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Title:
EXHAUST-GAS TURBOCHARGER FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/066718
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an exhaust-gas turbocharger (10) for an internal combustion engine, comprising a compressor (1) and a turbine (3), which are interconnected by a shaft (5) that is supported by a bearing (20). Said bearing (20) is configured as a contactless bearing and contains a medium (21), which is situated in a chamber (22) and surrounds a disc (27) that is situated in the chamber (22) and is connected to the shaft (5). The medium (21) enters the chamber (22) via at least one opening (23) in the bearing (20). According to the invention, the shaft (5) has a groove (30), which permits the medium (21) to exit the chamber (22) by means of the groove (30) or enters the chamber (22) by means of said groove (30), the latter closing once the forces in the bearing (20) have equalised. Alternatively, the bearing has an exit opening in its casing, which permits the medium to exit the chamber via the exit opening when there is an imbalance of forces in the bearing, in order to re-establish an equilibrium of forces. The invention is predominantly designed for use in exhaust-gas turbochargers in the automotive industry.

Inventors:
MEINTSCHEL JENS (DE)
SCHLEGL MARTIN (DE)
SCHMITT STEFFEN (DE)
WEHINGER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/012964
Publication Date:
June 29, 2006
Filing Date:
December 03, 2005
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
MEINTSCHEL JENS (DE)
SCHLEGL MARTIN (DE)
SCHMITT STEFFEN (DE)
WEHINGER FRANK (DE)
International Classes:
F01D25/16; F01D25/22; F02C7/06; F16C39/04
Foreign References:
US6231302B12001-05-15
US20030133785A12003-07-17
DE407077C1924-12-10
US6071091A2000-06-06
US20010053329A12001-12-20
Attorney, Agent or Firm:
Schrauf, Matthias (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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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) , jeweils 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.
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 F R , 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 je 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 F R 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 p E zuführbar oder entziehbar ist. Der Druck p E 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 jeweils 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 a N der Nuten größer als eine axiale Erstreckung a L 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 p E 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 F R 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 F R 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 F R , 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 je 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 F R 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 p E zuführbar ist. Der Druck p E 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 P E 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 F R 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 D 1 ^ und einer Breite B L 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 D 3 untergebracht. Der Außendurchmesser D 1A des Lagers 20 ist wesentlich größer als seine Breite B Li 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 je einer axialen Erstreckung a L 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 p E als Überdruck an, so dass das Medium 21 der Kammer 22 zuführbar ist.

Der Scheibendurchmesser D 3 der Scheibe 27 entspricht etwa einem Innendurchmesser D K i 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 je 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 a N 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 je 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 a N der Nuten 30, 31 und ihre radiale Eindringtiefe a r 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 p κ 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 F ax auf das Lager 20 wirkt. Durch die Krafteinwirkung der Kraft F ax 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 p 2 i 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 F R 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 Ap 1 der Druck p u in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p 2 i 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 F ax auf das Lager 20 wirkt und ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 herrscht. Durch die Krafteinwirkung der Kraft F ax 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 Pi 2 in der ersten Teilkammer 32 kleiner wird als der Druck P 22 in der zweiten Teilkammer 33. Eine Druckdifferenz Ap 2 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 eine Rückstellkraft F R 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

Δp 2 der Druck p 22 in der zweiten Teilkammer 33 abzüglich dem Druck Pi 2 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 p E 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 p E 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 p E 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 p E abgesaugt werden kann. Dadurch ist der Druck in der jeweiligen 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 F ax 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 p 13 in der ersten Teilkammer 32 größer ist als ein Druck p 23 in der

geschlossenen zweiten Teilkammer 33. Eine Druckdifferenz Ap 3 bewirkt in der ersten Teilkammer 32 eine Rückstellkraft F R 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

Ap 3 der Druck p 13 in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p 23 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 F ax 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 p 24 in der zweiten Teilkammer 33 größer ist als ein Druck p 14 in der geschlossenen ersten Teilkammer 32. Eine Druckdifferenz Ap 4 bewirkt in der zweiten Teilkammer 33 eine Rückstellkraft F R 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

Ap 4 der Druck p 24 in der zweiten Teilkammer 33 abzüglich dem Druck p 14 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 je 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 p E 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 F ax 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 p 2 s in der zweiten Teilkammer 33 geringer wird als der Druck Pi 5 in der ersten

Teilkammer 32. Eine Druckdifferenz Ap 5 bewirkt in der ersten Teilkammer 32 eine Rückstellkraft F R auf die Scheibe 27 bis sie wieder eine mittige Position in der Kammer 22 einnimmt

und die Eintrittsöffnung 25 schließt. Unter der Druckdifferenz Ap 5 ist der Druck p 15 in der ersten Teilkammer 32 abzüglich dem Druck p 2 s 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 p E 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 p E 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 p E erzeugt .

Es kann aber auch ein vom Betriebszustand des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine abhängiger Druck p E an den Eintrittsöffnungen 23, 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23, 24 anliegen. Ebenso kann auch ein jedem Betriebspunkt des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine angepasster variabler Druck p E an den Eintrittsöffnungen 23, 24 beziehungsweise Ausströmöffnungen 23, 24 anliegen. Dieser Druck p E ist dann über eine nicht näher dargestellte Regel- und Steuereinheit der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine einzustellen.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass bei angelegtem Überdruck, je höher der angelegte Druck p E ist, beziehungsweise bei angelegtem Unterdruck, je niedriger der angelegte Druck p E 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.