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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und alle Vorteile der provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/986.512, eingereicht am 30. April 2014, mit dem Titel "Reversible Spiral Groove Journal Bearing For Use On Standard And Reverse Rotation Turbochargers", die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader mit einem verbesserten Gleitlager und spezieller auf ein verbessertes Gleitlager in einem Turbolader, wobei das Lager an gegenüberliegenden Enden entgegengesetzt gerichtete Spiralnuten aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Turbolader sind an einer Kraftmaschine vorgesehen, um dem Kraftmaschineneinlass Luft mit einer höheren Dichte, als sie in einer normal ansaugenden Konfiguration möglich wäre, zuzuführen. Dies ermöglicht, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird, wobei folglich die Leistung der Kraftmaschine erhöht wird, ohne das Kraftmaschinengewicht signifikant zu vergrößern.
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Im Allgemeinen verwenden die Turbolader die Abgasströmung vom Auslasskrümmer der Kraftmaschine, wobei die Abgasströmung an einem Turbineneinlass in das Turbinengehäuse eintritt, um dadurch ein Turbinenrad anzutreiben, das sich in dem Turbinengehäuse befindet. Das Turbinenrad stellt Drehleistung bereit, um das Kompressorrad des Turboladers anzutreiben. Diese komprimierte Luft wird dann dem Kraftmaschineneinlass bereitgestellt, worauf oben Bezug genommen worden ist.
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Unter ausführlicherer Bezugnahme auf den repräsentativen Turbolader 10, der in der Querschnittsansicht nach 1 gezeigt ist, enthält der Turbolader 10 ein Turbinengehäuse oder Gehäuse 12, das eine Schnecke 14, die sich darin in Umfangsrichtung erstreckt, ein Kompressorgehäuse 16 und eine Kompressorschnecke 17 aufweist, und ein Turbinenrad 18 und ein Kompressorrad 19, die durch eine Welle 21 drehbar miteinander verbunden sind. Die Welle 21 ist durch ein Lagersystem 22 gestützt, das innerhalb eines zentralen Lagergehäuses 23 gestützt ist, das zwischen dem Turbinengehäuse 12 und dem Kompressorgehäuse 16 angeordnet ist. Das Lagergehäuse 23 definiert eine Lagerkammer 24, die sich axial zwischen dem Kompressorgehäuse 16 und dem Turbinengehäuse 12 erstreckt, um es zu ermöglichen, dass sich die Welle 21 axial dazwischen erstreckt, so dass während des Betriebs des Turboladers 10 die Drehung des Turbinenrads 18 die Drehung des Kompressorrads 19 antreibt.
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In diesem veranschaulichten Turbolader enthält das Lagersystem 22 typischerweise ein Gleitlager 25, das innerhalb der Lagerkammer 24 positioniert ist, um der sich drehenden Welle 21 eine radiale Stütze bereitzustellen. Für die Zwecke der Bezugnahme erstreckt sich die Z-Richtung axial entlang der Mittelachse der Welle 21, während sich die X- und die Y-Richtung von ihr radial nach außen erstrecken. Eine Endansicht der Welle 21 und des Turboladers 10 wird entlang der Z-Richtung gesehen, während die Seitenansicht in der X-Richtung genommen wird. Diese Richtungen dienen für die Zwecke der Bezugnahme und der Betrachtung und sind nicht vorgesehen, einschränkend zu sein.
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Im Allgemeinen kann das Gleitlager 25 während der Wellendrehung bis zu einem kleinen Ausmaß radial gleiten oder sich bewegen. Die freibeweglichen Ringlager 25 funktionieren, um die Welle 21 radial zu stützen und den radialen Kontakt zwischen der Welle 21 und dem Lagergehäuse 21 in Reaktion auf die Radialbelastungen auf die Welle 21 zu verhindern.
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Um die durch die Wellendrehung verursachten radialen und axialen Bewegungen zu dämpfen, wird der Lagerkammer 24 ein Fluid, wie z. B. ein Öl, zugeführt, wobei das Öl um das Gleitlager 25 und die Welle 21 strömen kann. Das Öl wird der Lagerkammer 24 durch einen Einlasskanal 26 zugeführt, der zwei Ölzufuhröffnungen 27 speist, die das Öl dem Gleitlager 25 in einer Doppelzufuhrkonfiguration für das Lagergehäuse zuführen. Das Lagergehäuse kann außerdem Öl in einer Einzelzufuhrkonfiguration zuführen. Dadurch umgibt das Öl die äußere und die innere Umfangsfläche des Gleitlagers 25. Während der Wellendrehung wird ein innerer Fluidfilm auf den inneren Lagerflächen gebildet, die ein Gleitlager definieren, das die Welle 21 radial stützt. Die äußeren Lagerflächen weisen außerdem einen um sie ausgebildeten äußeren Fluidfilm auf, was eine radiale Stütze für das Gleitlager 25 bezüglich der Innenfläche 28 der Lagerkammer 24 bereitstellt. Der äußere und der innere Film sind zwischen der inneren und der äußeren Lagerfläche und der Kammerfläche 28 bzw. der äußeren Wellenfläche 21A ausgebildet. Falls gewünscht, kann außerdem ein Axiallager bereitgestellt sein.
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In einem bekannten Gleitlager kann an einem Ende auf der inneren Lagerfläche eine Spiralnut bereitgestellt sein, die dazu dient, das Öl zu dem einen Ende des Gleitlagers zu pumpen. Die Spiralnut öffnet sich in enger Verbindung mit der äußeren Wellenfläche nach innen und erstreckt sich der Länge nach bis zu dem einen Ende, was eine axial gerichtete Pumpwirkung während der Wellendrehung erzeugt. Die Spiralen sind typischerweise so orientiert, dass, wenn das Öl gepumpt wird, es axial entlang der Welle zu der kritischeren Turbinenseite des Turboladers gepumpt wird. Dies kann aufgrund der Pumpwirkung, die zu der Turbinenseite und Weg von der Kompressorseite gerichtet ist, ein Ölmangelproblem während des Kaltstarts erzeugen.
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Ferner sind diese bekannten Gleitlager für eine Richtung der Wellendrehung verwendbar, die der Orientierung der Spirale entspricht. Mit anderen Worten, die Spirale ist orientiert, um axial zu der Turbine zu pumpen, wenn sich die Welle in einer Richtung dreht, wobei sie aber arbeitet, um die Pumpwirkung zum Kompressor zu erzeugen, wenn sich die Welle in der entgegengesetzten Richtung dreht.
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Von daher können bei dieser bekannten Lagerkonfiguration immer noch Nachteile vorhanden sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Gleitlager für einen Turbolader, wobei das Lager der Erfindung entgegengesetzt orientierte Spiralnuten aufweist, die an jedem der gegenüberliegenden Enden des Lagers bereitgestellt sind. Diese Spiralnuten verringern das untersynchrone Rauschen, wobei untersynchrone Schwingungen auftreten können, die eine Frequenz aufweisen, die niedriger als die Drehfrequenz der Welle ist. Die untersynchronen Schwingungen können in dem Lagersystem eines Turboladers während verschiedener Betriebsbedingungen, einschließlich der Kaltstarts und der leichten bis mäßigen Beschleunigungen, erzeugt werden. Wenn sie auftreten, können die untersynchronen Schwingungen ein unerwünschtes Geräusch in ein Fahrzeug übertragen. Um derartige Schwingungen zu behandeln, ändert die entgegengesetzte Spiralnut der Erfindung den Ölwirbel, wobei sie folglich die untersynchrone Schwingung verringert. Zusätzlich pumpen die entgegengesetzten Spiralnuten insbesondere während der Kaltstarts Öl sowohl zu dem Kompressor als auch zu der Turbine. Spezieller weist bei dieser Lagerbauform das Gleitlager eine Spiralnut im Uhrzeigersinn an einem Ende des Lagers auf, wobei die Spiralnut auf der inneren Lagerfläche ausgebildet ist, so dass sie der gegenüberliegenden Wellenfläche zugewandt ist und während der Wellendrehung eine Ölströmung von dem Gleitlager nach außen erzeugt. Die durch diese Spiralnut im Uhrzeigersinn erzeugte Ölströmung geschieht deshalb in einer ersten Auswärtsrichtung, z. B. zu deren Turbinenseite, wenn sich die Welle in einer ersten Richtung dreht.
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Zusätzlich enthält das gegenüberliegende Ende des Gleitlagers eine entgegengesetzt gerichtete Spiralnut, die in diesem Fall im Vergleich zu der Spiralnut im Uhrzeigersinn eine Spirale entgegen dem Uhrzeigersinn aufweisen würde. Im Wesentlichen weist deshalb die Spiralnut an einem Ende im Vergleich zu der Spiralnut an dem gegenüberliegenden Ende des Gleitlagers eine entgegengesetzt orientierte Spiralformation auf. An dem gegenüberliegenden zweiten Ende des Gleitlagers würde eine Nut entgegen dem Uhrzeigersinn eine Auswärtsölströmung in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, erzeugen, die deshalb zur Kompressorseite des Gleitlagers gerichtet sein würde, wenn sich die Welle in der ersten Richtung dreht. Folglich strömt während der Drehung im Uhrzeigersinn der Welle das Schmieröl in der ersten Richtung nach außen zu der Turbinenseite und entgegengesetzt in der zweiten Auswärtsrichtung zur Kompressorseite. Falls sich in diesem Zustand die Welle entgegen dem Uhrzeigersinn drehen würde, würden die Nuten unerwünscht zum mittleren Abschnitt des Gleitlagers nach innen pumpen, was dann schnell zu einem Ölmangel an den Lagerflächen führen könnte.
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Beide Enden des Gleitlagers weisen eine Antidrehungsformation auf, die das Gleitlager während der Wellendrehung im Allgemeinen bezüglich der Welle stationär aufrechterhält. Weil das Antidrehungsmerkmal an beiden Enden des Gleitlagers bereitgestellt ist, kann das Gleitlager der Länge nach umgekehrt oder umgedreht werden und in dieser zweiten Orientierung an einer Welle angebracht werden. Diese entgegengesetzt orientierten Spiralnuten würden dann nur beim Vorhandensein einer Wellendrehung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn eine Auswärtsölströmung erzeugen. Wenn jedoch die Welle in dieser zweiten Orientierung im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann würde eine unerwünschte Ölströmung nach innen auftreten. Wenn sich das Gleitlager in der ersten Orientierung befindet, funktioniert es folglich, um während der Wellendrehung im Uhrzeigersinn eine Auswärtsströmung zu erzeugen, während, wenn das Gleitlager zu der zweiten Orientierung umgekehrt oder umgedreht und an der Welle angebracht ist, dasselbe Gleitlager nur betriebsfähig ist, um während der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn der Welle eine Auswärtsströmung zu erzeugen. Das Gleitlager kann deshalb für die Wellendrehung entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn verwendet werden und kann dennoch in der gleichen Weise funktionieren, um eine Auswärtsölströmung zu dem Kompressor und der Turbine zu erzeugen.
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Weil die entgegengesetzt gerichteten Spiralnuten während der Wellendrehung eine Auswärtsölströmung zu dem Kompressor und zu der Turbine erzeugen, stellt das Gleitlager eine verbesserte Leistung, insbesondere während der Kaltstarts, bereit, weil das Öl in beiden Richtungen entlang der Welle strömt und das untersynchrone Rauschen verringert ist. Dies stellt signifikante Vorteile gegenüber der bekannten Lagerkonfiguration, die oben bezüglich 1 beschrieben worden ist, bereit.
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Andere Aufgaben und Zwecke der Erfindung und deren Variationen werden beim Lesen der folgenden Beschreibung und beim Ansehen der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht eines repräsentativen Turboladers mit einem Gleitlager.
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2 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Gleitlagers der Erfindung, das in einem Lagergehäuse gezeigt ist, das eine Einzelzufuhrkonfiguration aufweist.
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3 ist eine Seitenquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform des Gleitlagers der Erfindung in einer ersten Orientierung für die Verwendung in einem Einzelzufuhr-Lagergehäuse.
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4 ist eine Seitenquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform des Gleitlagers der Erfindung nach 3 in einer zweiten Orientierung, die bezüglich der ersten Orientierung der Länge nach umgedreht ist.
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5 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Gleitlagers der Erfindung, das in einem Lagergehäuse gezeigt ist, das eine Doppelzufuhrkonfiguration aufweist.
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6 ist eine Seitenquerschnittsansicht der zweiten Ausführungsform des Gleitlagers der Erfindung in der ersten Orientierung für die Verwendung in einem Doppelzufuhr-Lagergehäuse.
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7 ist eine Seitenquerschnittsansicht der zweiten Ausführungsform des Gleitlagers der Erfindung nach
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6 in einer zweiten Orientierung, die bezüglich der ersten Orientierung der Länge nach umgedreht ist.
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In der folgenden Beschreibung wird lediglich für die Zweckmäßigkeit und die Bezugnahme eine bestimmte Terminologie verwendet, wobei sie nicht einschränkend ist. Die Wörter "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf die Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Wörter "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen zu der bzw. weg von der geometrischen Mitte der Anordnung und ihrer bezeichneten Teile. Die Terminologie enthält die spezifisch erwähnten Wörter, deren Ableitungen und die Wörter mit ähnlicher Bedeutung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In den 2 und 5 ist das Gleitlager 25 des Turboladers 10 nach 1 durch ein Gleitlager der Erfindung oder eine Lagereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt, die sich innerhalb des Lagergehäuses 23 befindet, um der Welle 21 eine Radialbelastungsstütze bereitzustellen. Das Lagergehäuse 23 und die Welle 21 sind in den 2 und 5 bezüglich der Gleitlager 51 und 51-1 der Erfindung in einem Phantomumriss graphisch dargestellt. 1 zeigt eine Doppelölzufuhrkonfiguration, die vorzugsweise die Lagereinheit 51-1 nach den 5–7 enthalten würde. Wenn der Turbolader 10 in einer Einzelölzufuhrkonfiguration bereitgestellt ist, wie in 2 zu sehen ist, dann würde die Lagereinheit 51 nach den 2 bis 4 bereitgestellt sein.
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Im Allgemeinen definiert in den 1, 2 und 5 das Lagergehäuse 23 die Lagerkammer 24, die sich axial durch das Lagergehäuse 23 erstreckt, wobei sich die Lagerkammer 24 axial zu dem Turbinenrad 18 und dem Kompressorrad 19 öffnet. Die Welle 21 erstreckt sich axial durch die Lagerkammer 24, so dass die Drehung des Turbinenrads 18 die Welle 21 dreht, um das Kompressorrad 19 am gegenüberliegenden Ende der Welle 21 anzutreiben. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, ist in der in 2 gezeigten Einzelölzufuhrkonfiguration die Lagereinheit 51 der Erfindung (die 2–4) innerhalb der Lagerkammer 24 positioniert, um der sich drehenden Welle 21 eine radiale Stütze bereitzustellen. In einer Doppelölzufuhrkonfiguration, wie in 5 gezeigt ist, würde die Lagereinheit 51-1 (die 5–7) vorzugsweise installiert sein.
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Das Lagergehäuse 23 definiert die Lagerkammerfläche 28, die radial nach innen zu der Welle 21 gewandt ist und die Welle 21 radial beabstandet umgibt, um die Lagerkammer 24 zu definieren. Die Welle 21 erstreckt sich axial durch die Lagerkammer 24 und dreht sich in Abhängigkeit von der Bauform des Turboladers 10 typischerweise in einer Richtung entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn. In 3 ist bezüglich der rechten Seite der Welle 21 angegeben, dass sie für die Drehung im Uhrzeigersinn (cw) konfiguriert ist. Im Vergleich zeigt 4 die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn (ccw), wie hier weiter erörtert wird. Es ist selbstverständlich, dass die Begriffe im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn relative Begriffe sind, die von der Richtung abhängen, in der die Welle 21 betrachtet wird. Als ein Beispiel wird die Welle 21 von der rechten Turbinenseite betrachtet, wobei sie sich im Uhrzeigersinn dreht, wenn aber diese Welle 21 vom linken Ende nach 3 betrachtet wird, dann würde die Welle als sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehend gesehen werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung wird ein einziger Bezugspunkt von der rechten Seite der Ansicht genommen, wobei die Wellendrehung in der Richtung nach 3 im Uhrzeigersinn ist und die entgegengesetzte Wellendrehung in 4 entgegen dem Uhrzeigersinn ist. Diese Konvention wird außerdem bezüglich der 6 und 7 verwendet.
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In der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in den 3–4 gezeigt ist, umfasst die Lagereinheit 51 die inneren und äußeren Lagerflächen 53 und 54. Die Lagereinheit 51 umgibt die Welle 21 und gleitet frei innerhalb der Lagerkammer 24. Die äußeren Lagerflächen 54 sind zu der Kammerinnenfläche 28 entgegengesetzt radial nach außen gewandt, wobei diese Oberflächen eng, aber etwas beabstandet angeordnet sind, um die Bildung eines äußeren Fluidfilms dazwischen zu ermöglichen, wie durch die Pfeile OF1 in 2 gezeigt ist. Während der Wellendrehung stellt der Fluidfilm OF1 dem Lager 51 bezüglich des Gehäuses 23 eine Stütze bereit.
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Die inneren Lagerflächen 53 (die 3 und 4) sind eng, aber etwas beabstandet nach innen zur äußeren Wellenfläche 21A gewandt, um die statische und dynamische Bildung eines inneren Fluidfilms dazwischen zu ermöglichen, wie durch die Pfeile IF1 in 2 gezeigt ist. Der innere Fluidfilm IF1 als solcher weist während der Wellendrehung außerdem eine Filmsteifigkeit auf, die radial wirkt, um zwischen dem Lager 51 und der Welle 21 eine radiale Stütze bereitzustellen. Die Kombination aus dem inneren und dem äußeren Fluidfilm IF1 und OF1 stellt der Welle 21 eine Stütze bereit, um den bezüglich der Wellenachse 21B radial orientierten Lagerbelastungen entgegenzuwirken.
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Bezüglich des Fluidfilms wird Öl oder irgendein anderes geeignetes Fluid der Lagerkammer 24 zugeführt. Das Öl kann um das Gleitlager 51 strömen und dadurch entlang der inneren und der äußeren Lagerfläche 53 und 54 strömen, um während der Wellendrehung die Bildung des inneren und des äußeren Fluidfilms IF1 und OF1 zu ermöglichen. Das Öl wird der Lagerkammer 24 von einem Einlasskanal 26 zugeführt (die 1, 2 und 4), der die eine Ölzufuhröffnung 27-1 speist (2), die das Öl dem Gleitlager 51 in der Einzelölzufuhrkonfiguration (die 2–4) zuführt. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, kann das Öl außerdem den beiden Ölzufuhröffnungen 27-2 zugeführt werden (die 1 und 5), die das Öl in der Doppelölzufuhrkonfiguration (die 1 und 5–7) dem Gleitlager 51-1 zuführen.
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Abermals bezüglich der Einzelzufuhrkonfiguration nach den 3 und 4 umgibt das Öl dadurch die innere und die äußere Umfangsfläche 53 und 54. Während der Wellendrehung ist der innere Fluidfilm IF1 auf den inneren Lagerflächen 53 und der Wellenfläche 21A ausgebildet. Die äußeren Lagerflächen 54 weisen außerdem die äußeren Fluidfilme OF1 auf, die zwischen den äußeren Lagerflächen 54 und den gegenüberliegenden Gehäuseflächen 28 ausgebildet sind. Die äußeren und inneren Filme IF1 und OF1 sind zwischen den inneren und äußeren Lagerflächen 53 und 54 und der Wellenfläche 21A bzw. der Kammeroberfläche 28 ausgebildet, um während der Wellendrehung die Radialbelastungen zu stützen.
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Das Lager 51 weist eine monolithische oder einteilige Zylinderform auf, die durch ein Paar von Lagerflanschen 55 und 56 an den gegenüberliegenden Enden ausgebildet sind, die durch eine Zwischenlagerwand 57 mit verringertem Durchmesser miteinander verbunden sind. Die Lagerwand 57 enthält die radial offenen Öldurchlässe 58, die es dem oben beschriebenen Schmiermittelfluid oder Schmieröl ermöglichen, von dem Einspeisedurchlass 27-1 (2) und dem äußeren Umfang des Lagers 51 zu dessen inneren Umfang zu strömen. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Wand 57 größer als der Innendurchmesser der Lagerflansche 55 und 56, um eine ringförmige Fluidkammer 66 zu definieren, die sich radial zwischen der Lagerwand 57 und der Welle 21 befindet. Diese Kammer 60 sammelt das Öl darin und führt das Fluid dem Bereich der Lagerflansche 55 und 56 zu.
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Das Gleitlager 51 weist im Wesentlichen ein erstes Ende 61 und ein zweites Ende 62 auf, wobei jedes mit den Antidrehungsmerkmalen 65 ausgebildet sind, wie in den 3 und 4 zu sehen ist. Die Antidrehungsmerkmale 65 sind in den Stirnflächen des ersten und des zweiten Endes 61 und 62 axial ausgespart, um Aussparungen oder Kerben zu bilden, die sich mit einer herkömmlichen Antidrehungsklammer 66 in Eingriff befinden, die während der Wellendrehung die Drehung des Gleitlagers 51 bezüglich des Lagergehäuses 23 verhindert. Eine Antidrehungsklammer 66 ist in 2 an beiden Enden gezeigt, obwohl erkannt wird, dass vorzugsweise nur eine derartige Klammer 66, vorzugsweise zur Kompressorseite, verwendet wird. Die Antidrehungsmerkmale sind die Kerben 65, die in der bevorzugten Ausführungsform an dem ersten und dem zweiten Ende 61 und 62 gleich ausgebildet sind.
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Die obenerwähnten Lagerflansche 55 und 56 sind jeder durch die ihm zugeordnete innere Lagerfläche 53 und die äußere Lagerfläche 54 definiert. Es wird angegeben, dass die Drehung im Uhrzeigersinn der Welle 21 verursacht, dass sich die äußere Wellenfläche 21A bezüglich der stationären inneren Lagerflächen 53 dreht oder bewegt. Diese Relativbewegung zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 21A und 53 erzeugt die Bildung des Fluidfilms dazwischen, worauf oben verwiesen worden ist, wobei das Fluid aus der Fluidkammer 60 strömt. Eine Drehbewegung der Wellenfläche 21A saugt oder beeinflusst im Wesentlichen eine Umfangsströmung des Schmiermittels oder -öls zwischen den gegenüberliegenden Lagerflächen 53 und der Wellenfläche 21A. Diese Lagerflächen 53 umfassen außerdem die entgegengesetzt gerichteten Spiralnuten 63 und 64.
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Die Spiralnuten 63 sind auf der inneren Lagerfläche 53 am ersten Lagerende 61 bereitgestellt und so orientiert, dass die Umfangsfluidströmung in der axialen Richtung entlang der Länge der Welle 21 gerichtet ist. Bezüglich 3 erstrecken sich diese Spiralnuten 63 vom rechten Ende 62 aus gesehen in Umfangsrichtung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei sie sich axial nach außen zu einem äußeren freien Ende des ersten Lagerendes 61 erstrecken, so dass diese Spiralnuten 63 eine Komponente der Fluidströmung erzeugen, die sich in der axialen Richtung nach links erstreckt, wie durch die Strömungspfeile in 2 zu sehen ist. Bezüglich 1 würde deshalb die Fluidströmung von dem linken Lagerende 61 von der Fluidkammer 60 nach links zum Kompressorrad 19 strömen, um die Schmierung der einem derartigen Kompressorrad 19 zugeordneten Komponenten zu unterstützen.
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An dem gegenüberliegenden Lagerende 62 weist jedoch die Spiralnut 64 eine entgegengesetzt gerichtete Spirale auf, so dass sich diese Spiralnuten 64 vom rechten Ende aus gesehen 62 in Umfangsrichtung in der Richtung im Uhrzeigersinn erstrecken, wobei sie sich zu einem äußeren freien Ende des ersten Lagerendes 62 axial nach außen erstrecken, wobei diese Spiralnuten 64 eine Komponente der Fluidströmung erzeugen, die sich in der axialen Richtung nach rechts erstreckt, wie durch die Strömungspfeile in 2 angegeben ist. Deshalb verursacht bezüglich 2 die gleiche Drehung im Uhrzeigersinn der Welle 21, dass der Fluidfilm an diesem zweiten Lagerende 62 von der Fluidkammer 60 nach rechts zum Turbinenrad 18 strömt (1).
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Die entgegengesetzten Richtungen der Spiralnuten 63 und 64 verursachen dadurch, dass das Schmiermittelfluid in entgegengesetzten Richtungen, sowohl nach links als auch nach rechts, strömt, wenn sich die Welle 21 im Uhrzeigersinn dreht, wobei diese Strömung in 2 veranschaulicht ist. Die Fluidkammer 60 ist radial vergrößert, um eine angemessene Fluidzufuhr zu den Spiralnuten 63 und 64 sicherzustellen. Die Spiralnuten 63 und 64 denen dem Zweck des Förderns der Schmierung der Turboladerkomponenten, die sich den gegenüberliegenden Lagerenden 61 und 62 axial benachbart befinden.
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Die gleiche Funktion würde jedoch nicht erreicht, falls sich diese Welle 21 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen würde, wenn sich das Lager 51 in der ersten Orientierung befindet, wie in 3 gezeigt ist. Wenn sich die Welle 21 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, dann würden die jeweiligen Spiralnutmuster 63 und 64 das Fluid nach innen in die durch die Zwischenlagerwand 57 definierte Fluidkammer 60 leiten, was unerwünscht ist. Wenn sich die Lagereinheit 51 in der ersten Orientierung befindet, ist folglich die Welle 21 in der Drehrichtung im Uhrzeigersinn funktional, während sie bei der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn nicht funktional ist, weil die Spiralnuten 63 und 64 nicht funktionieren würden, um das Schmiermittel von der Fluidkammer 60 aus dem Lager 61 und 62 zu leiten. Stattdessen würde das Fluid in der entgegengesetzten Richtung nach innen gepumpt, wobei es schnell an den Lagerflächen 53 und 54 knapp werden würde.
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Das Lager 51 kann jedoch von der ersten Orientierung nach 3 zu der zweiten Orientierung nach 4 gedreht werden. Das Lager 51 wird im Wesentlichen der Länge nach oder von Ende zu Ende umgedreht und dann an der Welle 21 angebracht. In dieser zweiten Orientierung nach 4 sind nun dieselben Spiralnuten 63 und 64 zu den entgegengesetzten Enden umgedreht, wobei sie imstande sind, die entgegengesetzte Drehung der Welle 21 handzuhaben. Insbesondere erstreckt sich jede der Spiralnuten 63 und 64 nun in der axialen Richtung nach außen, wobei sie sich in Umfangsrichtung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn erstreckt. In 4 ist die entgegengesetzte Drehung der Welle 21 als die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn angegeben, die zu der Drehung im Uhrzeigersinn der Welle 21 in 3 entgegengesetzt ist.
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Wenn sich die Welle entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wie in 4 angegeben ist, können die Spiralnuten 63 und 64 immer noch funktionieren, um die Fluidströmung von der Fluidkammer 60 aus den gegenüberliegenden Lagerenden 61 und 62 umzuleiten, um die gleiche Strömung, die in 2 gezeigt ist, zu erzeugen. In dieser Hinsicht würde das Fluid aus dem Lagerende 62 zum Kompressorrad 19 strömen (1) und würde das Fluid aus dem Lagerende 61 zum Turbinenrad 18 strömen (1). Die Antidrehungsmerkmale 65 funktionieren immer noch in der gleichen Weise, um mit der Antidrehungsklammer 66 zusammenzuarbeiten, so dass keine Änderungen erforderlich sind, um die Installation des Gleitlagers auf der Welle 21 zu beeinflussen.
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Ferner ist es bevorzugt, dass sich jede Spiralnut 63 und 64 wenigstens eine und vorzugsweise mehr als eine vollständige Umdrehung um den inneren Umfang der Lagerflansche 55 und 56 erstreckt. Die Spiralnuten 63 und 64 können sich mehr als 1,5 Umdrehungen erstrecken, was sicherstellt, dass die durch die Spiralnuten 63 und 64 erzeugte axiale Pumpwirkung axial und kontinuierlich über den gesamten Umfang der Flansche 55 und 56 wirkt. Die Spiralform ist vorzugsweise eine Form einer Spirale, wobei der Steigungswinkel jeder Spiralnut 63 ein spitzer Winkel ist, der entlang der gesamten Länge der Spiralnut 63 gleichbleibend ist. Der Steigungswinkel kann jedoch außerdem entlang der axialen Länge variiert werden, um die Pumpwirkungen entlang der axialen Länge der Lagerflansche 55 und 56 zu variieren. Es wird angenommen, dass diese Merkmale es unterstützen, die axialen Pumpdrücke gleichmäßiger über den gesamten Lagerumfang zu verteilen, und es unterstützen, ungleichmäßige Fluidfilmdrücke zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 53 und 21A zu eliminieren.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in den 5–7 gezeigt ist, ist die Lagereinheit durch das Bezugszeichen 51-1 bezeichnet. Die Lagereinheit 51-1 ist zur Lagereinheit 51 strukturell und funktional ähnlich, wobei die folgende Beschreibung auf die in der Struktur und der Funktion ähnlichen Teile mit einem gemeinsamen Bezugszeichen, gefolgt von "–1" verweist. Die Lagereinheit 51-1 ist vorzugsweise für eine Doppelzufuhr-Turbinenkonfiguration bereitgestellt, wobei axial beabstandete Zufuhröffnungen 27-2 durch den Einlasskanal 26 gespeist sind, wie in 5 gezeigt ist.
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Die Lagereinheit 51-1 (die 6 und 7) umfasst die inneren und äußeren Lagerflächen 53-1 und 54-1. Die Lagereinheit 51-1 umgibt die Welle 21 und gleitet außerdem frei innerhalb der Lagerkammer 24, wobei die äußeren Lagerflächen 54-1 die Bildung eines äußeren Fluidfilms OF2 (5) dazwischen ermöglichen.
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Die inneren Lagerflächen 53-1 sind zur äußeren Wellenfläche 21A nach innen gewandt, um die Bildung eines inneren Fluidfilms IP2 (5) dazwischen zu ermöglichen. Die Kombination aus dem inneren und äußeren Fluidfilm IF2 und OF2 stellt der Welle 21 eine Stütze bereit, um den bezüglich der Wellenachse 21B radial orientierten Lagerbelastungen entgegenzuwirken.
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Bezüglich des Fluidfilms wird der Lagerkammer 24 Öl von einem Einlassdurchlass 26 zugeführt (1), der die beiden Ölzufuhröffnungen 27-2 speist, die das Öl dem Gleitlager 51-1 zuführen. Der innere und der äußere Fluidfilm IF2 und OF2 (5) sind zwischen den inneren und äußeren Lagerflächen 53-1 und 54-1 und der Wellenfläche 21A bzw. der Kammerfläche 28 ausgebildet, um die Radialbelastungen während der Wellendrehung zu stützen.
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Das Lager 51-1 weist eine monolithische oder einteilige Zylinderform auf, die durch die Lagerflansche 55-1 und 56-1 und die Zwischenlagerwand 57-1 mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist. Das Lager 51-1 ist für eine Doppelölzufuhr-Turboladerkonfiguration entworfen, wobei die Lagerwand 57 vergrößerte, radial offene Wanddurchlässe 58-1 enthält, die als Abflussöffnungen dienen, die es ermöglichen, dass das oben beschriebene Schmiermittelfluid oder -öl aus der ringförmigen Fluidkammer 60-1 strömt, das von dem Bereich der Lagerflansche 55-1 und 56-1 gesammelt worden ist, wobei diese Abflussströmung durch die Strömungspfeile DF nach 5 gezeigt ist. Diese Abflussströmung DF verlässt den untersten Teil des Turboladergehäuses 24.
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Das erste Ende 61-1 und ein zweites Ende 62-2 des Lagers 50-1 sind jedes mit Antidrehungsmerkmalen 65-1 ausgebildet, die sich mit einer herkömmlichen Antidrehungsklammer 64 (2), die die Drehung des Gleitlagers 51-1 verhindert, in Eingriff befinden.
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Wie in den 6 und 7 gesehen wird, sind die obenerwähnten Lagerflansche 55-1 und 56-1 jeder durch die innere Lagerfläche 53-1, die ihm zugeordnet ist, und die äußere Lagerfläche 54-1 definiert. Um die Doppelzufuhrkonfiguration zum Ermöglichen einer Ölströmung zwischen diesen Oberflächen bereitzustellen, enthalten die Lagerflansche 55-1 und 56-1 jeweils Flanschzufuhrdurchlässe 81 und 82, die sich radial zwischen den inneren und äußeren Lagerflächen 53-1 und 54-1 erstrecken, und ringförmigen Kanäle 83 und 84, die durch die Lagerfläche 54-1 offen sind und mit den Flanschdurchlässen 81 bzw. 82 fluidtechnisch in Verbindung stehen. Die Kanäle 83 und 84 und die Durchlässe 81 und 82 befinden sich in der Nähe der Zufuhröffnungen 27-2, wenn sie installiert sind, wie in 5 zu sehen ist. Die Kanäle 83 und 84 empfangen das Fluid, wie z. B. das Öl, darin und ermöglichen eine Strömung eines derartigen Fluids durch die Flanschdurchlässe 81 und 82, um das Fluid den Lagerflächen 53-1 bereitzustellen, wie durch die Fluidströmungspfeile nach 5 gezeigt ist.
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Hier saugt oder beeinflusst abermals die Drehbewegung der Wellenfläche 21A im Wesentlichen eine Umfangströmung des Schmiermittels oder -öls zwischen den gegenüberliegenden Lagerflächen 53-1 und der Wellenfläche 21A, um den inneren Fluidfilm IF2 zu erzeugen. Diese Lagerflächen 53-1 umfassen außerdem die entgegengesetzt gerichteten Spiralnuten 63-1 und 64-1, die strukturell und funktional die gleichen wie die oben beschriebenen Nuten 63 und 64 sind.
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Die Spiralnuten 63-1 sind in dem ersten Lagerende 61-1 bereitgestellt und erstrecken sich vom rechten Ende 62-1 aus gesehen in Umfangsrichtung in der Richtung im Uhrzeigersinn und erstrecken sich axial nach außen zu einem äußeren freien Ende des ersten Lagerendes 61-1. Diese Spiralnuten 63-1 erzeugen eine Fluidströmung, die sich in der axialen Richtung von der Fluidkammer 60-1 nach links zu dem Kompressorrad 19 bewegt, um das Schmieren der Komponenten, die einem derartigen Kompressorrad 19 zugeordnet sind, zu unterstützen. Das Fluid wird von der benachbarten Zufuhröffnung 27-2 empfangen und strömt aufgrund des Pumpens der Spiralnuten 63-1 nach links. Ein Anteil dieser Strömung kann außerdem nach rechts zu der Fluidkammer 60-1 strömen und dann durch die Öffnungen 58-1 ablaufen.
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Am gegenüberliegenden Lagerende 62-1 weist die Spiralnut 64-1 eine entgegengesetzt gerichtete Spirale auf, so dass sich diese Spiralnuten 64-1 vom rechten Ende 62-1 aus gesehen in Umfangsrichtung in der Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn erstrecken und sich axial nach außen zu einem äußeren freien Ende des ersten Lagerendes 62 erstrecken, wobei diese Spiralnuten 64-1 eine Komponente der Fluidströmung erzeugen, die sich in der axialen Richtung nach rechts erstreckt. Deshalb verursacht bezüglich der 5 und 6 die gleiche Drehung im Uhrzeigersinn der Welle 21, dass der Fluidfilm an diesem zweiten Lagerende 62-1 von der Fluidkammer 60 nach rechts zu dem Turbinenrad 18 strömt (1). Hier kann abermals ein Anteil dieser Strömung außerdem nach links zur Fluidkammer 60-1 strömen und dann durch die Öffnungen 58-1 ablaufen.
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Die entgegengesetzten Drehungen entgegen dem Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn der Spiralnuten 63-1 und 64-1 verursachen dadurch, dass das Schmiermittelfluid in entgegengesetzten Richtungen, sowohl nach rechts als auch nach links, strömt, wenn sich die Welle 21 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, um die inneren Fluidfilme IF2 an den gegenüberliegenden Lagerenden zu erzeugen. Hier ist die Fluidkammer 60-1 abermals radial vergrößert, um zusätzliches Fluid aufzunehmen, das weg von den Spiralnuten 63-1 und 64-1 nach innen abläuft.
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Das Lager 51-1 als solches kann von der ersten Orientierung nach 6 zu der zweiten Orientierung nach 7 gedreht werden. Das Lager 51-1 wird im Wesentlichen der Länge nach oder von Ende zu Ende umgedreht und dann einer Welle 21 angebracht. Die Antidrehungsmerkmale 65-1 arbeiten mit der Antidrehungsklammer 66 zusammen, so dass in Abhängigkeit davon, in welcher Weise das Lager 51-1 während der Installation umgedreht wird, keine Änderungen erforderlich sind.
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Ferner ist es bevorzugt, dass sich jede Spiralnut 63-1 und 64-1 wenigstens eine und bevorzugter mehr als eine vollständige Drehung um den inneren Umfang der Lagerflansche 55-1 und 56-1 erstreckt. Die Flanschfluiddurchlässe 81 und 82 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und schneiden sich mit den Spiralnuten 63-1 und 64-1, um das Fluid besser in diesen Bereich zuzuführen.
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Wenn bei der zweiten Orientierung nach 7 die Wellendrehung zu der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn geändert wird, strömt das Fluid immer noch entlang denselben Wegen, die in 5 gezeigt sind.
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Obwohl für Veranschaulichungszwecke spezielle bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich offenbart worden sind, wird erkannt, dass Variationen oder Modifikationen der offenbarten Vorrichtung, einschließlich der Umordnung von Teilen, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
