[发明专利]涡轮叶轮的轴的轴承布置

说明书

本发明涉及根据权利要求1前序部分详细限定类型的、用于涡轮叶轮（turbine wheel）或涡轮叶轮和压缩机叶轮的轴的轴承布置。

与涡轮复合系统方式相同的涡轮增压机在一般现有技术中是已知的。涡轮复合系统和涡轮增压机都与交通工具驱动单元（通常为内燃发动机）结合使用，并通过涡轮叶轮将驱动单元的排气中存在的热能和压力能转换成机械能。在涡轮增压机或排气涡轮增压机中，通常通过将涡轮叶轮连接至压力机叶轮的轴来将这种机械能直接转换成转动能，以用于驱动压力机叶轮。从而，用于驱动单元的空气（尤其是用于内燃发动机的进入空气）通过压缩机叶轮被压缩，并且因此在增加的充气压力下被供应。具体地，在内燃发动机中，充气压力的增加以及供应至内燃发动机的气团的相关增加使得能够更有效地燃烧以及更好地利用燃料中储存的能量。

在涡轮复合系统中，情况是这样的，通过作为推进器的涡轮叶轮从热排气中回收的能量也同样在承载涡轮叶轮的轴处被转换成机械转动能。不过，该能量接着用于部件的机械驱动以及机械能的反馈（例如，在内燃发动机的曲轴区域中）。

不论在具有涡轮叶轮和压缩机叶轮的涡轮增压器中，还是在涡轮复合系统中，流体动力轴承通常用来支承轴的轴颈，根据一般现有技术，所述轴承包括圆柱形轴承衬套。这些轴承衬套通常设计为浮动衬套，以便轴承衬套具有两个轴承间隙，一方面一个轴承间隙在静态固定的壳体和轴承衬套之间，另一方面一个轴承间隙在轴和轴承衬套之间。轴承衬套的浮动设置使得轴承衬套能够在运行期间在轴和壳体之间旋转。这主要由这样的情况导致，由于轴承间隙的小径向间隙尺寸，粘滞阻力或延缓力引起了浮动轴承衬套上的角动量，从而使轴承衬套旋转。

这种情况下，这种轴承通常通过轴承衬套区域中的润滑油孔被供以油，以便两个轴承间隙都有相应的油膜。为了形成流体动力润滑膜（该润滑膜可以将尤其是轴和轴承衬套之间的摩擦和磨损最小化），需要并且期望轴承衬套本身具有相应旋转速度。不过，在浮动轴承衬套这样高速旋转下，会有形成自激振动的风险，该自激振动是由润滑膜中的涡流引起的。然而，轴承间隙中的流体动力润滑膜通常会确保旋转轴的期望阻尼（在这种运行状态下，会减小轴运动的阻尼和刚度），这最终会导致不期望的磨损。此外，在具有浮动轴承衬套的轴承运行的期间，会出现次谐波激励，这会引起声学噪音。应该防止该种情况，一方面是因为会发出不期望的噪声，另一方面是会导致次谐波激励的幅度大到使得轴承由此变得不稳定。最糟的是，这种情况会导致涡轮叶轮由于对壳体的撞击而损坏。

例如，关于排气涡轮增压器的轴的轴承，应该参考DE 10 2004 009 412A1。还可以从DE 195 39 678A1中得知这种轴承。DE 195 39 678 A1的架构中描述了浮动轴承衬套，该衬套引导润滑油通过适当的开口从一个轴承间隙流动至另一个轴承间隙。现在，根据本发明的具体特征在于，将用于润滑油的传输孔的结构配置成其阻碍浮动轴承衬套随着轴的不断增加的旋转速度而增加的旋转。

此外，从另外的一般现有技术中可以获知这种流体动力轴承形式的轴承，例如，为DE 1 575 563的形式，其中轴承衬套或安装在轴承衬套中的轴具有的截面轮廓在垂直于旋转轴线的截面上彼此不同。这些非圆或至少非圆形的截面轮廓使得能够实现并且改进流体动力润滑膜。不过，在浮动轴承衬套的情况下，由于这种结构通常倾向于促进（而不是阻碍）轴承衬套在相应的较高轴转速的挟带下而达到高转速，所以这种结构只在有限范围内是可能的。

在此背景下，此处本发明的目的是提供用于涡轮叶轮或涡轮叶轮和压力机叶轮的轴的轴承布置，所述轴承布置被设计成避免不期望的振动，同时降低制造过程中的花费。

通过具有权利要求1的特征部分的特征的轴承布置来达到该目的。权利要求3和6的特征部分中的特征提供了用于上述目的的可替换的独立解决方案。在每一种情况下，根据此目的的从属权利要求具体地描述了根据本发明的具体轴承布置的有利且有优势的进一步实施例。

根据权利要求1特征部分可以实现上述目的的第一方案，由此第一轴承间隙的半径和第二轴承间隙的半径相对轴的旋转轴线的比在轴承衬套的最大轴向延伸范围内至少改变一次。因此，两个轴承间隙可以（例如）朝向彼此倾斜地延伸，以便将浮动轴承衬套配置成基本上圆锥形的。替换实施例也是可行的，该替换实施例例如具有这样的轴承间隙，该轴承间隙沿轴向方向连续或断续地以几个梯级延伸至另一轴承间隙中。最终，还可行的是将轴承间隙配置成，使得这些轴承间隙具有不同的轴向长度或者沿轴向方向设置在不同的位置。这样还会使得轴承间隙的半径比在浮动轴承衬套轴向延伸范围内发生改变或突跳。