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Aufbau und Wirkungsweise eines Turbogebläses

Archivmeldung vom 19.01.2019

Bitte beachten Sie, dass die Meldung den Stand der Dinge zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung am 19.01.2019 wiedergibt. Eventuelle in der Zwischenzeit veränderte Sachverhalte bleiben daher unberücksichtigt.

Freigeschaltet durch Thorsten Schmitt
Abgasturbolader im Schnitt; links die Turbinenseite (Abgas), rechts der Verdichter (Ansaugluft)
Abgasturbolader im Schnitt; links die Turbinenseite (Abgas), rechts der Verdichter (Ansaugluft)

Lizenz: Public domain
Die Originaldatei ist hier zu finden.

Turbogebläse sind Radialverdichter, die von einer Abgasturbine angetrieben werden und in Motoren zur Erhöhung des Ladeluftdrucks eingesetzt werden. Die Leistung der Turboverdichter beeinflusst alle wichtigen Motorparameter wie Kraftstoffverbrauch, Leistung und Emissionen.

Es ist wichtig, eine Reihe grundlegender Konzepte zu verstehen, bevor man zu einer detaillierteren Diskussion der Besonderheiten des Turboladers übergeht. Weitere Informationen finden Sie hier.

Bauweise

Ein Turbogebläse besteht aus einem Verdichterrad und einem Abgasturbinenrad, die über eine Vollwelle miteinander verbunden sind und zur Erhöhung des Ansaugluftdrucks eines Verbrennungsmotors dienen. Die Gasturbine entzieht dem Abgas Energie und nutzt sie, um den Verdichter anzutreiben und Reibung zu überwinden. In den meisten Automobilanwendungen sind sowohl das Verdichter- als auch das Turbinenrad radial strömend. Einige Anwendungen, wie beispielsweise mittel- und niedertourige Dieselmotoren, können anstelle einer radialen Durchflussturbine ein Axial-Durchflussturbinenrad verwenden.

Die gemeinsame Welle des Turboverdichters wird durch ein Lagersystem im Mittelgehäuse (Lagergehäuse) zwischen Verdichter und Turbine getragen. Die Wellenradanordnung bezieht sich auf die Welle mit den befestigten Verdichter- und Turbinenrädern, d.h. die rotierende Anordnung. Die Rotationsanordnung des Mittelgehäuses bezieht sich auf die Wellenradanordnung, die im Mittelgehäuse installiert ist, jedoch ohne die Verdichter- und Turbinengehäuse. Das Mittelgehäuse ist üblicherweise aus Grauguss gegossen, aber auch Aluminium kann in einigen Anwendungen verwendet werden. Dichtungen verhindern, dass Öl in den Verdichter und die Turbine gelangt. Turbogebläse für Anwendungen mit hoher Abgastemperatur, wie beispielsweise Ottomotoren, können auch Kühlkanäle im Mittelgehäuse integrieren.

Lager der Turbo Verdichter

Das Lagersystem der Turbo Verdichter erscheint einfach aufgebaut, spielt aber bei einer Reihe von kritischen Funktionen eine Schlüsselrolle. Einige der wichtigsten sind: die Kontrolle der radialen und axialen Bewegung der Welle und der Räder und die Minimierung der Reibungsverluste im Lagersystem. Lagersysteme haben aufgrund ihres Einflusses auf die Reibung des Turbo Kompressors und ihrer Auswirkungen auf die Kraftstoffeffizienz des Motors große Beachtung gefunden.

Mit Ausnahme einiger großer Systeme für langsam laufende Motoren befinden sich die Lager, die die Welle stützen, in der Regel zwischen den Rädern in fliegender Position. Dieses flexible Rotordesign stellt sicher, dass der Turbo über seinen ersten und möglicherweise zweiten kritischen Drehzahlen arbeitet und somit den dynamischen Bedingungen des Rotors wie Wirbel und synchrone Schwingungen ausgesetzt sein kann.

Dichtungen

Die Dichtungen befinden sich an beiden Enden des Lagergehäuses. Diese Dichtungen stellen ein schwieriges Konstruktionsproblem dar, da die Reibungsverluste gering gehalten werden müssen, die relativ großen Bewegungen der Welle durch Lagerspiel und ungünstige Druckgradienten unter bestimmten Bedingungen.

Diese Dichtungen dienen in erster Linie dazu, Ansaugluft und Abgas aus dem Mittelgehäuse fernzuhalten. Die Drücke in den Ansaug- und Abgassystemen sind in der Regel höher als im mittleren Gehäuse des Turbogebläses, das typischerweise dem Druck des Motorkurbelgehäuses entspricht. Sie würden daher in erster Linie dazu bestimmt sein, das Mittelgehäuse abzudichten, wenn der Druck im Mittelgehäuse niedriger ist als in den Ansaug- und Abgassystemen. Diese Dichtungen sind nicht als primäre Mittel gedacht, um zu verhindern, dass Öl aus dem Mittelgehäuse in die Abgas- und Luftsysteme gelangt. Normalerweise wird Öl durch andere Mittel wie Ölabweiser und rotierende Schleudern daran gehindert, diese Dichtungen zu kontaktieren.

Turbogebläsedichtungen unterscheiden sich von den Weichlippendichtungen, die normalerweise in rotierenden Anlagen verwendet werden, die mit wesentlich niedrigeren Drehzahlen und Temperaturen arbeiten. Die Kolbenringdichtung ist ein häufig verwendeter Typ. Es besteht in den meisten Anwendungsfällen aus einem Metallring.

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