörigen Lagerdeckelabschnitte . Durch diese Erstreckung der Nuten über den zugehörigen Lagerdeckelabschnitt hinaus , entsteht selbst bei einem geringen Kräfteungleichgewicht im Lager eine Austrittsöffnung, durch die das Medium aus der zugehörigen Teilkammer entweichen oder in die zugehörige Teilkammer einströmen kann. Dadurch reagiert das Lager in kürzester Zeit auf ein Kräfteungleichgewicht im Lager und es ist sichergestellt , dass selbst bei einer geringen axialen Verschiebung des Abgasturboladers durch auftretende Axialkräfte das Abströmen des Mediums durch eine Austrittsöffnung oder das Einströmen des Mediums über eine Austrittsöffnung gewährleistet ist .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 11 ist das Lager derart gestaltet , dass die Nutkanten mit der zugehörigen Lagerdeckelabschnittskante einer Innenfläche der zugehörigen Teilkammer einen die Kammer druckdicht schließenden Kontakt herstellt . Durch eine axiale Krafteinwirkung auf das Lager bildet sich eine Austrittsöffnung über die das Medium aus der entsprechenden Teilkammer entweichen kann. Es entweicht über die Austrittsöffnung mehr Medium als über den Druck pE zugeführt wird. Ein Druck p in der Teilkammer mit der Austrittsöffnung ist kleiner als der Druck p in der geschlossenen Teilkammer, so dass sich in der geschlossenen Teilkammer eine Rückstellkraft FR einstellt , die das Kräftegleichgewicht in Lager herbeiführt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 12 ist das Lager derart gestaltet , dass die Nutkanten mit der zugehörigen Lagerdeckelabschnittskante einer Außenfläche der zugehörigen Teilkammer einen die Kammer druckdicht schließenden Kontakt herstellt . Durch eine axiale Krafteinwirkung auf das Lager bildet sich eine Einströmöffnung über die das Medium aus der entsprechenden Teilkammer einströmen kann. Es strömt mehr Medium in die Teilkammer ein als abgesaugt werden kann, so dass sich in dieser Teilkammer ein größerer Druck p einstellt als in der geschlossenen Teilkammer . Das Kräftegleichgewicht im Lager wird durch die in der geöffneten Kammer anliegenden Rückstellkraft FR erzeugt .
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader nach Anspruch 13 weist zur Herbeiführung des Kräftegleichgewichtes in einem Lager, welches als berührungsloses , aerostatisches beziehungsweise hydrostatisches Lager ausgebildet ist und ein in einer Kammer befindliches Medium aufweist , das eine in der Kammer mit der Welle des Abgasturboladers drehfest verbundene Scheibe umgibt , eine Austrittsöffnung an einem Lagermantel auf , aus dieser das Medium aus der Kammer austreten kann . Bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager, wie es durch eine axiale Auslenkung des Abgasturboladers aus seiner Gleichgewichtslage aufgrund einer auf den Abgasturbolader wirkenden axialen Kraft heraus auftritt , entweicht durch die erfindungsgemäße Austrittsöffnung am Lagermantel mehr Medium aus der Kammer als durch einen üblichen Spalt . Im Lager bildet sich eine große Rückstellkraft FR, die in kürzester Zeit das Kräftegleichgewicht im Lager herstellt . Die Dauer der Festkörperreibung, wie sie in den üblichen berührungslosen Lagern bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen und dem Anfahrbereich auftritt , ist dadurch wesentlich geringer .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 14 trennt die Scheibe die Kammer in zwei voneinander abgedichtete Teilkammern, wobei j e eine Eintrittsöffnung zu den Teilkammern führt . Durch die Ausgestaltung zwei getrennter Teilkammern ist kein Überströmen des Mediums von einer Teilkammer in die andere Teilkammer möglich . Bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager würde sich infolge des Überströmens des Mediums von einer Teilkammer in die andere , die sich in der geschlossenen Teilkammer gebildete Rückstellkraft FR verringern und die benötigte Zeit zur Herbeiführung eines Kräftegleichgewichtes im Lager verlängern . Jede Teilkammer weist eine Eintrittsöffnung auf , über die das Medium der Teilkammer mit einem Druck pE zuführbar ist . Der Druck pE ist an beiden Eintrittsöffnungen gleich groß, so dass eine Druckregelung zwischen den beiden an den Eintrittsöffnungen anliegenden Drücken entfällt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 15 ist die Austrittsöffnung bei einem Kräftegleichgewicht im Lager von der Scheibe geschlossen . Bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager aufgrund einer axialen Krafteinwirkung liegt die Scheibe versetzt zu ihrer bei einem Kräftegleichgewicht eingenommenen Position in der Kammer vor, so dass die Austrittsδffnung sofort freigegeben ist . Dadurch ist eine kurze Reaktionszeit des Lagers zur Wiederherstellung eines Kräftegleichgewichtes im Lager möglich .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 16 ist das Lager so gestaltet , dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager das Medium nur aus einer Teilkammer ausströmen kann. Dadurch, dass das Medium ausschließlich aus einer Teilkammer und nicht aus beiden Teilkammern gleichzeitig entweichen kann, ist die sich in der entsprechenden Kammer einstellende Rückstellkraft gewährleistet .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 17 sind in den Eintrittsöffnungen Rückschlagventile vorgesehen . Der Vorteil der Rückschlagventile in den Eintrittsöffnungen liegt darin, dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager kein Medium aus der geschlossenen Teilkammer über die Eintrittsöffnung entweichen kann und sich dadurch das Kräftegleichgewicht im Lager in noch kürzerer Zeit einstellt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 18 ist das Lager als Axiallager ausgebildet , wobei mindestens ein zweites Lager an der Welle zur Aufnahme der Radialkräfte als Radiallager in der Art eines Wälz- oder Gleitlagers ausgebildet ist . Dadurch ist eine kompakte Bauweise möglich, da ein als Radiallager ausgebildetes Lager die auftretenden Radialkräfte über seine axiale Erstreckung aufnehmen muss, so dass die axiale Erstreckung eines berührungslosen, aerostatischen beziehungsweise hydrostatischen Lagers im Verhältnis zu der axialen Erstreckung eines Wälz- oder Gleitlager sehr groß wäre .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 19 ist das Lager nahe dem Verdichter vorgesehen . Die spezifischen Stoffgrößen des Mediums sind temperaturabhängig und in der Nähe des Verdichters geringeren Temperaturen und Temperaturschwankungen als auf der Seite der Turbine ausgesetzt .
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 20 handelt es sich bei dem Medium um ein kompressibles oder inkompressibles Medium, wie Luft oder Öl . Das benötigte Medium kann aus den bereits in der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kreisläufen entnommen werden . Ist das Medium Luft , so wird es aus dem Luftkreislauf der Brennkraftmaschine zum Beispiel nach dem Verdichter des Abgasturboladers entnommen . Ist das benötigte Medium Öl , wird es aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen und die Rückläufe aus den Austrittsöffnungen über bereits existierende Rückführkanäle in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt . In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 21 ist das Lager derart gestaltet , dass zur Herstellung eines Kräftegleichgewichtes im Lager an den Eintrittsöffnungen ein Überdruck anliegt . Durch eine axiale Kräfteinwirkung auf das Lager ist die Austrittsöffnung freigegeben über die das Medium aus der entsprechenden Teilkammer entweichen kann . Es entweicht über die Austrittsöffnung mehr Medium als über den Druck PE zugeführt wird. Ein Druck p in der Teilkammer mit der Austrittsöffnung ist kleiner als der Druck p in der geschlossenen Teilkammer, so dass sich in der geschlossenen Teilkammer eine Rückstellkraft FR einstellt , die das Kräftegleichgewicht in Lager herbeiführt .
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen .
Dabei zeigen :
Fig . 1 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem im Lager ein Kräftegleichgewicht herrscht ,
Fig . 2 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem eine axiale , zum Verdichter weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager erzeugt ,
Fig . 3 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem eine axiale , zur Turbine weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager erzeugt ,
Fig . 4 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem im Lager ein Kräftegleichgewicht herrscht ,
Fig . 5 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem eine axiale , zum Verdichter weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager erzeugt ,
Fig . 6 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem eine axiale , zur Turbine weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager erzeugt ,
Fig . 7 den Abgasturbolader entsprechend Fig . 1 mit Rückschlagventilen,
Fig . 8 eine Explosionsdarstellung des Abgasturboladers entsprechend Fig . 1 ,
Fig . 9 eine mit mehreren Nuten versehene Welle des Abgasturboladers ,
Fig . 10 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem im Lager ein Kräftegleichgewicht herrscht ,
Fig . 11 einen Schnitt durch den Abgasturbolader gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel , bei dem eine axiale , zum Verdichter weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager erzeugt und
Fig . 12 den Abgasturbolader entsprechend Fig . 10 mit Rückschlagventilen .
In den Figuren 1 bis 12 sind alle gleichen oder gleich wirkenden Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Fig . 1 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Abgasturboladers 10 in Schnittdarstellung mit einem Verdichter 1 und einer Turbine 3 , wobei der Verdichter 1 und die Turbine 3 über eine Welle 5 drehfest miteinander verbunden sind . Der Abgasturbolader 10 wird über ein Lager 20 axial abgestützt , welches insbesondere verdichternahe angeordnet ist . Das Lager 20 ist in einem nicht näher dargestellten Abgasturboladergehäuse des Abgasturboladers 10 untergebracht und stützt sich dort ab . Die Bauweise des Lagers 20 ist so ausgeführt , dass das Lager 20 selbstregelnd ein Kräftegleichgewicht im Lager 20 herbeiführt , sobald ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 aufgrund einer axial auf das Lager 20 wirkenden Kraft vorliegt .
Das Lager 20 ist als ein berührungsloses , aerostatisches beziehungsweise hydrostatisches Axiallager ausgebildet , welches die axial wirkenden Kräfte aufnehmen kann, die durch unterschiedliche Strömungsgegebenheiten am Verdichter 1 und an der Turbine 3 entstehen . Unter einem aerostatischen beziehungsweise hydrostatischen Lager ist ein Lager zu verstehen, bei dem ein kompressibles beziehungsweise inkompressibles Medium, wie zum Beispiel Luft beziehungsweise Öl , von außen über Öffnungen in das Lager gedrückt wird . Ebenso kann einem aerostatischen Lager über einen Unterdruck an den Öffnungen das Medium entzogen werden. Zusätzlich ist zur Aufnahme von Radialkräften noch mindestens ein Radiallager 57 notwendig, welches in den Figuren 1 bis 7 und in den Figuren 10 bis 12 schematisch dargestellt ist .
Das Lager 20 ist als rotationssymmetrischer, hohler Zylinder mit einem Außendurchmesser D1^ und einer Breite BL ausgebildet und weist eine ein Medium 21 enthaltende , zylinderförmige Kammer 22 auf . Die Kammer 22 wird verdichterseitig von einem ersten Lagerdeckel 12 , turbinenseitig von einem zweiten Lagerdeckel 13 und über ihren Umfang von einem Lagermantel 14 begrenzt . In der Kammer 22 ist eine drehfest mit der Welle 5 verbundene Scheibe 27 mit einem Scheibendurchmesser D3 untergebracht . Der Außendurchmesser D1A des Lagers 20 ist wesentlich größer als seine Breite BLi zum Beispiel etwa zehnmal so groß. Der erste Lagerdeckel 12 beziehungsweise der zweite Lagerdeckel 13 weist mittig eine erste Öffnung 28 beziehungsweise eine zweite Öffnung 29 auf , in die die Welle 5 aufgenommen ist .
Der erste Lagerdeckel 12 weist der Scheibe 27 zugewandt eine erste Innenfläche 42 und dem Verdichter 1 zugewandt eine erste Außenfläche 44 auf . Der zweite Lagerdeckel 13 weist der Scheibe 27 zugewandt eine zweite Innenfläche 43 und der Turbine 3 zugewandt eine zweite Außenfläche 45 auf . Der Lagermantel 14 weist der Scheibe 27 zugewandt eine Mantelinnenflache 15 auf .
Die Lagerdeckel 12 , 13 weisen im Bereich der zugehörigen Öffnungen 28 , 29 einen ersten Lagerdeckelabschnitt 34 beziehungsweise einen zweiten Lagerdeckelabschnitt 35 mit j e einer axialen Erstreckung aL auf . Der erste Lagerdeckelabschnitt 34 ist dem ersten Lagerdeckel 12 und der zweite Lagerdeckelabschnitt 35 ist dem zweiten Lagerdeckel 13 zugeordnet . Der erste Lagerdeckelabschnitt 34 weist an seiner Innenfläche 42 an der ersten Öffnung 28 eine erste Lagerdeckelabschnittskante 38 auf . Der zweite
Lagerdeckelabschnitt 35 weist an seiner Innenfläche 43 an der zweiten Öffnung 29 eine zweite Lagerdeckelabschnittskante 39 auf .
Die Scheibe 27 unterteilt die Kammer 22 in zwei voneinander abgedichtete Teilkammern, eine erste Teilkammer 32 und eine zweite Teilkammer 33. Die Zufuhr des Mediums 21 zur ersten Teilkammer 32 erfolgt über eine erste Eintrittsöffnung 23. Die Zufuhr des Mediums 21 zur zweiten Teilkammer 33 erfolgt über eine zweite Eintrittsöffnung 24. An den beiden Eintrittsöffnungen 23 , 24 liegt beiderseits der Druck pE als Überdruck an, so dass das Medium 21 der Kammer 22 zuführbar ist .
Der Scheibendurchmesser D3 der Scheibe 27 entspricht etwa einem Innendurchmesser DKi der Kammer 22 , und ist so groß, dass ein Spalt 50 zwischen der Mantelinnenfläche 15 und der Scheibe 27 vorliegt . Der Spalt 50 verhindert eine Reibung zwischen der Mantelinnenfläche 15 und der Scheibe 27 und ist so groß, dass unter Berücksichtigung minimaler Spaltverluste die beiden Teilkammern 32 , 33 voneinander abgedichtet sind . Der Spalt 50 liegt in einer Größenordnung von 0 , 1 bis 0 , 01 mm vor .
In der Welle 5 sind verdichterseitig und turbinenseitig neben der Scheibe 27 j e eine Nut , eine erste Nut 30 und eine zweite Nut 31 , ausgenommen . Die beiden Nuten 30 , 31 sind als eine radiale Nut mit einer axialen Erstreckung aN ausgebildet und erstrecken sich nur teilweise über den Umfang der Welle 5. Die erste Nut 30 weist an einer der Scheibe 27 zugewandten Seite an einer Oberfläche der Welle 5 eine erste Nutkante 36 auf . Die zweite Nut 31 weist an einer der Scheibe 27 zugewandten Seite an der Oberfläche der Welle 5 eine zweite Nutkante 37 auf .
Zum Beispiel wäre auch eine Anordnung mehrerer Längsnuten auf j e einer Seite der Scheibe 27 über den Umfang der Welle 5 möglich, wie in Fig . 9 dargestellt . Jedoch ist dabei auf eine rotationssymmetrische Anordnung der Längsnuten zu achten, damit das Rotationsverhalten der Welle 5 nicht durch eine Unwucht beeinträchtigt wird. Ebenso sollte die Anzahl der Längsnuten auf beiden Seiten der Scheibe 27 gleich sein .
Die axiale Erstreckung aN der Nuten 30 , 31 und ihre radiale Eindringtiefe ar in die Welle 5 hängen von dem Medium 21 und der Leistung des Abgasturboladers 10 ab.
Im Kräftegleichgewicht des Lagers 20 werden die Nuten 30 und 31 zumindest teilweise von den dazugehörigen
Lagerdeckelabschnitten 34 , 35 dichtend abgedeckt , so dass die beiden Teilkammern 32 und 33 gegenüber der Umgebung geschlossen sind. Dabei stehen die erste Lagerdeckelabschnittskante 38 des ersten
Lagerdeckelabschnitts 34 mit der ersten Nutkante 36 der Nut 30 und die zweite Lagerdeckelabschnittskante 39 des zweiten Lagerdeckelabschnitts 35 mit der zweiten Nutkante 37 der zweiten Nut 31 in einem die zugehörige Teilkammer 32 beziehungsweise 33 druckdicht schließenden Kontakt . In den beiden Teilkammern 32 und 33 liegt der gleiche Druck pκ vor, wodurch sich das Lager 20 im Kräftegleichgewicht befindet .
In Fig . 2 ist der Abgasturbolader 10 in einer Position dargestellt , bei der kein Kräftegleichgewicht im Lager 20 herrscht , sondern eine axiale , zum Verdichter 1 weisende Kraft Fax auf das Lager 20 wirkt . Durch die Krafteinwirkung der Kraft Fax ist die Scheibe 27 innerhalb der Kammer 22 nach links verschoben und liegt außermittig in der Kammer 22. Durch die Verschiebung der Scheibe 27 ist der die zweite Teilkammer 33 druckdicht schließende Kontakt der zweiten Nutkante 37 der zweiten Nut 31 mit der zweiten Lagerdeckelabschnittskante 39 des zweiten Lagerdeckelabschnitts 35 aufgehoben und es wird eine Austrittsöffnung 26 zwischen der zweiten Nutkante 37 und der zweiten Lagerdeckelabschnittskante 39 freigegeben, die im Folgenden als zweite Austrittsöffnung bezeichnet wird. Das Medium 21 strömt nun aus der zweiten Teilkammer 33 durch die zweite Austrittsöffnung 26 in Richtung eines eingezeichneten Strömungspfeils 51 aus .
Das ausströmende Medium 21 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 einen Druckverlust , wodurch der Druck p2i in der zweiten Teilkammer 33 geringer wird als der Druck pn in der ersten Teilkammer 32. Eine Druckdifferenz Δpi bewirkt in der ersten Teilkammer 32 eine Rückstellkraft FR auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt und im Lager 20 ein Kräftegleichgewicht vorliegt , wobei unter der Druckdifferenz Ap1 der Druck pu in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p2i in der zweiten Teilkammer 33 zu verstehen ist .
In Fig . 3 ist eine Position des Abgasturboladers 10 dargestellt , in der eine axiale , zur Turbine 3 weisende Kraft Fax auf das Lager 20 wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 herrscht . Durch die Krafteinwirkung der Kraft Fax wird die Scheibe 27 innerhalb der Kammer 22 verschoben und liegt außermittig nach rechts verschoben in der Kammer 22 vor . Durch die Verschiebung der Scheibe 27 ist der die erste Teilkammer 32 druckdicht schließende Kontakt der ersten Nutkante 36 der ersten Nut 30 mit der ersten Lagerdeckelabschnittskante 38 aufgehoben und es wird eine Austrittsöffnung 25 zwischen der ersten Nutkante 36 und der ersten Lagerdeckelabschnittskante 38 freigegeben, die im Folgenden als erste Austrittsöffnung bezeichnet wird . Es kommt zu einem Ausströmen des Mediums 21 in Richtung des Strömungspfeils 51 aus der ersten Teilkammer 32 über die erste Austrittsöffnung 25. Das ausströmende Medium 21 bewirkt in der ersten Teilkammer 32 einen Druckverlust , wodurch der Druck Pi2 in der ersten Teilkammer 32 kleiner wird als der Druck P22 in der zweiten Teilkammer 33. Eine Druckdifferenz Ap2 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 eine Rückstellkraft FR auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt und im Lager 20 ein Kräftegleichgewicht vorliegt , wobei unter der Druckdifferenz
Δp2 der Druck p22 in der zweiten Teilkammer 33 abzüglich dem Druck Pi2 in der ersten Teilkammer 32 zu verstehen ist .
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 , bei dem im Kräftegleichgewicht im Lager 20 die erste Innenfläche 42 der Kammer 22 mit der zugehörigen ersten
Lagerdeckelabschnittskante 38 beziehungsweise die zweite Innenfläche 43 der Kammer 22 mit ihrer zugehörigen zweiten Lagerdeckelabschnittskante 39 mit der ersten Nutkante 36 der ersten Nut 30 beziehungsweise der zweiten Nutkante 37 der zweiten Nut 31 die Kammer 22 schließen und die erste Nut 30 und die zweite Nut 31 sich axial über den ersten beziehungsweise den zweiten Lagerdeckelabschnitt 34 , 35 hinaus erstrecken . Der Druck pE an den Eintrittsöffnungen 23 und 24 liegt als Überdruck vor, so dass das Medium 21 der Kammer 22 zugeführt wird. In den Figuren 4 , 5 und 6 ist ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 dargestellt . In diesem zweiten Ausführungsbeispiel liegt die erste Nutkante 36 der ersten Nut 30 auf der dem Verdichter 1 zugewandten Seite der ersten Nut 30 an der Oberfläche der Welle 5 und die zweite Nutkante 37 der zweiten Nut 31 liegt auf der der Turbine 3 zugewandten Seite der Nut 31 an der Oberfläche der Welle 5. Der erste Lagerdeckelabschnitt 34 weist an seiner Außenfläche 44 an der ersten Öffnung 28 die erste Lagerdeckelabschnittskante 38 auf . Der zweite
Lagerdeckelabschnitt 35 weist an seiner Außenfläche 45 an der zweiten Öffnung 29 die zweite Lagerdeckelabschnittskante 39 auf . Im Kräftegleichgewicht im Lager 20 erstrecken sich die erste Nut 30 und die zweite Nut 31 sowohl im ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 , 2 und 3 als auch im zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 , 5 und 6 über den zugehörigen Lagerdeckelabschnitt 34 beziehungsweise 35 hinaus . Im ersten Ausführungsbeispiel liegt bei einem Kräftegleichgewicht im Lager 20 ein von den Lagerdeckelabschnitten 34 , 35 nicht abgedeckter Teil der Nuten 30 , 31 außerhalb der Kammer 22. Im Gegensatz dazu, liegt im zweiten Ausführungsbeispiel bei einem Kräftegleichgewicht im Lager 20 der von den
Lagerdeckelabschnitten 34 , 35 nicht abgedeckte Teil der Nuten 30 , 31 innerhalb der Kammer 22. Abweichend gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel werden im zweiten Ausführungsbeispiel die Austrittsöffnungen 25 , 26 als Einströmöffnungen 25 , 26 und die Eintrittsöffnungen 23 , 24 als Ausströmöffnungen 23 , 24 bezeichnet .
In Fig . 4 ist die Kammer 22 des zweiten Ausführungsbeispiels durch einen druckdicht schließenden Kontakt der ersten Lagerdeckelabschnittskante 38 der ersten Außenfläche 44 der ersten Teilkammer 32 mit der ersten Nutkante 36 der ersten Nut 30 und der zweiten Lagerdeckelabschnittskante 39 der zweiten Außenfläche 45 der zweiten Teilkammer 33 mit der zweiten Nutkante 37 der zweiten Nut 31 geschlossen . Der Druck pE an den Ausströmöffnungen 23 , 24 liegt als Unterdruck an, so dass das Medium 21 aus der Kammer 22 abgesaugt wird.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 wird das Kräftegleichgewicht im Lager 20 durch Anlegen eines Unterdruckes pE an den Ausströmöffnungen 23 und 24 herbeigeführt , so dass das Medium 21 absaugbar ist . Das bedeutet , dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager 20 , wie es in den Fig . 5 und 6 dargestellt ist , das Medium 21 nicht , wie im ersten Ausführungsbeispiel aus der ersten Teilkammer 32 oder zweiten Teilkammer 33 über die zugehörige Austrittsöffnung 25 beziehungsweise 26 entweicht , sondern in die erste Teilkammer 32 oder zweite Teilkammer 33 über die zugehörige Einströmöffnung 25 beziehungsweise 26 einströmt . Es strömt mehr Medium 21 in die erste Teilkammer 32 oder zweite Teilkammer 33 hinein als aus den Ausströmöffnungen 23 , 24 durch den angelegten Unterdruck pE abgesaugt werden kann . Dadurch ist der Druck in der j eweiligen Teilkammer 32 ; 33 in die das Medium 21 strömt größer als in der geschlossenen Teilkammer 33 ; 32.
In Fig . 5 ist ein Schnitt durch den Abgasturbolader 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt , bei dem eine axiale , zum Verdichter 1 weisende Kraft Fax auf das Lager 20 wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 herrscht . Die erste Teilkammer 32 weist die erste Einströmöffnung 25 auf , durch die das Medium 21 in die erste Teilkammer 32 einströmen kann . Es kann durch die erste Ausströmöffnung 23 weniger Medium 21 entweichen als in die erste Teilkammer 32 über die erste Einströmöffnung 25 einströmen kann, so dass ein Druck p13 in der ersten Teilkammer 32 größer ist als ein Druck p23 in der geschlossenen zweiten Teilkammer 33. Eine Druckdifferenz Ap3 bewirkt in der ersten Teilkammer 32 eine Rückstellkraft FR auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt und im Lager 20 ein Kräftegleichgewicht vorliegt , wobei unter der Druckdifferenz
Ap3 der Druck p13 in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p23 in der zweiten Teilkammer 33 zu verstehen ist .
In Fig . 6 ist ein Schnitt durch den Abgasturbolader 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt , bei dem eine axiale , zur Turbine 3 weisende Kraft Fax auf das Lager 20 wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 erzeugt . Die zweite Teilkammer 33 weist eine zweite Einströmöffnung 26 auf , durch die das Medium 21 in die zweite Teilkammer 33 einströmen kann . Es kann durch die zweite Ausströmöffnung 24 weniger Medium 21 entweichen als in die zweite Teilkammer 33 über die zweite Einströmöffnung 26 einströmt , so dass ein Druck p24 in der zweiten Teilkammer 33 größer ist als ein Druck p14 in der geschlossenen ersten Teilkammer 32. Eine Druckdifferenz Ap4 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 eine Rückstellkraft FR auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt und im Lager 20 ein Kräftegleichgewicht vorliegt , wobei unter der Druckdifferenz
Ap4 der Druck p24 in der zweiten Teilkammer 33 abzüglich dem Druck p14 in der ersten Teilkammer 32 zu verstehen ist .
In Fig . 7 ist das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 , entsprechend Fig . 1 , dargestellt . In den Eintrittsöffnungen 23 und 24 des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 ist j e ein Rückschlagventil 40 ; 41 untergebracht .
Die Fig . 8 zeigt zur weiteren Erläuterung eine Explosionsdarstellung des Abgasturboladers 10. In der Fig . 10 ist ein Schnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 dargestellt , bei dem im Lager 20 ein Kräftegleichgewicht herrscht . Die Welle 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel nutlos ausgeführt . Der Lagermantel 15 weist axial mittig eine Austrittsöffnung 25 auf . An den Eintrittsöffnungen 23 , 24 liegt der Druck pE als Überdruck an. Die Austrittsöffnung 25 ist zum Beispiel als Bohrung gestaltet , die aus dem Lagermantel 15 ausgenommen ist . Ein Öffnungsquerschnitt 251 der Austrittsöffnung 25 ist ungefähr so groß wie eine Breite Bs der Scheibe 27 , dass im Kräftegleichgewicht im Lager 20 der Querschnitt 251 von der Scheibe 27 bedeckt ist , so dass kein Medium 21 aus der Austrittsöffnung 25 entweichen kann .
In der Fig . 11 ist ein Schnitt durch den Abgasturbolader 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt , bei dem eine axiale , zum Verdichter 1 weisende Kraft auf das Lager 20 wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 erzeugt . Durch die Krafteinwirkung der Kraft Fax ist die Scheibe 27 innerhalb der Kammer 22 nach links verschoben und liegt außermittig in der Kammer 22. Durch die Verschiebung der Scheibe 27 ist die Austrittsöffnung 25 in dem Lagermantel 14 freigegeben, so dass das Medium 21 aus der zweiten Teilkammer 33 durch die Austrittsöffnung 25 in Richtung des eingezeichneten Strömungspfeils 51 strömen kann . Die erste Teilkammer 32 ist druckdicht geschlossen.
Das ausströmende Medium 21 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 einen Druckverlust , wodurch der Druck p2s in der zweiten Teilkammer 33 geringer wird als der Druck Pi5 in der ersten
Teilkammer 32. Eine Druckdifferenz Ap5 bewirkt in der ersten Teilkammer 32 eine Rückstellkraft FR auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt und die Eintrittsöffnung 25 schließt . Unter der Druckdifferenz Ap5 ist der Druck p15 in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p2s in der zweiten Teilkammer 33 zu verstehen . Im Lager 20 liegt nun wieder ein Kräftegleichgewicht vor .
In Fig . 12 ist das dritte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel entsprechend Fig . 10 mit in den Eintrittsöffnungen 23 und 24 untergebrachten Rückschlagventilen 40 , 41 dargestellt .
Das Rückschlagventil 40 ; 41 in den Figuren 7 und 12 kann zum Beispiel ein federbelastetes Sitzventil mit einer Kugel 47 sein . Ebenso kann das Rückschlagventil 40 ; 41 auch ein federbelastetes Sitzventil mit einem Kegel sein . In den Ausführungsbeispielen sind die Rückschlagventile 40 , 41 als federbelastete Sitzventile mit einer Kugel 47 ausgebildet . Sie sind so in den Ventilsitze aufweisende Eintrittsöffnungen 23 , 24 untergebracht , dass der Scheibe 27 zugewandte Federn 46 die Kugeln 47 dichtend an den Außenflächen 44 , 45 zugewandte Ventilsitze drücken, damit kein Medium 21 aus den Teilkammern 32 , 33 über die Eintrittsöffnungen 23 , 24 entweichen kann.
Die Rückschlagventile 40 und 41 sind für das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 gemäß Fig . 4 in die Ausströmöffnungen 23 und 24 so einzubringen, dass kein Medium 21 in die Teilkammern 32 , 33 einströmen kann . Im Gegensatz zum in Fig . 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel mit den Rückschlagventilen 40 , 41 sind die Rückschlagventile 40 , 41 in den Ventilsitze aufweisenden Ausströmöffnungen 23 , 24 so unterzubringen, dass , für das Beispiel eines federbelasteten Kugelventils als Rückschlagventil 40 ; 41 , die Kugel 47 der Scheibe 27 und die Feder 46 der Außenfläche 44 ; 45 zugewandt ist und die Kugel 47 dichtend an den Ventilsitz der Ausströmöffnung 23 ; 24 gedrückt wird, damit kein Medium 21 in die Teilkammern 32 , 33 über die Ausströmöffnungen 23 , 24 einströmen kann.
Vorteilhafterweise sind für die drei Ausführungsbeispiele das Radiallager 57 und das Lager 20 verdichternah vorgesehen . Aufgrund der hohen Temperaturen des die Turbine 3 beaufschlagenden Abgases ergeben sich für die Turbine 3 höhere Bauteiltemperaturen als für den Verdichter 1. Diese hohen Temperaturen können sich auf ein in der Nähe der Turbine 3 angeordnetes Lager, das Lager 20 oder das Radiallager 57 , negativ hinsichtlich seiner Lebensdauer und seiner Tragkraft auswirken, da es zu einer Änderung der spezifischen Stoffgrößen des Mediums 21 beziehungsweise des in dem Radiallager 57 befindlichen Schmiermittels kommt .
Die Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise die Ausströmöffnungen 23 , 24 weisen in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen einen runden Querschnitt auf . Zum Beispiel können die Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise die Ausströmöffnungen 23 , 24 auch einen Querschnitt in Form eines Schlitzes haben oder einen ovalen Querschnitt aufweisen .
Ebenso können die Lagerdeckel 12 , 13 mehrere Eintrittsöffnungen beziehungsweise Ausströmöffnungen aufweisen, damit zum Beispiel eine größere Menge des Mediums 21 in die Kammer 22 einführbar oder absaugbar ist . Bei den Zuleitungen und der Positionierung der Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise der Ausströmöffnungen 23 , 24 kommt es auf den verfügbaren Bauraum innerhalb des Abgasturboladers 10 an . Bei dem Medium 21 kann es sich sowohl um ein kompressibles Medium wie zum Beispiel Luft , als auch um ein inkompressibles Medium wie zum Beispiel Öl , handeln. Bevorzugterweise wird bei dem in den Figuren 4 , 5 und 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ausschließlich ein kompressibles Medium als Medium 21 verwendet .
Wird als Medium 21 Öl eingesetzt , so kann dieses Öl aus dem Ölkreislauf der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entnommen werden, wohin es letztendlich auch bei Abfluss aus den Austrittsöffnungen 25 , 26 des Lagers 20 wieder gelangt . Wird als Medium 21 Luft eingesetzt, so kann die Luft dem Luftkreislauf der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entnommen werden . Bevorzugterweise wird die Luft dem Luftkreislauf direkt hinter dem Verdichter 1 oder direkt hinter einem nicht näher dargestellten Ladeluftkühler der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entnommen .
Der Druck pE ist an beiden Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 gleich groß. Eine Druckregelung zwischen den beiden an den Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 anliegenden Drücken entfällt .
Der an den Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 angelegte Druck pE des Mediums 21 kann als konstanter Druck über den gesamten Betriebsbereich der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine beziehungsweise des Abgasturboladers 10 vorliegen . In diesem Fall ist ein zusätzliches Aggregat notwendig, zum Beispiel ein Kompressor, der den an den Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 anliegenden Druck pE erzeugt . Es kann aber auch ein vom Betriebszustand des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine abhängiger Druck pE an den Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 anliegen . Ebenso kann auch ein j edem Betriebspunkt des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine angepasster variabler Druck pE an den Eintrittsöffnungen 23 , 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23 , 24 anliegen . Dieser Druck pE ist dann über eine nicht näher dargestellte Regel - und Steuereinheit der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine einzustellen .
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass bei angelegtem Überdruck, j e höher der angelegte Druck pE ist , beziehungsweise bei angelegtem Unterdruck, j e niedriger der angelegte Druck pE ist , umso schneller ein Kräftegleichgewicht im Lager 20 hergestellt wird .
Eine zusätzliche , die Reibung mindernde Maßnahme wäre , die Scheibe 27 an ihrer Oberfläche und/oder die Innenflächen 42 , 43 der Lagerdeckel 12 , 13 und/oder die Mantelinnenfläche 15 des Lagermantels 14 mit einer Beschichtung zu versehen, die im Falle eines Festkörperkontaktes zwischen der Scheibe 27 und den Innenflächen 42 , 43 beziehungsweise der Scheibe 27 und der Mantelinnenfläche 15 die auftretende
Festkörperreibung mindert . Ebenso wäre eine Reibung mindernde Maßnahme die Welle 5 an ihrer Oberfläche und die Öffnungen 28 , 29 der Lagerdeckel 12 , 13 mit der reibungsmindernden Beschichtung zu versehen.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasturbolader ( 10 ) für eine Brennkraftmaschine , mit einem Verdichter ( 1) und mit einer Turbine (3 ) , wobei der Verdichter (1 ) und die Turbine (3 ) über eine Welle (5) verbunden sind, welche über ein Lager (20) abgestützt ist , wobei das Lager (20) berührungslos ausgebildet ist und ein in einer Kammer (22 ) befindliches Medium (21) aufweist , das eine in der Kammer (22 ) mit der Welle (5) drehfest verbundene Scheibe (27) umgibt , wobei das Medium (21) über mindestens eine am Lager (20) vorgesehene
Öffnung (23 ) in die Kammer (22 ) gelangt , dadurch gekennzeichnet , dass die Welle (5) eine Nut (30 ) aufweist , die es ermöglicht , dass das Medium (21) aus der Kammer (22 ) über die Nut (30) austritt oder in die Kammer (22 ) über die Nut (30 ) eintritt , die nach Herstellung eines Kräftegleichgewichtes im Lager (20 ) wieder geschlossen ist .
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Nut (30) als radiale Nut ausgebildet ist , die sich teilweise über den Umfang der Welle (5) erstreckt .
3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Scheibe (27 ) die Kammer (22 ) in zwei voneinander abgedichtete Teilkammern, eine erste Teilkammer (32 ) und eine zweite Teilkammer (33 ) trennt , wobei zur ersten Teilkammer (32 ) eine erste Öffnung (23 ) und zur zweiten Teilkammer (33 ) eine zweite Öffnung (24 ) führt .
4. Abgasturbolader nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass zwei Nuten, die erste Nut (30 ) und eine zweite Nut (31) , j eweils der Scheibe (27) seitlich nebenliegend aus der Welle (5) ausgenommen sind, die teilweise von einem zugehörigen Lagerdeckelabschnitt (34 , 35) des Lagers
(20 ) , ein erster Lagerdeckelabschnitt (34 ) , zugehörig zur ersten Nut (30) , und ein zweiter Lagerdeckelabschnitt (35) , zugehörig zur zweiten Nut (31) , bedeckt sind.
5. Abgasturbolader nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager (20) entweder der die erste Teilkammer (32 ) druckdicht schließende Kontakt einer ersten Nutkante (36) mit einer ersten Lagerdeckelabschnittskante (38 ) oder der die zweite Teilkammer (33 ) druckdicht schließende Kontakt einer zweiten Nutkante (37) mit einer zweiten Lagerdeckelabschnittskante (39) aufgehoben ist und dadurch eine Öffnung (25, 26) freigibt , wobei die freigegebene Öffnung (25 , 26) eine Verbindung zu entweder der ersten Teilkammer (32 ) oder zu der zweiten Teilkammer (33 ) zum Abströmen oder Einströmen des Mediums (21) herstellen kann .
6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass in der ersten Öffnung (23 ) ein erstes Rückschlagventil (40) und in der zweiten Öffnung (24 ) ein zweites Rückschlagventil (41) vorgesehen ist .
7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Lager (20) als Axiallager ausgebildet ist , wobei an der Welle (5) mindestens ein zweites Lager (57) vorgesehen ist , das als Radiallager ausgebildet Radialkräfte aufnimmt .
8. Abgasturbolader nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das Lager (20) nahe dem Verdichter (1) vorgesehen ist .
9. Abgasturbolader nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet , dass es sich bei dem Medium (21 ) um ein kompressibles Medium, wie zum Beispiel Luft , oder um ein inkompressibles Medium, wie zum Beispiel Öl , handelt .
10. Abgasturbolader nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass eine axiale Erstreckung aN der Nut (30 ; 31) größer ist als eine axiale Erstreckung aL des
Lagerdeckelabschnitts (34 ; 35) und im Kräftegleichgewicht im Lager (20) die erste Nut (30 ) und die zweite Nut (31) sich über den dazugehörigen ersten Lagerdeckelabschnitt (34 ) beziehungsweise zweiten Lagerdeckelabschnitt (35) axial in ihrer Länge hinaus erstrecken .
11. Abgasturbolader nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kräftegleichgewicht im Lager (20) durch Anlegen eines Überdruckes an den Öffnungen (23 , 24 ) und Ausströmen des Mediums (21) aus der Kammer (22 ) herbeiführbar ist , wobei die erste Nutkante (36) mit der ersten Lagerdeckelabschnittskante (38 ) einer ersten Innenfläche (42 ) der Kammer (22 ) einen die erste Teilkammer (32 ) druckdicht schließenden Kontakt herstellt und die zweite Nutkante (37) mit der zweiten Lagerdeckelabschnittskante (39) einer zweiten Innenfläche (43 ) der Kammer (22 ) einen die zweite Teilkammer (33 ) druckdicht schließenden Kontakt herstellt .
12. Abgasturbolader nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kräftegleichgewicht im Lager (20) durch Anlegen eines Unterdruckes an den Öffnungen (23 , 24) und Einströmen des Mediums (21) in die Kammer (22 ) herbeiführbar ist , wobei die erste Nutkante (36) mit der ersten Lagerdeckelabschnittskante (38 ) einer ersten Außenfläche (44) der Kammer (22) einen die erste Teilkammer (32 ) druckdicht schließenden Kontakt herstellt und die zweite Nutkante (37) mit der zweiten Lagerdeckelabschnittskante (39) einer zweiten Außenfläche (45) der Kammer (22) einen die zweite Teilkammer (33 ) druckdicht schließenden Kontakt herstellt .
13. Abgasturbolader ( 10 ) für eine Brennkraftmaschine , mit einem Verdichter (1) und mit einer Turbine (3 ) , wobei der Verdichter ( 1) und die Turbine (3 ) über eine Welle (5) verbunden sind, welche über ein Lager (20) abgestützt ist , wobei das Lager (20 ) berührungslos ausgebildet ist und ein in einer Kammer (22 ) befindliches Medium (21 ) aufweist , das eine in der Kammer (22 ) mit der Welle (5) drehfest verbundene Scheibe (27) umgibt , wobei das Medium
(21) über mindestens eine am Lager (20 ) vorgesehene Öffnung (23 ) in die Kammer (22 ) gelangt , dadurch gekennzeichnet , dass das Lager (20) an seinem Lagermantel ( 14 ) eine Austrittsöffnung (25) aufweist , die es bei herrschendem Kräfteungleichgewicht im Lager (20 ) ermöglicht , dass das Medium (21) zur Herstellung eine Kräftegleichgewichtes im Lager (20) aus der Kammer (22 ) über die Austrittsöffnung (25) austritt .
14. Abgasturbolader nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass die Scheibe (27) die Kammer (22 ) in zwei voneinander abgedichtete Teilkammern, eine erste Teilkammer (32 ) und eine zweite Teilkammer (33 ) trennt , wobei zur ersten Teilkammer (32 ) eine erste Eintrittsöffnung (23 ) und zur zweiten Teilkammer (33) eine zweite Eintrittsöffnung (24) führt .
15. Abgasturbolader nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet , dass bei einem Kräftegleichgewicht im Lager (20) die Austrittsöffnung (25 ) von der Scheibe (27) geschlossen ist .
16. Abgasturbolader nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager (20 ) die Scheibe (27 ) die Austrittsöffnung (25) freigibt , so dass das Medium (21 ) entweder aus der ersten Teilkammer (32 ) oder aus der zweiten Teilkammer (33 ) abströmt .
17. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 14 bis 16 , dadurch gekennzeichnet , dass in der ersten Eintrittsöffnung (23 ) ein erstes Rückschlagventil (40 ) und in der zweiten Eintrittsöffnung (24 ) ein zweites Rückschlagventil (41) vorgesehen ist .
18. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 13 bis 17 , dadurch gekennzeichnet , dass das Lager (20) als Axiallager ausgebildet ist , wobei an der Welle (5 ) mindestens ein zweites Lager (57 ) vorgesehen ist , das als Radiallager ausgebildet Radialkräfte aufnimmt .
19. Abgasturbolader nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet , dass das Lager (20 ) nahe dem Verdichter (1 ) vorgesehen ist .
20. Abgasturbolader nach Anspruch 18 oder 19 , dadurch gekennzeichnet , dass es sich bei dem Medium (21) um ein kompressibles Medium, wie zum Beispiel Luft , oder um ein inkompressibles Medium, wie zum Beispiel Öl , handelt .
21. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 14 bis 20 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kräftegleichgewicht im Lager (20 ) durch Anlegen eines Überdruckes an den Eintrittsöffnungen (23 , 24 ) und Ausströmen des Mediums (21) aus der Kammer (22 ) über die Austrittsöffnung (25) herbeiführbar ist , wobei das Medium (21 ) entweder aus der ersten Teilkammer (32 ) oder aus der zweiten Teilkammer (33 ) abströmen kann .
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