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Title:
TURBOCHARGER COMPRISING A BEARING ARRANGEMENT FOR MOUNTING A SHAFT OF THE TURBOCHARGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/115149
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a turbocharger (12) comprising a shaft (14) on which a turbine wheel (16) and a compressor wheel (18) are arranged, the shaft (14) being mounted in a housing (10) of the turbocharger (12) by means of a magnet bearing arrangement (22).

Inventors:
BÖNING, Ralf (Glastalstrasse 33, Reiffelbach, 67829, DE)
FRANKENSTEIN, Dirk (Wonnegaustrasse 64, Worms, 67550, DE)
FÄTH, Holger (Schauernheimer Strasse 3, Fussgönheim, 67136, DE)
HELD, Jochen (Crayenbühlstrasse 3a, Bolanden-Weierhof, 67295, DE)
UHLIG, Christian (Lindenallee 6, Worms, 67549, DE)
VETTER, Robert (Goldbergstrasse 18, Worms, 67551, DE)
Application Number:
EP2008/066607
Publication Date:
September 24, 2009
Filing Date:
December 02, 2008
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Strasse 9, Hannover, 30165, DE)
BÖNING, Ralf (Glastalstrasse 33, Reiffelbach, 67829, DE)
FRANKENSTEIN, Dirk (Wonnegaustrasse 64, Worms, 67550, DE)
FÄTH, Holger (Schauernheimer Strasse 3, Fussgönheim, 67136, DE)
HELD, Jochen (Crayenbühlstrasse 3a, Bolanden-Weierhof, 67295, DE)
UHLIG, Christian (Lindenallee 6, Worms, 67549, DE)
VETTER, Robert (Goldbergstrasse 18, Worms, 67551, DE)
International Classes:
F16C32/04; F02C6/12
Foreign References:
DE10005246C1
DE10216447C1
DE10011419A1
DE102005030139A1
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Postfach 22 16 39, München, 80506, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Turbolader (12), welcher eine Welle (14) aufweist, wobei auf der Welle (14) ein Turbinenrad (16) und ein Verdichterrad (18) angeordnet sind, wobei die Welle (14) über eine Magnetlageranordnung (22) in einem Gehäuse (10) des Turboladers (12) gelagert ist.

2. Turbolader nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Magnetlageranordnung (22) eine radiale Magnetlageranordnung vorgesehen ist.

3. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Magnetlageranordnung (22) eine erste und zweite Magnetlagereinrichtung (24, 26) aufweist, wobei beispielsweise die erste Magnetlagereinrichtung (24) im Bereich des Turbinenrads (16) angeordnet ist und die zweite Magnetlagerein- richtung (26) im Bereich des Verdichterrads (18).

4. Turbolader nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und/oder zweite Magnetlagereinrichtung (24, 26) ein Statorelement (34, 36) und ein Läuferelement (30, 32) aufweist, wobei beispielsweise das Statorelement in dem Gehäuse (10) des Turboladers und das Läuferelement auf der Welle (14) angeordnet ist.

5. Turbolader nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Statorelement (34, 36) beispielsweise zwei und mehr Pole (54) aufweist, wobei die Pole beispielsweise jeweils mit wenigstens einem Stromleiter (56) bzw. einer Spule umwickelt sind.

6. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass das Läuferelement (30, 32) beispielsweise aus einer Läu- ferblechung besteht in Form von wenigstens einem, zwei oder einer Vielzahl von Läuferblechen (52), wobei die Läuferbleche beispielsweise gegeneinander isoliert sind.

7. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Statorelement (34, 36) und/oder das Läuferelement (30, 32) beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werk- Stoff, z.B. einem weichmagnetischen Stahl, bestehen oder diesen aufweist.

8. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Statorelement (34, 36) wahlweise zusätzlich oder alternativ wenigstens einen oder eine Vielzahl von Permanentmagneten und/oder ferro- und permanentmagnetischen Elementen aufweist .

9. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pole (54) des Statorelements (34, 36) beispielsweise über eine jeweils eigene Stabilisierungseinrichtung ansteuerbar sind, wobei die Pole des Statorelements von der Stabili- sierungseinrichtung in Abhängigkeit von der festgestellten Position der Welle (14) angesteuert werden.

10. Turbolader nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass über wenigstens einen oder mehrere Sensoren beispielsweise die Position der Welle (14) bestimmt wird und in einer Auswerteeinrichtung die Daten der Sensoren ausgewertet und über die Stabilisierungseinrichtung der jeweilige Pol (54) des Statorelements (34, 36) geeignet angesteuert wird, wobei ein jeweiliger Sensor beispielsweise ein induktiver, kapazitiver, galavanomagnetischer und/oder optischer Sensor ist.

11. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Axiallagerung (40) auf der Welle (14) vorgesehen ist, wobei die Axiallagerung beispielsweise eine Gaslagerung (40) ist, beispielsweise eine hydrodynamische und/oder hydro- statische Gaslagerung.

12. Turbolader nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gaslagerung (40) beispielsweise ein oder zwei Lager- Scheibenelemente (42, 44) aufweist, die auf der Welle (14) angeordnet sind und mit dem Gehäuse (10) des Turboladers (12) jeweils einen definierten Luftspalt (50) bilden.

13. Turbolader nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerscheibenelemente (42, 44) jeweils eine Auskragung (46) aufweisen, zwischen der ein Vorsprung des Gehäuses (10), beispielsweise ein Scheibenelement (40) angeordnet ist und jeweils ein definierter Luftspalt (50) zwischen der je- weiligen Auskragung (46) und dem Vorsprung bzw. Scheibenelement (40) gebildet wird.

14. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wahlweise zusätzlich ein Fanglagersystem vorgesehen ist, das eine Drehung der Welle aufnehmen bzw. abfangen kann, wenn die Magnetlageranordnung (22) im Wesentlichen ausfällt, wobei das Fanglagersystem beispielsweise wenigstens ein oder mehrere Wälzlager aufweist.

15. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens die Magnetlageranordnung (22) oder ein oder mehrere Teile der Magnetlageranordnung (22) unipolar, homopo- lar oder heteropolar ausgebildet sind.

Description:

Beschreibung

Turbolader mit einer Lageranordnung zur Lagerung einer Welle des Turboladers

Die Erfindung betrifft einen Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lageranordnung zur Lagerung einer Welle, wobei auf der Welle ein Turbinenrad und ein Verdichterrad des Turboladers angeordnet sind.

Allgemein dienen Turbolader dazu den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu verbessern und damit dessen Leistung zu steigern. In dem Gehäuse des Turboladers ist hierzu eine Welle um die Längsachse mittels Radiallagern drehbar gelagert. Dabei sind ein Turbinenrad und ein Verdichterrad des Turboladers auf der Welle angeordnet. Das Turbinenrad wird hierbei über einen Abgasmassenstrom angetrieben und treibt wiederum das Verdichterrad an. Aufgrund von Fluidströmungen, die an dem Turbinenrad und dem Verdichterrad angreifen, können dabei auch starke Axialkräfte auftreten. Solche Axialkräfte können von den Radiallagern normalerweise nicht geeignet aufgenommen werden, so dass im Allgemeinen entsprechend wenigstens ein Axiallager vorgesehen wird.

An die Lagerung der Welle des Turboladers werden sehr hohe

Anforderungen gestellt. Dies rührt daher, dass der Turbolader einerseits hohen Temperaturen ausgesetzt ist, aufgrund des heißen Abgases, das zum Antreiben des Turbinenrads verwendet wird. Des Weiteren erreicht die Welle eines Turboladers sehr hohe Drehzahlen von beispielsweise bis zu 300.000 U/min. Dies erfordert, dass die sich drehenden Teile des Turboladers sehr genau ausgewuchtet sein müssen, um das Auftreten von Schwingungen möglichst gering zu halten.

Die Radiallager des Turboladers werden in der Regel mittels Schmieröl geschmiert. Dabei kann es jedoch zu einer Leckage des Schmieröls kommen, was unter Umständen zu einer Beschädigung des Lagers führen kann.

Aus der DE 199 43 682 Al ist des Weiteren ein Rotor mit einer Magnetlagerung bekannt. Die Magnetlagerung besteht dabei aus einem passiven radialen Magnetlagersystem, einem aktiven Mag- netlagersystem mit einem Sensor und aus einer aktiven axialen Magnetlagerung. Die axiale aktive Magnetlagerung weist dabei eine axiale Lagerscheibe sowie axiale Elektromagnete auf der Statorseite auf. Des Weiteren ist ein Hilfslagersystem vorgesehen, das ein auf dem Rotor befestigtes Kugellager und meh- rere eine Nut bildende Statorteile aufweist. Das Kugellager ist dabei mit seinem Innenring an dem Rotor befestigt, während der Außenring als nicht fixierter Ring vorgesehen ist. Der Außenring weist dabei auf einer Stirnfläche eine Reibungsfläche auf. Zu dieser gehört eine gegenüberliegende Rei- bungsflache, welche sich auf dem Statorteil befindet. Im Falle einer Störung, welche eine radiale Bewegung des Rotors verursacht, wird der Rotor durch einen Elektromagneten der aktiven, axialen Magnetlagerung in seiner axialen Richtung so bewegt, dass die Reibungsflächen zur Berührung kommen. Da- durch wird die radiale Bewegung des Rotors gedämpft, ohne dass die Rotationsbewegung wesentlich abgebremst wird.

Eine solche Lageranordnung ist jedoch lediglich zur Lagerung eines Rotors gedacht, wie beispielsweise dem Rotor einer Pum- pe . Des Weiteren weist die Lageranordnung bestehend aus mehreren Magnetlagersystemen einen kompliziert Aufbau auf und ist daher aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung.

Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Turbolader mit einer verbesserten Lageranordnung bereitzustellen, bei welcher eine ölleckage vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader bereitgestellt, welcher eine Welle aufweist, wobei auf der Welle ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet sind, wobei die Welle

über eine Magnetlageranordnung in einem Gehäuse des Turboladers gelagert ist.

Der Turbolader hat den Vorteil, dass durch die Magnetlageran- Ordnung die Welle berührungslos gelagert werden kann, so dass kein verschleiß auftritt. Des Weiteren kann eine ölleckage, wie bei Wälzlagern, verhindert werden, da kein Schmiermittel notwendig ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Magnetla- geranordnung eine radiale Magnetlageranordnung vorgesehen ist. D.h. die Welle wird berührungslos in radialer Richtung gelagert. Dies hat den Vorteil, dass auf Wälzlager, die bisher zur radialen Lagerung der Welle verzichtet werden kann und damit auf die hiermit verbundene ölschmierung.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Magnetlageranordnung eine erste und zweite Magnetlagereinrichtung auf. Die erste Magnetlagereinrichtung ist dabei bei dem Turbinenrad angeordnet und die zweite Magnetlagereinrich- tung bei dem Verdichterrad. Hierbei werden zwei Lagerstellen durch die beiden Magnetlagereinrichtungen bereitgestellt, wobei ein Verkippen der Welle aus einer Referenzposition durch eine geeignete Ansteuerung der Magneteinrichtungen verhindert werden kann.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die erste und/oder zweite Magnetlagereinrichtung ein Statorelement und ein Läuferelement auf. Das Statorelement kann hierbei beispielsweise in dem Gehäuse des Turboladers und das Läuferelement auf der Welle angeordnet werden, gegenüberliegend dem Statorelement. Hierbei kann ein Magnetfeld bzw. Magnetfelder zwischen dem Statorelement und dem Läuferelement

erzeugt werden, mit dem die Welle berührungslos gelagert werden kann.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Statorelement beispielsweise zwei und mehr Pole auf. Die Pole sind dabei beispielsweise jeweils mit wenigstens einem oder mehreren Stromleitern umwickelt bzw. weisen wenigstens eine oder mehrere Spulen auf. Auf diese Weise kann ein Magnetfeld durch Anlegen eines Ansteuerstroms an den Stromleiter bzw. die Spule erzeugt werden, wobei beispielsweise die Größe und/oder Richtung des Ansteuerstroms variiert bzw. angepasst werden kann, um die Welle z.B. in einer vorbestimmten Referenzlage zu positionieren.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Läuferelement beispielsweise aus einer Lauferblechung. Die Lauferblechung kann dabei in Form von wenigstens einem, zwei oder einer Vielzahl von Läuferblechen ausgebildet sein, wobei die Läuferbleche beispielsweise gegeneinander isoliert sind. Dies hat den Vorteil, dass der magnetische Fluss optimal geleitet werden kann und des Weiteren Wirbelstromverluste gering gehalten werden können.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind das Statorelement und/oder das Läuferelement beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, z.B. einem weichmagnetischen Stahl. Grundsätzlich können aber auch andere Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen vorgesehen, die geeignet sind ein Magnetfeld zu erzeugen bzw. bereitzustellen. Das weichmagne- tische Material hat die Eigenschaft einer geringen Koerzitiv- feidstärke und einer niedrigen Remanenz.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Magnetlageranordnung bzw. das Statorelement wahlweise zu- sätzlich oder alternativ wenigstens einen oder eine Vielzahl von Permanentmagneten und/oder ferromagnetischen Elementen auf. Ein Permanentmagnet kann sich hierbei wiederum aus mehreren Teilmagneten zusammensetzten, die beispielsweise zumin-

dest zum Teil aneinander anliegen oder voneinander beabstandet sind. Solche Permanentmagnete haben den Vorteil, dass sie nicht durch Anlegen eines Stroms erst magnetisiert werden müssen .

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen ein Teil der Pole oder alle Pole eines Statorelements jeweils eine eigene Stabilisierungseinrichtung auf bzw. sind mit dieser verbunden und über diese ansteuerbar. Die Stabilisie- rungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie die Welle des Turboladers berührungslos lagert durch ein entsprechendes Ansteuern der Pole des Statorelements, wobei z.B. das Auftreten eines Verkippens der Welle verhindert werden kann bzw. eine Verlagerung der Welle aus einer vorbestimmten Referenzpositi- on bzw. ein ausreichender Luftspalt sichergestellt wird zum berührungslosen Lagern der Welle.

Zur Bestimmung der Position der Welle oder einer Verbiegung der Welle können in einer Ausführungsform der Erfindung we- nigstens ein oder mehrere Sensoren vorgesehen werden, die ihre Daten an eine Auswerteeinrichtung weiterleiten, welche die Daten der Sensoren auswertet. Die Auswerteeinrichtung ist mit den jeweiligen Stabilisierungseinrichtungen verbunden und steuert diese so an, dass diese beispielsweise jeweils einen geeigneten Strom an die Pole anlegen, um die Welle berührungslos zu lagern. Als Sensoren zur Bestimmung der Position der Welle und/oder beispielsweise des Luftspalts zwischen einem Statorelement und einem Läuferelement können beispielsweise induktive, kapazitive, galavanomagnetische und/oder op- tische Sensor verwendet werden, um nur einige Beispiele für Typen von Sensoren zu nennen. Die Erfindung ist auf diese Sensortypen jedoch nicht beschränkt, letztlich kann jede Art von Sensor eingesetzt werden, die geeignet ist, eine Position der Welle direkt oder indirekt zu bestimmen. Entsprechendes gilt auch für die Bestimmung des Luftspalts.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist wenigstens eine Axiallagerung auf der Welle vorgesehen, um bei-

spielsweise während des Betriebs des Turbinen- und Verdichterrads entstehende axiale Kräfte aufzunehmen. Die Axiallagerung kann beispielsweise als eine Gaslagerung ausgebildet sein, beispielsweise eine hydrodynamische und/oder hydrosta- tische Gaslagerung. Als Gas kann dabei Luft, z.B. Umgebungsluft und oder Druckluft eingesetzt werden. Eine solche Gaslagerung hat den Vorteil, dass keine Schmierung mittels Schmieröl notwendig ist.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Gaslagerung beispielsweise ein oder zwei Lagerscheibenelemente auf, die auf der Welle angeordnet sind und mit dem Gehäuse des Turboladers jeweils einen definierten Luftspalt bilden. In dem Luftspalt kann dabei ein Druckpolster zum Aufnehmen axialer Kräfte ausgebildet werden.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Lagerscheibenelemente jeweils eine Auskragung auf, zwischen der ein Vorsprung des Gehäuses, beispielsweise ein Scheibenelement, angeordnet ist. Dabei kann jeweils ein definierter Luftspalt zwischen der jeweiligen Auskragung und dem Vorsprung bzw. Scheibenelement gebildet werden. Solche Lagerscheibenelemente stellen eine besonders einfache Ausgestaltung für ein Axiallager dar, wobei grundsätzlich auch nur ein Lagerscheibenelement verwendet werden kann.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist wahlweise zusätzlich ein Fanglagersystem vorgesehen, das eine Drehung der Welle zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig aufnehmen bzw. abfangen kann, wenn die Magnetlageranordnung ausfällt. Als Teile des Fanglagersystems können beispielsweise wenigstens ein oder mehrere Wälzlager vorgesehen werden, die an der Welle, dem Gehäuse oder dem Lagerscheibenelement befestigt werden können und beispielsweise mit einer gegenüberliegenden Fläche in Kontakt kommen, zum Aufnehmen der Drehung der Welle, wenn die Magnetlageranordnung ausfällt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Gehäuse eines Turboladers, wobei eine Welle des Turboladers, auf welcher ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet sind, mit einer Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gelagert ist; und

Fig. 2 eine Perspektivansicht der Magnetlageranordnung der Welle des Turboladers gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch ein Gehäuse 10 eines Turboladers 12 gezeigt. Dabei ist die Welle 14 des Turboladers 12 dargestellt, auf der ein Turbinenrad 16 und ein Verdichterrad 18 angeordnet ist und die Lagerung der Welle 14 in dem Gehäuse 10 des Turboladers 12 gemäß der Erfindung.

Die Welle 14 ist in dem Lagergehäuse 20 des Turboladers 12 hierbei über eine radiale Magnetlageranordnung 22 gelagert. Die Magnetlageranordnung 22 weist hierbei beispielsweise eine erste und zweite Magnetlagereinrichtung 24, 26 auf. Die erste Magnetlagereinrichtung 24 ist dabei in Richtung des Turbinenrads 16 angeordnet. Hierbei kann die erste Magnetlagereinrichtung 24 gegenüber dem Turbinenrad 16 abgedichtet werden. In Fig. 1 sind beispielsweise zwei Dichtelemente dargestellt in Form von Dichtringen 28.

Des Weiteren ist die zweite Magnetlagereinrichtung 26 in Richtung des Verdichterrads 18 angeordnet. Hierbei kann die zweite Magnetlagereinrichtung 26 gegenüber dem Verdichterrad 18 abgedichtet werden. Dabei sind, wie bei der Abdichtung ge- genüber dem Turbinenrad 14, beispielsweise zwei Dichtringe 28 als Dichtelemente vorgesehen.

Die beiden Magnetlagereinrichtungen 24, 26 weisen jeweils ein Läuferelement 30, 32 auf, das auf der Welle 14 angeordnet ist. Gegenüber dem jeweiligen Läuferelement 30, 32 ist ein Statorelement 34, 36 angeordnet, das in dem Gehäuse 10 befes- tigt ist. Das erste Statorelement 34 liegt dabei beispielsweise an einer Auflagefläche des Lagergehäuses 20 an und ist von dem zweiten Statorelement 36 beabstandet angeordnet. Dabei kann beispielsweise eine Distanzhülse 38 zwischen den beiden Statorelementen 34, 36 angeordnet werden zum Einstel- len des Abstands der beiden Magnetlagereinrichtungen 24, 26 zueinander. Des Weiteren kann das äußeren Ende des zweiten Statorelements 36 ebenfalls begrenzt sein, beispielsweise mit einer weiteren Distanzhülse 38.

Die den Statorelementen 34, 36 zugeordneten Läuferelemente

30, 32 sind auf der Welle 14 angeordnet. Dabei ist es möglich wahlweise zusätzlich zumindest eine Distanzhülse beispielsweise zwischen den Läuferelementen 30, 32 anzuordnen. Grundsätzlich ist die Anordnung der Statorelemente 34, 36 und der Läuferelemente 30, 32 bzw. deren Befestigung im Lagergehäuse 20 bzw. auf der Welle 14 in Fig. 1 lediglich beispielhaft und kann beliebig variiert werden, um eine Magnetlageranordnung 22 bereitzustellen, mit der die Welle 14 mit den Laufrädern 16, 18 berührungslos gelagert werden kann. Dabei müssen nicht notwendigerweise Distanzhülsen verwendet werden.

Die beiden Magnetlagereinrichtungen 24, 26 sorgen dafür, dass die Welle 14 mit den Laufrädern 16, 18 berührungslos abgestützt wird und im Wesentlichen keine Auslenkung der Welle 14 aus einer vorbestimmten Referenzposition auftritt bzw. eine ungewollte Verkippung der Welle 14. Hierzu wird zwischen dem jeweiligen Statorelement 34, 36 und dem zugeordneten Läuferelement 30, 32 ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt. Da die radiale Magnetlageranordnung 22 die Welle 14 im Wesentlichen berührungslos lagert, kann auf eine Schmierung mittels

Schmieröl, wie dies bei Wälzlagern der Fall ist, verzichtet werden. Die Funktionsweise und der Aufbau der Magnetlagerein-

richtungen 24, 26 wird im nachfolgenden anhand von Fig. 2 noch näher erläutert.

Neben der radialen Magnetlageranordnung 22 kann des Weiteren wahlweise zusätzlich eine Axiallagerung 40 vorgesehen werden. Als Axiallagerung 40 kann hierbei beispielsweise eine axiale Gaslagerung vorgesehen werden, beispielsweise eine hydrodynamische Gaslagerung. Dabei kann als Gas beispielsweise Luft, wie Umgebungsluft und/oder Druckluft eingesetzt werden.

Bei der Axiallagerung 40, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, stützt eine Kombination aus zwei Lagerscheibenelementen 42, 44, die Welle 14 in axialer Richtung. Zwischen den beiden Lagerscheibenelemente 42, 44 bzw. deren Auskragung 46 ist ein Vorsprung des Gehäuses 10 bzw. im vorliegenden Beispiel, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ein Scheibenelement 48 des Lagergehäuses 20 angeordnet, wobei ein vorbestimmter Luftspalt 50 zwischen dem jeweiligen Lagerscheibenelement 42, 444 und dem Vorsprung bzw. Scheibenelement 48 des Gehäuses 10 gebildet ist. Bei einer hydrodynamischen, axialen Lagerung 40 bildet sich, wie zuvor beschrieben, beim Drehen bzw. Rotieren der Welle in den Luftspalten 50 ein Druckpolster aus.

Hierbei kann Luft aus der Umgebung des Turboladers 12 beim Drehen der Welle 14 angesaugt werden, um das Druckpolster in den Luftspalten 50 auszubilden. Es ist aber auch möglich, beispielsweise Druckluft separat zuzuführen, um das Druckpolster in den Luftspalten 50 auszubilden. Neben einer hydrodynamischen Luftlagerung ist auch jede andere Form eines Axi- allagers 40 möglich, mit welchem axiale Kräfte der Welle 14 des Turboladers 12 geeignet aufgenommen werden können. Des Weiteren kann statt zwei Lagerscheibenelementen 42, 44 auch nur ein Lagerscheibenelement vorgesehen werden.

Die hydrodynamische Gaslagerung 40 kann im vorliegenden Fall auch beispielsweise mit einer hydrostatischen Gaslagerung kombiniert werden. Eine Gaslagerung bzw. hier Luftlagerung hat den Vorteil, dass auf eine ölschmierung verzichtet werden

kann. Grundsätzlich kann aber auch ein mit einem Schmierstoff, beispielsweise Schmieröl, geschmiertes Axiallager oder ein anderes Axiallager verwendet werden.

Bei der Lageranordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das zweite bzw. äußere Lagerscheibenelement 42 mit einer Dichtung, z.B. in Form von zwei Dichtringen 28 versehen, um die Magnetlageranordnung 22 und die Axiallagerung 40 gegenüber dem Verdichterrad 18 abzudichten.

Wahlweise kann zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Lageranordnung, bei welchem die Welle 14 mit dem Turbinenrad 16 und dem Verdichterrad 18 berührungslos mittels einer Magnetlageranordnung 22 gelagert ist, ein Fanglagersystem (nicht dar- gestellt) vorgesehen werden. Ein solches Fanglagersystem ist beispielsweise auch in dem zuvor genannten Stand der Technik beschrieben .

Da ein Magnetlager in der Regel nicht über Notlaufeigenschaf- ten verfügt, kann es zu einem ungewollten Kontakt zwischen der Welle 14 bzw. dem Läuferelement 30, 32 und dem Statorelement 34, 36 kommen, wenn die Magnetlageranordnung 22 ausfällt. Aus diesem Grund kann wahlweise zusätzlich das sog. Fanglagersystem vorgesehen werden, das bei einem Ausfall der Magnetlageranordnung 22 eingreift. Bei solchen Fanglagersystemen werden beispielsweise u.a. Wälzlager eingesetzt. Dabei können beispielsweise zwei oder mehr Wälzlager so vorgesehen werden, dass wenn die Magnetlageranordnung 22 ausfällt, die Drehung der Welle 14 über die Wälzlager abgefangen wird. Ein Wälzlager kann dabei beispielsweise zwischen der ersten Magnetlagereinrichtung 24 und dem Turbinenrad 16 vorgesehen werden und an der Welle 14 oder dem Gehäuse 10 befestigt sein. Dabei kann das Wälzlager gegenüber dem Turbinenrad 16 und/oder der Magnetlageranordnung 22 abgedichtet sein.

Des Weiteren kann ein Wälzlager beispielsweise zwischen dem ersten Lagerscheibenelement 42 und der zweiten Magnetlagereinrichtung 26 vorgesehen sein oder zwischen dem Verdich-

terrad 18 und dem zweiten Lagerscheibenelement 44. Hierbei kann das Wälzlager ebenfalls gegenüber dem Verdichterrad 18 und/oder der Lageranordnung abgedichtet sein. Das Wälzlager kann dabei auf dem jeweiligen Lagerscheibenelement 42, 44 bzw. einem Absatz des Lagerscheibenelements 42, 44, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, der Welle 14 oder dem Gehäuse 10 befestig sein .

In Fig. 2 ist nun eine vereinfachte schematische Perspektiv- ansieht der Welle 14 und der Magnetlageranordnung 22 gezeigt. Wie zuvor beschrieben besteht die Magnetlageranordnung 22 beispielsweise aus den beiden zuvor beschriebenen Magnetlagereinrichtungen 24, 26. Diese weisen jeweils das zugeordnete Statorelement 34, 36 und Läuferelement 30, 32 auf. Das jewei- lige Läuferelement 30, 32 kann hierbei beispielsweise aus einer Lauferblechung bestehen. Die Lauferblechung kann hierbei zum Beispiel aus einem Paket dünner, gegeneinander isolierter Bleche 52 bestehen, die z.B. weichmagnetische Eigenschaften aufweisen, d.h. eine niedrige Remanenz und eine geringe Koer- zitivfeidstärke . Dadurch kann der magnetische Fluss optimal geleitet werden und andererseits Wirbelstromverluste klein gehalten werden.

Das Statorelement 34, 36 kann ebenfalls aus einem weichmagne- tischen Material, z.B. einem weichmagnetischen Stahl bestehen. Es kann aber auch als Permanentmagnet ausgebildet sein oder aus ferro- und permanentmagnetischen Teilen zusammengesetzt sein. Bei dem Vorsehen von Permanentmagneten (nicht dargestellt) können diese beispielsweise aus Teilmagneten zu- sammengesetzt sein.

Im Beispiel wie es in Fig. 2 dargestellt ist, weist das jeweilige Statorelement 34, 36 beispielsweise vier Pole 54 auf, die jeweils mit einem Stromleiter 56 bzw. einer Spule umwi- ekelt sind. Jeder der Stromleiter 56 kann dabei mit einer eigenen Stabilisierungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden sein, um mit einem eigenen, geeigneten Steuerstrom versorgt zu werden. über wenigstens einen, zwei, drei oder mehr

Sensoren (nicht dargestellt) wird die Position der Welle 14 bestimmt und/oder der Luftspalt zwischen Statorelement 34,36 und Läuferelement 30, 32 usw.. Dabei bestimmen der Sensor bzw. die Sensoren beispielsweise permanent die Abweichung der Welle 14 aus ihrer Ruhe- oder Referenzlage. Die Daten der Sensoren werden entsprechend in einer Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) ausgewertet und die Stabilisierungseinrichtungen entsprechend angesteuert, so dass den jeweiligen Polen 54 des Statorelements 34, 36 bzw. deren Stromleitern 56 ein eigener Steuerstrom zugeführt werden kann.

Dabei kann die Größe und Richtung des jeweiligen Steuerstroms auf Basis der Messergebnisse der Sensoren basieren bzw. in Abhängigkeit von der Position der Welle 14 eingestellt wer- den. Die Auswerteeinrichtung kann hierbei ein Teil der Motorsteuerung sein oder mit dieser verbunden sein.

Dabei kann über die Sensoren beispielsweise auch der Luftspalt zwischen der Welle 14 bzw. dem Läuferelement 30, 32 und dem Statorelement 34, 36 bestimmt und über die Stabilisierungseinrichtungen ausgeglichen werden. Des Weiteren kann eine Verkippung der Längsachse der Welle 14 über die Sensoren bestimmt und über die Stabilisierungseinrichtungen ausgeglichen bzw. angepasst werden, sowie eine Durchbiegung der Welle 14 über die Sensoren festgestellt und gegebenenfalls die Position der Welle 14 über die Stabilisierungseinrichtungen angepasst werden, so dass ein ausreichender Luftspalt zwischen Statorelement 34, 36 und zugeordnetem Läuferelement 30, 32 sichergestellt ist.

Neben den zuvor beschriebenen vier Polen 54 der Statorelemente 34, 36 kann ein Statorelement 34, 36 beispielsweise auch nur zwei oder drei Pole 54 oder mehr als vier Pole 54, beispielsweise fünf, sechs und mehr Pole 54 aufweisen. Des Wei- teren können die erste und/oder zweite Magnetlagereinrichtung 24, 26 unipolar, heteropolar oder homopolar ausgebildet sein.

Als Sensoren können beispielsweise induktive, galvanomagnetische, kapazitive und/oder optische Messeinrichtungen genutzt werden, um wie zuvor beschrieben, die Position der Welle 14 zu bestimmen bzw. den Luftspalt zwischen dem Statorelement 34, 36 und dem zugeordneten Läuferelement 30, 32 bzw. eine Durchbiegung der Welle 14 usw..

Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Lageranordnung hat den Vorteil, dass Magnetlager die dabei verwendet werden in allen Betriebszuständen - auch beim An- und Abfahren berührungslos arbeiten können, und damit kein mechanischer Verschleiß auftritt. Das Fehlen von Schmierstoffen erlaubt es außerdem, dass beispielsweise eine ölleckage aus der Lagereinheit verhindert werden kann, da nicht, wie beispiels- weise bei Wälzlagern, Schmieröl eingesetzt werden muss. Im vorliegenden Fall, wird die radiale Lagerung dabei durch ein magnetisches System bereitgestellt und die axiale Lagerung mittels einem gasförmigen Medium, wie beispielsweise Luft, realisiert .

Die Kombination aus einer radialen, magnetischen Lagerung und einer axialen Gasfilm-Lagerung hat außerdem den Vorteil einer verbesserten Führung der Welle und ihrer Laufräder durch die erhöhte Steifigkeit bei einer reduzierter Komplexität der Magnetlagerung.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Die vorgenannten Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmal davon.

Im vorliegenden Fall, wie er zuvor beschrieben wurde, weist jeder Pol 54 einen eigenen Stromleiter 56 auf, dessen Ansteu- erstrom über eine eigene Stabilisierungseinrichtung geregelt wird. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. So kann auch eine Stabilisierungseinrichtung beispielsweise mehrere Pole 54 mit einem Ansteuerstrom versorgen. Des Weiteren

ist die Ausbildung der Magnetlageranordnug 22 über ein Statorelement 34, 36 und das zugeordneten Läuferelement 30, 32 lediglich beispielhaft. Die Magnetlageranordnung 22 der Welle 14 kann beliebig ausgeführt sein, um die Welle 14 berührungslos zu lagern. Die Fig. 1 und 2 sind lediglich beispielhaft. Hierbei können wahlweise oder alternativ auch ein oder mehrere Permanentmagnete und/oder ferro- und permanentmagnetische Teile eingesetzt werden.