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Title:
EXHAUST GAS TURBOCHARGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/087581
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an exhaust gas turbocharger (1) with a shaft (2) on which a turbo turbine (4) and a compressor turbine (3) are mounted and which is guided in radial bearings (5, 6) and at least one axial bearing (9). The inventive turbocharger is characterized in that the radial bearings (5, 6) are configured as passive magnetic bearings comprising permanent magnets (23 to 31) that produce axial magnetic fluxes and the axial bearing (9) is configured as an active magnetic bearing comprising a solenoid (55), an axial sensor and a control for controlling the electric power impinging the solenoid (55).

Inventors:
FREMEREY JOHAN K (DE)
LANG MATTHIAS (DE)
JAISLE JENS-WOLF (FR)
Application Number:
PCT/EP2003/002389
Publication Date:
October 23, 2003
Filing Date:
March 08, 2003
Export Citation:
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Assignee:
FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH GMBH (DE)
BORGWARNER INC (US)
FREMEREY JOHAN K (DE)
LANG MATTHIAS (DE)
JAISLE JENS-WOLF (FR)
International Classes:
F01D25/16; F04D25/04; F02B39/00; F04D29/04; F04D29/041; F04D29/048; F16C32/04; F16C39/06; F16F15/18; (IPC1-7): F04D25/04; F16C39/06
Domestic Patent References:
WO2000064031A12000-10-26
Foreign References:
DE10005246C12001-10-18
US4620752A1986-11-04
DE3808331A11989-09-28
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 182 (M - 319) 22 August 1984 (1984-08-22)
Attorney, Agent or Firm:
Paul, Dieter-alfred (Hellersbergstrasse 18 Neuss, DE)
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Claims:
Ansprüche : Abgasturbolader
1. Abgasturbolader (1) mit einer Welle (2), auf der ein Turborad (4) und ein Verdichterrad (3) sitzen und die in Radiallagern (5,6) und wenigstens einem Axiallager (9) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallager (5,6) als passive Magnetlager mit axiale Magnetflüsse erzeugenden Permanentmagne ten (23 bis 31) und das Axiallager (9) als aktives Magnetlager mit einem Elektromagneten (55), einem Axialsensor und einem Regler zur Regelung des den Elektromagneten (55) beaufschlagenden elektrischen Stroms ausgebildet sind.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei Radiallager (5,6) vorhanden sind, zwischen denen wenigstens ein Axiallager ange ordnet ist.
3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Axiallager (9) einen auf der Welle (2) sitzenden, radial vorstehenden Lagerring (14) aus magnetisierbarem Material und wenigstens einen Axiallagerstator bildendes Joch (47) aus fer romagnetischem Material aufweist, das den Lagerring (14) unter Bildung von Magnetspalten (51,52) auf beiden Seiten einfaßt, und daß in dem Joch (47) axial nebeneinander wenigstens ein Paar von axial entgegengesetzt polarisierten Permanentmagneten (53, 54) und ferner radial benachbart als Elektromagnet eine elektromagnetische Spule (55) angeordnet sind, wobei der Magnetfluß in der Spule (55) und damit in den Magnetspalten (51,52) über den Regler derart steuerbar ist, daß der Lagerring (14) in dem Joch (47) axial in einer definierten Position gehalten wird.
4. Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß über den Umfang des Lagerrings (14) verteilt mehrere Axiallager vorgesehen sind.
5. Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Axiallager (9) als Ringlager aus gebildet ist.
6. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Joch als Ringjoch (47) ausgebildet ist, das den Lagerring (14) umgibt.
7. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Permanentmagnete (53,54) als Ringmagnete und die Spule als Ringspule (55) ausge bildet sind.
8. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (53, 54) an dem Joch (47) anliegen.
9. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (53,54) aneinander anliegen.
10. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (55) an dem Joch (47) anliegt.
11. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (55) an den Permanentmagneten (53,54) anliegt.
12. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (53,54) radial der Umfangsseite des Lagerrings (14) benachbart sind und die Spule (55) radial außensei tig davon sitzt.
13. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallager jeweils einen auf der Welle (2) sitzenden Lagerring (12,16) und wenigstens einen diesen an zumindest einer Seite axial gegenüberliegenden Radiallagerstator (19 bis 22) aufweisen, wobei die Permanentmagnete (23 bis 31) sowohl an den Lagerringen (12,16) als auch an den Radiallagerstatoren (19 bis 22) vorgesehen sind.
14. Abgasturbolader nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß in radialer Richtung mehrere Perma nentmagnete (31) nebeneinander angeordnet sind.
15. Abgasturbolader nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Permanentmagnete (31) an Radialla gerstator (19 bis 22) und Lagerring (12,16) in ra dialer Richtung aneinander anliegen.
16. Abgasturbolader nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Richtung jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete (31) entgegenge setzt polarisiert sind.
17. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallagerstatoren über den Umfang verteilt mehrere Teilstatoren mit Permanentmagneten aufweisen.
18. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallagerstatoren (19 bis 22) als Ringstatoren und die Permanentmagne te (23 bis 31) als Ringmagnete ausgebildet sind.
19. Abgasturbolader nach einem'der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Lagerring (12,16) an beiden Seiten von Radiallagerstatoren (19 bis 22) eingefaßt ist.
20. Abgasturbolader nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils zwei Radiallagerstatoren (19 bis 22) zu einem im Querschnitt Uförmigen Joch (17, 18) vereint sind.
21. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Radialla gerstator (19 bis 22) über Federund Dämpferelemen te (35,36 ; 40 bis 44) an einem gehäusefesten Teil (37,38, 39) des Abgasturboladers (1) gelagert ist.
22. Abgasturbolader nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet, daß die Federelemente (35,36 ; 40,41, 42) als sich axial erstreckende Biegefedern (42) ausge bildet sind.
23. Abgasturbolader nach Anspruch 22, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Radiallagerstator (19 bis 22) über mehrere, über den Umfang verteilte Biegefedern (42) mit dem gehäusefesten Teil (37,38, 39) verbun den ist.
24. Abgasturbolader nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, daß die Biegefedern (42) jeweils Teil ei nes Käfigs (35,36) sind, der die Enden der Biegefe dern (42) über Käfigringe (40,41) verbindet.
25. Abgasturbolader nach Anspruch 24, dadurch gekenn zeichnet, daß der Käfig (35,36) jeweils die Ra diallagerstatoren (19 bis 22) umgibt.
26. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Radialla gerstatoren (19 bis 22) sich über wenigstens ein Dämpfungselement (43,44) an dem gehäusefesten Teil (37,38, 39) abstützen.
27. Abgasturbolader nach Anspruch 26, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dämpfungselement (43,44) ringför mig und koaxial zur Welle (2) ausgebildet ist.
28. Abgasturbolader nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (43,44) als Flüssigkeitsfilme ausgebildet sind.
29. Abgasturbolader nach Anspruch 28, dadurch gekenn zeichnet, daß die Flüssigkeitsfilme (43,44) magne tische oder magnetisierbare Partikel enthalten und wenigstens an einer Seite über einen Permanentmagne ten (45,46) magnetisch beaufschlagt sind.
30. Abgasturbolader nach Anspruch 29, dadurch gekenn zeichnet, daß die Permanentmagnete (45,46) Teil der Radiallager (5,6) sind.
Description:
Beschreibung : Abgasturbolader Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einer Welle, auf der ein Turbinenrad und ein Verdichterrad sit- zen und die in Radiallagern und wenigstens einem Axialla- ger geführt ist.

Abgasturbolader dienen der Verbesserung des Wirkungsgra- des und damit der Leistungssteigerung von Verbrennungsmo- toren. Sie weisen eine Welle auf, die einerends mit einem Turbinenrad und anderenends mit einem Verdichterrad ver- sehen ist. Das Turbinenrad wird vom Abgasstrom des Ver- brennungsmotors beaufschlagt, wobei im wesentlichen die kinetische Energie des Abgases durch das Turbinenrad in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Über die Welle wird das Verdichterrad angetrieben, das Frischluft ansaugt und mit Überdruck in die Einlaßkanäle des Verbrennungsmotors ein- strömen läßt und damit den Füllungsgrad verbessert.

An die Lagerung der Welle von Abgasturboladern werden ho- he Anforderungen gestellt. Zum einen erreicht die Welle hohe Drehzahlen von bis zu 300000 U/min. Zum anderen sind der Abgasturbolader und damit dessen Lager hohen Tempera- turen ausgesetzt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß der auf das Turbinenrad auftreffende Abgasstrom starke Axialkräfte erzeugt, die in einem Axiallager aufgefangen werden müssen. Wegen der hohen Drehzahlen müssen die sich drehenden Teile des Abgasturboladers hochgenau ausgewuch- tet werden, damit so wenig wie möglich Schwingungen bzw.

Vibrationen erzeugt werden. Bei alledem muß zusätzlich noch darauf geachtet werden, daß der sehr breite Tempera- turbereich, in dem ein Abgasturbolader arbeitet, nicht zu Verspannungen der Lager aufgrund von Materialausdehnungen führt.

Als Lager für die Welle kommen bisher ausschließlich Gleit-oder Wälzlager zur Anwendung. Sie unterliegen mit Blick auf die vorgenannten Beanspruchungen erheblichem Verschleiß und sind ebenso wie deren Schmierung zu ca.

80 % für den Ausfall des Abgasturboladers verantwortlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerung eines Abgasturboladers so zu gestalten, daß sie möglichst verschleißarm ist, weniger störanfällig ist und nicht zu Vibrationen neigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Radiallager als passive Magnetlager mit axiale Ma- gnetflüsse erzeugenden Permanentmagneten und das Axialla- ger als aktives Magnetlager mit einem Elektromagneten, einem Axialsensor und einem Regler zur Regelung des den Elektromagneten beaufschlagenden elektrischen Stroms aus- gebildet sind. Grundgedanke der Erfindung ist es also, die Welle des Abgasturboladers vollständig magnetisch zu lagern, indem die Welle schwebend in den Magnetlagern ge- halten wird und keine mechanische Berührung mit festste- henden Teilen besteht und somit auch keine mechanische Reibung gegeben ist. Die magnetische Lagerung der Welle des Abgasturboladers bildet keine obere Grenze für die Drehzahlen. Sie zeichnet sich zudem mangels mechanischer Reibung durch besseren Wirkungsgrad aus. Eine Magnetlage- rung ist zudem wartungsfrei und bedarf keiner Schmierung.

Zwar sind Magnetlagerungen auf anderen Gebieten der Tech- nik in vielfältigen Ausführungsformen vorgeschlagen wor- den, beispielsweise in Vakuumpumpen, Blutpumpen, gyrosko- pischen Geräten oder bei Spinnrotoren. Lediglich bei- spielhaft wird aus der Vielzahl der hierzu bekannt gewor- denen Veröffentlichungen auf folgende Dokumente verwie- sen : US-A-3,976, 339 ; US-A-5,315, 197, US-A-5,514, 924 ; US- A-4,620, 752 ; WO 92/15795 ; US-A-5,729, 065 ; WO 00/64030 ; WO 00/64031. Obwohl solche Lagerungen schon seit langer Zeit bekannt sind und Abgasturbolader ebenfalls schon seit Jahrzehnten gebräuchlich sind, hat man sich offenbar we- gen der hohen Anforderungen nicht vorstellen können, daß man die Welle eines Abgasturboladers vollständig magne- tisch lagern kann.

Im vorliegenden Fall geschieht dies dadurch, daß zumin- dest zwei passive Magnetlager mit einem aktiven Magnetla- ger kombiniert werden. Dabei können auch mehr als zwei passive und mehr als ein aktives Magnetlager vorhanden sein und aktives und passives Magnetlager eine Einheit bilden. Die passiven Magnetlager haben Permanentmagnete in dem feststehenden Teil und zweckmäßigerweise auch in dem sich drehenden Teil, die so angeordnet sind, daß in den Spalten zwischen drehenden und feststehenden Teilen ein axialer, anziehender Magnetfluß erzeugt wird, der sich einer radialen Verlagerung der Welle widersetzt.

Durch Stärke, Anzahl und Anordnung der Permanentmagnete kann ein so starker Magnetfluß erzeugt werden, daß die Welle auch bei Erwirkung starker äußerer Kräfte schwebend gehalten wird. Ein Auswuchten der Welle ist nicht mehr oder zumindest nicht so aufwendig notwendig wie bei den bisher bekannten Abgasturboladern. Dabei ist zu berück- sichtigen, daß der Wuchtprozeß bis zu 15 % der Herstel- lungskosten des Abgasturboladers ausmachen kann.

Die axiale Instabilität der Welle wird kompensiert durch das elektromagnetisches Axiallager, das Teil eines Regel- kreises mit einem Regler ist, der einen Sensor zur Erfas- sung der Axialbewegung der Welle aufweist. Solche aktiven elektromagnetischen Axiallager sind im Stand der Technik an sich bekannt (vgl. US-A-5,315, 197 ; US-A-4,620, 752 ; WO 92/15795 ; US-A-5,729, 065). Der Regler stellt den auf die Spule einwirkenden Strom hinsichtlich Polarität und Stär- ke so ein, daß die Spule ein axial auf die Welle einwir- kendes Magnetfeld erzeugt, das der jeweiligen Auslenkung der Welle in axialer Richtung entgegengesetzt ist und auf diese Weise die Welle wieder in die definierte Lage zu- rückstellt. Dies geht so schnell, daß die Welle praktisch keine Axialbewegungen ausführt.

Dabei hat sich herausgestellt, daß man mit einem solchen aktiven Magnetlager auch hohe Axialkräfte auffangen kann, wie sie bei Abgasturboladern auftreten. Es besteht auch die Möglichkeit, das Axiallager durch zusätzliche Perma- nentmagnete axial so vorzuspannen, daß die durchschnitt- liche Axialkraft, die im Betrieb auf die Welle wirkt, durch diese Permanentmagnete aufgefangen wird und der Elektromagnet nur zum Ausgleich von über oder unter dem Durchschnittswert liegenden Axialkräften mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Hierdurch kann der aufzuwendende elektrische Strom für die Axialstabilisierung gering ge- halten werden.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwei Ra- diallager vorhanden sind, zwischen denen wenigstens ein Axiallager angeordnet ist. Dabei sollten die Radiallager innerhalb des Turboladers einen möglichst großen Abstand haben, um einen großen Hebelarm für eventuell auftretende Kippbewegungen der Welle zu haben.

In besonders bevorzugter Ausbildung ist vorgeschlagen, daß das Axiallager einen radial vorstehenden Lagerring aus magnetisierbarem Material und wenigstens einen einen Axiallagerstator bildendes Joch aus ferromagnetischem Ma- terial aufweist, das den Lagerring unter Bildung von Ma- gnetspalten auf beiden Seiten des Lagerrings einfaßt, und daß in dem Joch axial nebeneinander wenigstens ein Paar von axial entgegengesetzt polarisierten Permanentmagneten und ferner radial benachbart als Elektromagnet eine elek- tromagnetische Spule angeordnet sind, wobei der Magnet- fluß in der Spule und damit in den Magnetspalten über den Regler derart steuerbar ist, daß der Lagerring in dem Joch axial in einer definierten Position gehalten wird.

Der Grundgedanke dieser besonderen Ausführungsform be- steht darin, daß das Axiallager eine Kombination aus ei- nem Joch, einer Spule und zwei entgegengesetzt polari- sierten sowie axial nebeneinander angeordneten Permanent- magneten besteht, wobei Spule und Permanentmagnete radial nebeneinander liegen. Auf diese Weise werden in dem Joch vier Teilmagnetflüsse ausgebildet, von denen jeweils zwei axial und zwei radial nebeneinander liegen. Zwei der Teilmagnetflüsse durchsetzen den mit der Welle verbunde- nen Lagerring und erzeugen in den Magnetspalten axial und entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder. Die beiden ande- ren Teilmagnetflüsse durchsetzen das Joch nach außen hin.

Die Magnetfelder in den Magnetspalten am Lagerring lassen sich durch Strombeaufschlagung der Spule asymmetrisch in der Weise beeinflussen, daß das Magnetfeld in dem einen Magnetspalt verstärkt und in dem anderen abgeschwächt wird. Auf diese Weise wird auf den Lagerring und damit die Welle eine Axialkraft ausgeübt. Diese wirkt einer axialen Versetzung der Welle entgegen, wobei der Sensor des Reglers diese Axialbewegung erfaßt und die Stromzu- fuhr zu der Spule so steuert, daß der Lagerring und damit die Welle in dem Joch axial zentriert wird.

Zwar sind-wie die oben zitierten Dokumente zeigen- auch schon aktive Axiallager aus einer Kombination von elektromagnetischen Spulen und Permanentmagneten bekannt.

Die hier beanspruchte Ausführungsform zeichnet sich je- doch demgegenüber durch einfache konstruktive Gestaltung - es ist nur eine Spule erforderlich-und durch hohe Kraftübertragung in axialer Richtung aus, da nur zwei Ma- gnetspalte vorhanden sind und die Kraft/Stromcharak- teristik der Spule nicht durch die Anordnung der magne- tisch schlecht leitenden Permanentmagnete beeinträchtigt wird. Auf diese Weise ist das Axiallager gemäß der vor- liegenden Erfindung in besonderer Weise geeignet, die ho- hen Axialkräfte, die auf die Welle wirken, aufzufangen und gleichzeitig die Welle in einer definierten Position zu halten. Dabei versteht es sich, daß radial nebeneinan- der auch mehrere Permanentmagnete und/oder Spulen vorge- sehen sein können.

Es besteht die Möglichkeit, über den Umfang des Lager- rings verteilt mehrere Axiallager der vorbeschriebenen Art anzuordnen. Konstruktiv einfacher ist es jedoch, das Axiallager als Ringlager auszubilden mit einem als Ring- joch gestalteten Joch, das den Lagerring umgibt. Dabei sind die Permanentmagnete zweckmäßigerweise als axial ma- gnetisierte Ringmagnete und die Spule als Ringspule aus- gebildet.

Um einen möglichst verlustfreien Magnetfluß zu erzeugen, sollten die Permanentmagnete an dem Joch und aneinander spaltlos anliegen. Aus dem gleichen Grund sollte die Spu- le an dem Joch und an den Permanentmagneten spaltlos an- liegen. Damit verbleiben allein die Magnetspalte zwischen Lagerring und Joch.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Permanentmagnete radial der Umfangsseite des Ra- dialstegs benachbart sind und die Spule radial außensei- tig davon sitzt. Auf diese Weise ergibt sich ein beson- ders günstiger Magnetfluß.

Die Radiallager sollten jeweils einen auf der Welle sit- zenden Lagerring und einen diesen an zumindest einer Sei- te axial gegenüberliegenden Radiallagerstator aufweisen, wobei Permanentmagnete sowohl im Lagerring als auch im Radiallagerstator vorgesehen sind. Dabei sollten in ra- dialer Richtung mehrere Permanentmagnete nebeneinander angeordnet sein, die zweckmäßigerweise an einander anlie- gen und abwechselnd entgegengesetzt polarisiert sind, d. h. daß jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete am Ra- diallagerstator oder am Lagerring entgegengesetzt polari- siert sind. Hierdurch werden besonders hohen Magnetkräfte erzeugt.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, daß die Radialla- gerstatoren über den Umfang verteilt mehrere Teilstatoren mit Permanentmagneten aufweisen. Konstruktiv einfacher ist es jedoch, die Radiallagerstatoren als Ringstatoren und die Permanentmagnete als Ringmagnete auszubilden.

Grundsätzlich reicht es aus, daß jedem Lagerring nur an einer Seite ein Radiallagerstator zugeordnet ist. Dabei können die Radiallagerstatoren so angeordnet und ausge- bildet sein, daß die Axialkräfte sich nicht-wie dies normalerweise der Fall ist-gegenseitig aufheben, son- dern daß permanent eine Axialkraft in einer Richtung er- zeugt wird, die der auf die Welle im Betrieb einwirken- den, durchschnittlichen Axialkraft entgegengesetzt ge- richtet ist. Dies kann auch mit einer Ausführungsform ge- schehen, bei der der Lagerring an beiden Seiten von Ra- diallagerstatoren mit Permanentmagneten eingefaßt ist.

Auf diese Weise läßt sich ein besonders kräftiger Magnet- fluß erzielen, der einer radialen Auslenkung der Welle entgegenwirkt. Es versteht sich, daß die Radiallager in- soweit auch unterschiedlich gestaltet werden können, d. h. daß der Lagerring des einen Radiallagers nur auf einer Seite einen Radiallagerstator aufweist, während der La- gerring des anderen Radiallagers auf beiden Seiten Ra- diallagerstatoren hat. Ebenso versteht es sich, daß in- nerhalb eines Radiallagers auch mehrere Lagerringe mit einer entsprechenden Anzahl von Radiallagerstatoren vor- gesehen werden können. In diesem Fall handelt es sich le- diglich um eine Reihenanordnung von mehreren Radialla- gern.

Soweit zwei Radiallagerstatoren in einem Radiallager vor- gesehen sind, sollten sie zweckmäßigerweise zu einem im Querschnitt U-förmigen Joch vereint sein.

Magnetlager haben die Eigenschaft, daß sie nahezu keine Dämpfung bewirken. Nach der Erfindung ist deshalb vorge- sehen, daß wenigstens ein Radiallagerstator, vorzugsweise alle Radiallagerstatoren, über Feder-und Dämpferelemente radial beweglich an einem gehäusefesten Teil des Ab- gasturboladers gelagert sind. Dies kann beispielsweise mittels sich axial erstreckender Biegefedern geschehen, wobei der Radiallagerstator über mehrere, über den Umfang verteilte Biegefedern mit dem gehäusefesten Teil verbun- den sein kann. Dabei können die Biegefedern jeweils Teil eines Käfigs sein, der die Enden der Biegefedern über Kä- figringe verbindet und einerends mit dem Radiallagersta- tor und andererends mit dem gehäusefesten Teil gekoppelt ist. Um eine platzsparende Ausgestaltung zu erhalten, sollte der Käfig den jeweils zugehörigen Radiallagersta- tor umgeben.

Zusätzlich ist es zweckmäßig, daß sich der an Federele- menten aufgehängte Radiallagerstator über wenigstens ein Dämpfungselement an dem gehäusefesten Teil abstützt, das die radialen Auslenkungen der Federelemente dämpft. Dabei kann das Dämpfungselement jeweils ringförmig und koaxial zur Welle ausgebildet und entweder auf Druck oder auf Scherung beansprucht sein. In besonderer Ausgestaltung ist das Dämpfungselement als Flüssigkeitsfilm ausgebil- det, vorzugsweise mit magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln versehen, wobei der Flüssigkeitsfilm an wenig- stens einer Seite über einen Permanentmagneten magnetisch beaufschlagt wird, der Teil des passiven Magnetlagers sein kann. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitsfilm ma- gnetisch eingefangen. Die Viskosität des Flüssigkeits- films kann den jeweiligen Anforderungen an die Dämpfung angepaßt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh- rungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen : Figur 1 die Seitenansicht eines Abgasturboladers ohne Gehäuse mit Teilschnittdarstellung des oberen Teils der Lagerung der Welle ; Figur 2 einen Querschnitt durch ein Radiallager des Ab- gasturboladers gemäß Figur 1 ; Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Federkä- figs für das Radiallager gemäß Figur 2 ; Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Axiallagers des Abgasturboladers gemäß Figur 1 und Figur 5 das Axiallager gemäß Figur 4 mit aktiver Beein- flussung des Magnetflusses.

Der in Figur 1 dargestellte Abgasturbolader 1 weist eine Welle 2 auf, an deren linksseitigem Ende ein Verdichter- rad 3 und an deren rechtsseitigem Ende ein Turbinenrad 4 sitzen. Das Verdichterrad 3 ist in an sich bekannter Wei- se als Radialverdichter ausgebildet.

Zwischen Verdichterrad 3 und Turbinenrad 4 befinden sich zwei Radiallager 5,6. Die Radiallager 5,6 sind dem Ver- dichterrad 3 bzw. dem Turborad 4 benachbart. Zwischen ih- nen befinden sich Nuten 7,8, die der Aufnahme von Dich- tringen dienen, wobei sie Begrenzungslager mit einem ty- pischen Spiel von ca. 0,15 mm bilden. Zwischen den Ra- diallagern 5,6 befindet sich ein Axiallager 9.

Wie sich aus dem oberen Teil von Figur 1 ersehen läßt, ist die Welle 2 von insgesamt sechs Ringen umgeben, die gegen einen Bund 10 an der Welle 2 axial verspannt sind.

Auf eine erste Wellenhülse 11 mit der Nut 7 folgt eine Lagerscheibe 12, eine zweite Wellenhülse 13, eine Lager- scheibe 14, eine dritte Wellenhülse 15 und eine weitere Lagerscheibe 16.

Die Lagerscheiben 12,16 gehören zu den Radiallagern 5, 6. Sie werden jeweils beidseitig durch ein im Querschnitt U-förmiges, die Welle 2 koaxial umgebendes Joch 17,18 eingefaßt, wobei jedes Joch 17,18 ein Paar von Radialla- gerstatoren 19,20 bzw. 21,22 aufweist, die die Schenkel der Joche 17,18 bilden. Die Radiallagerstatoren 19,20, 21,22 und die Lagerscheiben 12,16 weisen Permanentma- gnete 23,24, 25,26 bzw. 27,28, 29,30 auf, die sich in den beiden Radiallagern 5,6 jeweils in axialer Richtung gegenüber stehen. Sie sind so polarisiert, daß sie sich jeweils anziehen, so daß sich in den Spalten zwischen den Lagerscheiben 12,16 und den Radiallagerstatoren 19,20, 21,22 ein axial gerichtetes und attrahierendes Magnet- feld ergibt. Die Magnetfelder zentrieren die Welle 2, wo- bei eine Radialsteifigkeit von 160 kN/m erreicht wird.

Die Permanentmagnete 23 bis 30 bestehen jeweils aus neun koaxial ineinander gesetzten Ringmagneten-beispielhaft mit 31 bezeichnet-, wie aus der vergrößerten Darstellung des Radiallagers 6 in Figur 2 zu ersehen ist. Die Ringma- gnete 31 eines Permanentmagneten 23 bis 30 liegen in ra- dialer Richtung aneinander an. Zwei in radialer Richtung benachbarte Ringmagnete 31 sind entgegengesetzt axial ma- gnetisiert. Die in axialer Richtung gegenüberliegenden Ringmagnete 31 von zwei benachbarten Permanentmagneten 23 bis 30 sind sich gegenseitig anziehend polarisiert, so daß ein axialer Magnetfluß entsteht.

Die Joche 17,18 werden außenseitig von Federkäfigen 35, 36 umgeben (im unteren Teil von Figur 1 weggelassen) die am außenseitigen Rand mit den Jochen 17,18 und am innen- seitigen Rand mit Gehäusescheiben 37, 38 (im unteren Teil von Figur 1 weggelassen) verbunden sind, welche wiederum an einem Gehäuse 39 fixiert sind. Der Federkäfig 36 ist in Figur 3 im einzelnen dargestellt. Randseitig hat er zwei Käfigringe 40,41, die über acht gleichmäßig ver- teilte, sich in Axialrichtung erstreckende Federstreben- beispielhaft mit 42 bezeichnet-verbunden sind. Die Fe- derstreben 42 erlauben eine gegenseitige Parallelver- schiebung der beiden Käfigringe 40,41, wobei sich die Federstreben 42 in radialer Richtung verbiegen. Die Joche 17,18 können also radial auslenken.

Zwischen den Jochen 17,18 und den Gehäusescheiben 37,38 befinden sich schmale Spalte, in denen jeweils ein Dämp- fungsring 43,44 vorgesehen ist (Figur 1). Die Dämpfungs- ringe 43, 44 bestehen aus einem hoch, viskosen und mit ma- gnetischen Partikeln versetzten Flüssigkeitsfilm. Der Flüssigkeitsfilm wird bei einer radialen Bewegung der Jo- che 17,18 auf Scherung beansprucht und wirkt auf diese Weise dämpfend. Er wird durch Ringmagnete 45,46 in den Jochen 17,18 eingefangen.

Die Lagerscheibe 14 gehört zu dem Axiallager 9. Sie wird beidseitig von einem Ringjoch 47 aus geblechtem Si-Eisen eingefaßt. Das Ringjoch 47 ist zwischen den beiden Gehäu- sescheiben 37,38 eingefaßt und fixiert. Es hat einen äu- ßeren Jochmantel 48, von dem zwei nach innen gerichtete Jochschenkel 49,50 ausgehen, die L-förmigen Querschnitt haben und mit gegeneinander gerichteten Schenkelabschnit- ten die Lagerscheibe 14 einfassen, wobei zwei Magnetspal- te 51,52 entstehen. Der Umfangsseite der Lagerscheibe 14 benachbart befinden sich innerhalb des Ringjochs 47 zwei axial nebeneinander liegende Permanentmagnete 53, 54, welche-symbolisiert durch die Dreiecke-entgegenge- setzt axial polarisiert sind. Sie liegen aneinander und an den Jochschenkeln 49,50 an. Sie werden von einer elektromagnetischen Ringspule 55 umgeben, die den Raum zwischen den Permanentmagneten 53,54 sowie dem Jochman- tel 48 und den Jochschenkeln 49 ; 50 ausfüllt. wie insbesondere aus Figur 4 zu ersehen ist, werden durch die beiden Permanentmagnete 53,54 insgesamt vier Ma- gnetteilflüsse 56,57, 58,59 erzeugt, wobei jeweils be- nachbarte Magnetteilflüsse 56,57, 58,59 entgegengesetzt gerichtet sind. Die innenseitigen Magnetteilflüsse 56,57 bilden in den Magnetspalten 51,52 axial gerichtete Ma- gnetflüsse aus, so daß sich die einander gegenüber lie- genden Flächen in den Magnetspalten 51,52 gegenseitig anziehen. In der Mittellage der Lagerscheibe 14 heben sich die Magnetkräfte auf. Die außenseitigen Ma- gnetteilflüsse 58,59 gehen über die Jochschenkel 49,50 in den Jochmantel 48 und von dort über die Ringspule 55 wieder in die Ringmagnete 45,46.

Aufgrund der magnetischen Instabilität der Welle 2 in axialer Richtung muß über das Axiallager 9 eine axiale Stabilisierung bewirkt werden. Dies geschieht bei einer axialen Auslenkung der Lagerscheibe 14 dadurch, daß diese Auslenkung von einem hier nicht näher dargestellten, im Stand der Technik bekannten Sensor erfaßt wird und hier- durch der ebenfalls nicht dargestellte Regler den Strom- zufluß zu der Ringspule 55 so steuert, daß ein zusätzli- cher Magnetfluß erzeugt wird, der insgesamt zu einer asymmetrischen Magnetflußverteilung innerhalb des Axiallagers 9 führt. Dies ist aus Figur 5 zu ersehen. In diesem Fall liegt eine minimale Auslenkung der Lager- scheibe 14 nach rechts vor. Hierdurch wird die Ringspule 55 durch einen elektrischen Strom beaufschlagt, der eine solche Richtung hat, daß die diagonal gegenüber liegenden Magnetteilflüsse 56,59 verstärkt-symbolisiert durch die dichteren Flußlinien-und die anderen Magnet- teilflüsse 57,58 abgeschwächt werden. Hierdurch erhöht sich die anziehende Kraft im linken Magnetspalt 51, wäh- rend sich die Magnetkraft im rechten Magnetspalt 52 ab- schwächt. Der axialen Auslenkung der Lagerscheibe 14 nach rechts wird also eine magnetische Anziehungskraft in axialer Richtung entgegengesetzt mit der Folge, daß die Lagerscheibe 14 in Bezug auf das Ringjoch 47 wieder zen- triert wird.