Die Erfindung betrifft ein Radiallager für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Radiallager dienen der Lagerung von drehbaren Bauteilen, in der Regel von so genannten Wellen. Zu unterscheiden ist dabei grundsätzlich zwischen so genannten Gleitlagern und Wälzlagern. Wälzlager sind mit Hilfe eines so

genannten Innenringes fest mit dem drehbaren Bauteil, der Welle, einem

Rotationskörper, verbunden, wobei ein sogenannter Außenring, welcher mit Hilfe von zwischen dem Innenring und dem Außenring positionierten Wälzkörpem, bspw. Kugeln oder Walzen, fest mit einem Gehäuse, innerhalb dessen die Welle aufgenommen ist, verbunden ist.

Gleitlager weisen dem entgegen prinzipiell einen wesentlich einfacheren Aufbau auf. Die Welle selbst ist in einem Lagerkörper, im Allgemeinen ein Hohlzylinder, dessen Durchmesser und Länge von einem mit Hilfe der Welle rotierbaren Körper und somit von diesem erzeugten Kräften abhängig ist, bewegbar aufgenommen. Das heißt zwischen der Welle und einer Innenwandung des Lagerkörpers ist ein mehr oder weniger großer Spalt ausgebildet. Dieser Spalt ist zur Vermeidung einer Festkörperreibung zwischen der Innenwandung des Lagerkörpers und einer Mantelfläche der Welle im Betrieb zumindest teilweise mit einem Schmiermittel gefüllt. Der Lagerkörper selbst ist in einem Gehäuse mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Lagerkörpers aufgenommen oder der Lagerkörper wird selbst vom Gehäuse, einem Lagerabschnitt, gebildet. Eine Variante des einfachen Gleitlagers ist ein so genanntes Schwimmbuchsen- Lager. Hier ist der Lagerkörper selbst bewegbar im Gehäuse gelagert und kann somit ebenfalls rotieren. Das heißt bei einer Schwimmbuchsen-Lagerung sind die Welle und der Lagerkörper jeweils rotierbar im Gehäuse angeordnet. Damit das Schmiermittel in den Spalt zwischen der Mantelfläche der Welle und einer

Innenwandung des Lagerkörpers gelangen kann, sind beispielsweise

Lagerkörperöffnungen vorgesehen, die den Lagerkörper vollständig durchdringen. Zu unterscheiden ist bei den Schwimmbuchsenlagern zwischen so genannten „Semi-Floating“-Lagern und„Full-Floating“-Lagern. Das„Semi-Floating“-Lager weist einen ersten Rotationskörper im ersten Lagerkörper auf, wobei im zweiten Lagerkörper ein zweiter Rotationskörper, im Allgemeinen eine Welle, rotierbar positioniert ist. Der erste Rotationskörper ist allerdings beim„Semi-Floating“-Lager fixiert, so dass zwar eine Bewegbarkeit möglich ist, allerdings eine Rotation unterbunden wird. Dies ist der Unterschied zum„Full-Floating“-Lager, denn bei diesem ist auch der erste Rotationskörper im ersten Lagerkörper rotier- bzw.

verdrehbar aufgenommen.

Ein Schwimmbuchsenlager wird insbesondere im Maschinenbau bei schnell- bzw. hochdrehenden Wellen eingesetzt, denn ein Vorteil dieses Lagers ist, es

konstruktionsbedingt eine hohe Stabilität bei hohen Drehzahlen bietet und wartungsarm ist. Bei zunehmend höheren Drehzahlen treten jedoch selbsterregte Instabilitäten auf, auch mit Oil-Whirl bezeichnet, die zu hohen

Wellenauslenkungen führen können. Eine Folge des Oil-Whirls ist ein instabiles Lagerverhalten, herbeigeführt durch eine sich irregulär aufbauende und

zusammenbrechende Schmierfilmdicke. Problematisch ist nicht alleine der Oil- Whirl, sondern ein so genanntes Einrasten dieses Oil-Whirls, welches als Oil-Whip bezeichnet wird. Dieses Einrasten erfolgt bei einer Übereinstimmung einer Oil- Whirl-Frequenz und einer mechanischen Eigenfrequenz. Diese Effekte, sowohl der Oil-Whirl- als auch insbesondere der Oil-Whip-Effekt, führen unvorhersehbar zu hohen Wellenamplituden und infolgedessen zu Festkörperreibung mit möglichen irreparablen Schäden der Lagervorrichtung. Da der Oil-Whirl-Effekt im Betrieb dem Oil-Whip-Effekt vorausgeht, ist im Folgenden nur von dem Oil-Whirl-Effekt die Rede.

Diese Oil-Whirl- und Oil-Whip-Effekte lassen sich dadurch vermeiden, zumindest verringern, dass der im Radiallager mit Schmiermittel gefüllte Bereich zumindest eine Fläche aufweist, die zu einer Umlenkung des Schmiermittels führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radiallager für einen

Abgasturbolader zu schaffen, welches zumindest eine Reduzierung der Oil-Whip- und/oder Oil-Whirl-Effekte aufweist. Die weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Abgasturboladers mit einer langen, gegenüber dem Stand der Technik verlängerten Lebensdauer.

Diese Aufgabe wird durch ein Radiallager für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Radiallager für einen Abgasturbolader ist als Gleitlager ausgebildet und umfasst eine Lagerbüchse, die eine Welle des Abgasturboladers aufnehmbar ausgebildet ist. Es ist zumindest eine die Welle umfassende Fläche des Radiallagers ausgebildet. Die Lagerbüchse weist einen Schmiermittelzulauf auf. Des Weiteren ist die Lagerbüchse einen Hohlraum umfassend ausgebildet, wobei die Fläche komplementär zu einer Außenfläche des Hohlraumes

ausgestaltet ist. Das Radiallager weist eine Längsachse und eine Mittelebene auf. Erfindungsgemäß ist der Hohlraum einen Querschnitt in Form einer Hypotrochoide aufweisend ausgebildet, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung von

Schmiermitteltaschen einen maximalen Abstand von der Längsachse und einen minimalen Abstand von der Längsachse aufweist.

Die Herstellung von so genannten Mehrflächengleitlagern, welche Schmiermiteltaschen aufweisen, weist insbesondere bei kleinen Durchmessern der Radiallager kostenintensive Herstellverfahren insbesondere aufgrund eines hohen Zeitaufwandes auf, wie es bspw. beim Drahterodieren der Fall ist. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in der Herstellung mit Hilfe einer

kostengünstigen spanenden Bearbeitung, insbesondere einem Fräsverfahren zu sehen, da der Hohlraum in Form der Hypotrochoide mit Hilfe einer einfachen Drehoperation herstellbar ist.

Die Ausbildung von Schmiermitelzuläufen im Bereich der mit Hilfe der

Hypotrochoide ausgebildeten Schmiermiteltaschen ergibt einen verbesserten Druckaufbau des Schmiermitels zwischen der Welle und dem Radiallager, da dieser nicht durch zwischen den Schmiermiteltaschen ausgebildete weitere Zuläufe gestört wird, wodurch sich Oil-Whirl- und Oil-Whip-Effekte wesentlich reduzieren, mitunter auch eliminieren lassen.

Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Radiallager durch seine

kostengünstige und damit wirtschaftliche Herstellbarkeit bei hoher Genauigkeit aus. Aufgrund der hypotrochoidenförmigen Fläche, die der Welle oder einem feststehenden Gehäuseabschnit gegenüberliegend ausgeführt ist, ergibt sich eine verbesserte, da erhöhte Lagersteifigkeit und somit eine Erhöhung der relativen Tragfähigkeit.

Der mit dem erfindungsgemäßen Radiallager ausgestatete Abgasturbolader zeichnet sich durch eine Reduzierung des Lagerverschleißes und somit durch eine Erhöhung seiner Lebensdauer aus. Es ergibt sich weiterhin eine Reduzierung der Reibleistung, wodurch sich der Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten des Abgasturboladers verbessern lassen, so dass auch eine Kraftstoffreduzierung eines den erfindungsgemäßen Abgasturbolader aufweisenden

Verbrennungsmotors ermöglicht ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist in einer

Reduzierung der Geräuschemissionen aufgrund eines wesentlich verbesserten Geräuschverhaltens zu sehen. Durch die Eliminierung bzw. der Reduzierung des Oil Whirls wird ein so genannter Konstantton im Betrieb des Abgasturboladers wesentlich reduziert. Es ergibt sich ein wesentlich schwingungsfreieres

Rotationsverhalten eines die Welle aufweisenden Laufzeugs des

Abgasturboladers, welches zu einer Robustheit der das erfindungsgemäße

Radiallager aufweisenden Lagerung führt.

Insbesondere lassen sich zwischen Gehäuseabschnitten und Laufrädern des Abgasturboladers ausgebildete Radialspalte aufgrund der reduzierten Schwingung des Laufzeugs wesentlich verkleinern, wodurch eine Wirkungsgradsteigerung des Abgasturboladers herbeigeführt werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und

Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:

Fig. 1 in jeweils einem Längsschnitt verschiedene Radiallager a) bis d) gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 in einer Prinzipdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer Hohlraumfläche eines erfindungsgemäßen Radiallagers,

Fig. 3 in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Radiallager in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht das Radiallager gern. Fig. 3, Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager in einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager in einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung eine Innenfläche des

erfindungsgemäßen Radiallagers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 in einer perspektivischen Darstellung das Radiallager gern. Fig. 7,

Fig. 9 in einer perspektivischen Darstellung einen Hohlraum des

erfindungsgemäßen Radiallagers in einem fünften Ausführungsbeispiel, und

Fig. 10 in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Radiallager gern. Fig. 9.

In Fig. 1 sind Radiallager 1 gemäß dem Stand der Technik für einen

Abgasturbolader 2 dargestellt. Die Radiallager 1 sind zur radialen Lagerung einer Welle 3 des Abgasturboladers 2 vorgesehen, wobei die Welle 3 einem Laufzeug 4 des Abgasturboladers, aufweisend ein nicht näher dargestelltes Verdichterlaufrad und ein nicht näher dargestelltes Turbinenlaufrad, zugehörig ist und in einem nicht näher dargestellten Lagerabschnitt des Abgasturboladers 2 drehbar aufgenommen ist.

Der Abgasturbolader 2 ist bevorzugt mit einer nicht näher dargestellten

Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, wobei das Turbinenlaufrad von Abgas der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt und in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wobei es aufgrund der mit Hilfe der Welle 3 herbeigeführten drehfesten Verbindung mit dem Verdichterlaufrad dieses ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzt, so dass dieses Verbrennungsluft ansaugen kann, welche ein nicht näher dargestelltes Verdichtergehäuse des Abgasturboladers durchströmt, wobei es verdichtet wird. Somit wird der Verbrennungskraftmaschine verdichtete

Verbrennungsluft bereitgestellt.

Die Radiallager 1 gemäß dem Stand der Technik, welche in Form von Gleitlagern ausgeführt sind, sind unterschiedlich ausgebildet, wobei neben einer Innenfläche 5 eine Lagerbüchse 6 des Radiallagers 1 auch eine Anzahl von

Schmiermittelzuläufen 7 variierend ausgeführt ist.

In den Figuren 1 a) und b) ist das Radiallager 1 in Form eines Mehrflächen- Radialgleitlagers dargestellt, wobei das Radiallager 1 so genannte

Schmiertaschen 8 aufweist. Zwischen der Welle 3 und der Lagerbüchse 6 ist ein Schmierspalt vorgesehen, welcher mit Schmiermittel befüllbar ist und im Bereich der Schmiertaschen 8 vergrößert ist.

In Fig. 1 c) ist das Radiallager 1 in Form eines Schwimmbuchsenlagers dargestellt, wobei zwischen der Lagerbüchse 6 und der Welle 3 eine weitere Lagerbüchse 10 drehbar aufgenommen ist. Die weitere Lagerbüchse 10 ist hohlzylindrisch ausgebildet, wobei mit Hilfe weiterer Schmiermittelzuläufe 11 ein zwischen der Welle 3 und der weiteren Lagerbüchse 10 ausgebildeter weiterer Schmierspalt 12 mit Schmiermittel befüllt werden kann, das ausgehend vom Schmierspalt 9 über die weiteren Schmiermittelzuläufe 11 in den weiteren Schmierspalt 12 fließen kann und vice versa. Dieses Schwimmbuchsenlager 1 ist in einer Variante in Fig. 1d) dargestellt, wobei die weitere Lagerbüchse 10 einen wellenförmigen Querschnitt aufweist.

In den Figuren 2 bis 10 ist ein erfindungsgemäßes Radiallager 1 , welches als Festlager ausgebildet ist, jedoch auch als Schwimmbuchsenlager ausgeführt sein kann, in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Sofern das Radiallager 1 als Schwimmbuchsenlager ausgebildet ist, entspricht die Lagerbüchse 6 der weiteren Lagerbüchse 10, der Schmiermittelzulauf 7 dem weiteren Schmiermittelzulauf 11 , und der Schmierspalt 9 dem weiteren Schmierspalt 12. Im Folgenden wird exemplarisch das als Festlager ausgeführt Radiallager 1 beschrieben.

Die Lagerbüchse 6, aufweisend eine Längsachse 14, umfasst einen Hohlraum 13. Die Innenfläche 5 ist den Hohlraum 13 in radialer Richtung begrenzend

ausgeführt.

Der Hohlraum 13 weist einen Querschnitt QH in Form einer Hypotrochoide auf, wobei die Hypotrochoide zur Herbeiführung der Schmiertaschen 8 einen

maximalen Abstand AMAX von der Längsachse 14 und einen minimalen Abstand

A M/M von der Längsachse 14 aufweist.

In Fig. 2 ist in einer Prinzipdarstellung ein prinzipieller Aufbau einer

Hohlraumfläche 15 des Hohlraums 13 des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 illustriert. Die in Form der Hypotrochoide ausgeführte Hohlraumfläche 15 weist einen Grundkreis 16 auf, dessen Grundkreisradius RG dem maximalen Abstand AMAX entspricht. Des Weiteren weist die Hohlraumfläche 15 einen Innenkreis 17 auf, dessen Innenkreisradius Ri dem minimalen Abstand A /M entspricht.

Die Hypotrochoide ist in Abhängigkeit der nachstehend beschriebenen

Gleichungen (1 ) und (2) zu bestimmen: c(q) = (R - r)cos0 + dcos(—— -Q) (1 )

r

Die erste Variable d entspricht einem mittleren Durchmesser zwischen dem

Grundkreis 16 und dem Innenkreis 17.

Die zweite Variable r ist zu ermitteln aus dem Quotienten zwischen der Subtraktion des Grundkreises 16 und der ersten Variablen d und einer Anzahl n der

Schmiertaschen 8 abzüglich dem Wert 1. Die dritte Variable R entspricht dem Produkt der Anzahl n der Schmiertaschen 8 und der zweiten Variablen r.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Radiallager 1 gemäß eines ersten

Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht illustriert. Das Radiallager 1 weist an seiner Stirnfläche 23 eine Außenfase 24 auf. In Fig. 4 ist das Radiallager gern. Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht illustriert und weist insgesamt über seinem Umfang verteilt sechs Schmiermittelzuläufe 7 auf.

In Fig. 5 ist das erfindungsgemäße Radiallager 1 in einer perspektivischen Ansicht in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der in Form der Hypotrochoide ausgebildete Hohlraum 13 ist über die vollständige axiale Erstreckung der

Lagerbüchse 6 konstant ausgebildet. An den größten Abstand AMAX von der Längsachse 14 aufweisenden Schmiertaschen 8 ist jeweils ein

Schmiermittelzulauf 7 ausgebildet.

In Fig. 6 ist in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße Radiallager 1 in einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Lagerbüchse 6 weist eine Außenfläche 18 auf, welche die Innenfläche 5 umfasst und in einem konstanten Abstand AF von dieser ausgebildet ist. Somit weist die Außenfläche 18 eine Kontur in Form einer Hypotrochoide auf. Die Schmiermittelzuläufe 7 sind beispielhaft im Bereich der Schmiertaschen 8 ausgebildet. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft bei einer Schwimmbuchsenlagerung, welche als so genanntes„Full-Floating“-Lager ausgebildet ist, da der Vorteil der

hypotrochoidenförmigen schmiermittelkontaktierenden Fläche 5 auch auf die Außenfläche 18 übertragbar ist, da ein die Außenfläche 18 berührender

Schmiermittelfilm ebenfalls zur Blasenbildung neigt.

Fig. 7 stellt in einer perspektivischen Darstellung die Innenfläche 5 resp. die

Hohlraumfläche 15 des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dar. Der Hohlraum 13 weist die Hohlraumfläche 15 sich entlang der Längsachse 14 um diese verdrehend auf. Das heißt mit anderen Worten, dass der maximale Abstand AMAX und der minimale Abstand AMIN der Hohlraumfläche 15 in axialer Richtung entlang der Längsachse 14 um die

Längsachse 14 drehend, somit in Umfangsrichtung der Lagerbüchse 6 entlang der Längsachse 14 veränderlich positioniert ausgebildet sind. Das erfindungsgemäße Radiallager 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist in einer perspektivischen Darstellung in Fig. 8 illustriert. Zentren 25 der Schmiermittelzuläufe 7 sind jeweils im Bereich des maximalen Abstandes AMAX angeordnet. Der Vorteil dieses

Ausführungsbeispiels ist darin zu sehen, dass ausgehend von den

Schmiermittelzuläufen 7 eine verbesserte Verteilung des Schmiermittels in axialer Richtung des Radiallagers 1 erzielbar ist, wodurch sich eine stabile Rotation der Welle 3 herbeiführen lässt.

In Fig. 9 ist in einer perspektivischen Darstellung der Hohlraum 13 des

erfindungsgemäßen Radiallagers 1 in einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Radiallager 1 ist sich in axialer Richtung entlang seiner

Längsachse 14 über eine Länge L erstreckend ausgeführt. Die Länge L setzt sich zusammen aus einer ersten Länge L1 und einer zweiten Länge L2. Im Abstand der Länge L2 ist ausgehend von der Stirnfläche 23 eine sich quer zur Längsachse 14 erstreckende Mittelfläche 19 ausgebildet. Diese Mittelfläche 19 ist eine sich zwischen einem ersten Abschnitt 20 der Lagerbüchse 6 und einem zweiten

Abschnitt 21 der Lagerbüchse 6 quer zur Längsachse 14 erstreckende

Trennfläche, die die beiden Abschnitte 20, 21 in zwei gleich lange Abschnitte teilt. Ebenso könnten die Längen L1 , L2 auch unterschiedlich groß ausgebildet sein.

Im vorliegenden fünften Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt 20 das

Resultat einer Spiegelung des zweiten Abschnitts 21 an dieser Mittelfläche 19.

In Fig. 10 ist in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße

Radiallager 1 gern. Fig. 9 illustriert.

Selbstredend können die Radiallager 1 der vorstehend genannten

Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Anzahl und Position der Schmiermittelzuläufe 7 sowie der Kontur ihrer Außenflächen 18 und ihrer

Hohlräume 13 variieren.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Radiallagers 1 erfolgt bevorzugt mit einem spanenden Bearbeitungsverfahren, insbesondere mit einem Drehverfahren, wobei die Hypotrochoide sich bevorzugt in einem Mehrspindeldrehverfahren herstellen lässt, bei dem beispielsweise das Fräswerkzeug einen Querschnitt gemäß der Fräserfläche 22, s. Fig. 2, aufweist.