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Was ist ein Turbolager? Arten von Turbolagern

TurbolagerDas Lager im Turbolader ist... Um den Turbolader zu verstehen, müssen wir zunächst den Turbolader und seine beweglichen Teile kennenlernen.

 

Welcher Turbolader?

Ein Turbolader, wie er häufig in Autos zu finden ist, ist im Grunde ein Luftkompressor, der die Luft verdichtet, um die angesaugte Luftmenge zu erhöhen. Er nutzt den Trägheitsimpuls der vom Motor ausgestoßenen Abgase, um die Turbine im Turboladerraum anzutreiben. Die Turbine treibt das koaxiale Verdichterrad an, welches die vom Luftfilterrohr zugeführte Luft komprimiert und in den Zylinder presst. Mit steigender Motordrehzahl erhöhen sich sowohl die Abgasgeschwindigkeit als auch die Turbinendrehzahl. Das Verdichterrad komprimiert mehr Luft in den Zylinder, wodurch Druck und Dichte der Luft steigen. Dies ermöglicht eine effizientere Verbrennung von Kraftstoff, eine Anpassung der Motordrehzahl und somit eine Steigerung der Motorleistung.

 

Welche beweglichen Teile hat ein Turbolader?

Die beweglichen Teile des Turboladers sind gleichzeitig die Kernkomponenten – Turbinenrad, Verdichterlaufrad und Rotorwelle sowie das Kompressorgehäuse unterliegen einer schnellen Relativbewegung, die für normale Lager unerträglich ist. Daher ist das Lager des Kompressors ein spezielles Gleitlager.

 

Es handelt sich im Grunde um einen Kupferring, der über Welle und Gehäuse gestülpt ist und zwischen Ring und Welle sowie zwischen Ring und Gehäuse Spielräume aufweist. Im Betrieb des Motors bildet sich unter dem Einfluss des Öldrucks in diesen Bereichen ein doppelter Ölfilm, auf dem der Rotor schwimmt und sich mit hoher Geschwindigkeit dreht.

 

Aufgrund der extrem hohen Drehzahlen und Temperaturen stellt dieser Bereich auch extrem hohe Anforderungen an Schmierung und Kühlung.

 

Wenn der Kompressor nicht ausreichend geschmiert und gekühlt wird, führt dies zu abnormalem Verschleiß des Lagers, wodurch sich die Lebensdauer des Lagers erheblich verkürzt, der Spalt zwischen Rotor und Gehäuse vergrößert und ein Teil des Öls über diesen Bereich in das Ansaug- oder Abgasrohr gelangt, was zu einem schwerwiegenden Ölverbrennungsausfall führt.

 

Arten vonTurboladerlager

Als wichtigstes bewegliches Bauteil des Turboladers ist die Lagerkonstruktion eng mit der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Turbine verknüpft. Es gibt zwei Haupttypen von Turboladerlagern: Gleitlager und Kugellager.

 

Aktuell verwenden die meisten großen Automobilhersteller Gleitlager, die langlebig und kostengünstig sein sollen. Ein Gleitlager besteht im Prinzip aus einem Ring auf der Welle. Zwischen Ring und Welle sowie zwischen Ring und Lagergehäuse befindet sich ein Spalt, der einen doppelten Ölfilm bildet. Der Ring ist zwischen Welle und Gehäuse beweglich. Der innere Spalt beträgt üblicherweise etwa 0,05 mm, der äußere etwa 0,1 mm. Die Wandstärke des Lagers liegt bei etwa 3,0–4,5 mm. Es besteht aus einer Zinn-Blei-Bronzelegierung und ist mit einer etwa 0,005–0,008 mm dicken Schicht aus einer Blei-Zinn-Legierung oder Indium beschichtet. Im Betrieb des Turboladers rotiert das Lager zwischen Welle und Gehäuse. Daraus ergeben sich die Nachteile von Gleitlagern: hoher Laufwiderstand der Turbinenwelle, hohe Anforderungen an Öldruck und -qualität sowie eine instabile dynamische Steuerung der Turbinenwelle.

 

Kugellager sind vor allem in Hochleistungsfahrzeugen zu finden. Wie der Name schon sagt, ersetzen sie bei der Lagerung von Kugeln auf der Turbinenwelle das Öl in Gleitlagern. Der Vorteil von Kugellagern liegt genau im Gegenteil zu dem von Gleitlagern: geringere Reibung, niedrigere Turbinenhysterese und eine bessere Ausnutzung der dynamischen Grenzen. Die Dynamik der Turbinenwelle lässt sich effektiv kontrollieren. Öldruck und -qualität können leicht reduziert werden, was indirekt die Lebensdauer der Turbine erhöht. Die Nachteile sind jedoch offensichtlich: Die Lebensdauer ist mit 70.000 bis 80.000 Kilometern im Vergleich zu Gleitlagern geringer, und die Wartung ist aufwendig und teuer. Aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit sind Kugellager dennoch nach wie vor Standard in Hochleistungsfahrzeugen.