Zitiert aus STK Turbo Technik
Die Funktion des Turboladers
Sportliches Fahren hat nichts mit Aggressivität zu tun, sondern mit Agilität und Dynamik!
Mit einem Turbolader sollen hohe Drehmomente und somit höhere Motorleistungen erzielt werden. Dies gelingt, indem die angesaugte Luft verdichtet wird. Durch die erhöhte Dichte kann somit bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangen. Mit dem höheren Sauerstoffgehalt ist eine bessere Verbrennung möglich - die Leistung steigt.
Die Wärme- und Bewegungsenergie des Motorabgases werden genutzt, um die Abgasturbine des Turboladers anzutreiben. Die Abgasturbine betreibt den Verdichter. Dieser presst die angesaugte Luft zusammen, wodurch sie sich erwärmt. Im Ladeluftkühler wird sie wieder abgekühlt.
Problembereiche des Turboladers:
Im oberen Drehzahlbereich ergibt sich eine hohe Turbinendrehzahl wodurch die Luft stärker komprimiert wird als nötig.
Im unteren Drehzahlbereich erreicht die Turbine nicht die notwendige Drehzahl. Die Luft wird nicht ausreichend komprimiert. Der Motor erreicht nicht die gewünschte Leistung (Turboloch).
Der "verstellbare" VNT / VTG Turbolader
Er bringt im Gegensatz zum normalen Turbolader die notwendige Verdichtung über den gesamten Drehzahlbereich. Dies wird durch verstellbare Leitschaufeln möglich, die den Abgasstrom über das Turbinenrad führen.
Motordrehzahl niedrig und hoher Ladedruck gewünscht:
Der Querschnitt des Abgasstromes wird vor dem Turbinenrad mit Hilfe von Leitschaufeln verengt. Da das Abgas durch den verengten Querschnitt schneller strömen muss, wird das Turbinenrad schneller gedreht. Dadurch wird auch bei niedriger Motordrehzahl der benötigte Ladedruck erzielt.
Motordrehzahl hoch:
Der Querschnitt des Turboladers ist dem Abgasstrom angepasst. Die Leitschaufeln geben einen größeren Eintrittsquerschnitt frei, um den benötigten Ladedruck nicht zu überschreiten.
Was bringt die Zukunft?
Hier scheiden sich die Geister. Wohin geht die Forschung?
Welche Art von Turbolader wird in Zukunft benötigt?
Die Automobilindustrie ist immer mehr auf der Suche nach Möglichkeiten, die vom Gesetzgeber vorgegebenen Emmisionswerte (Abgaswerte) einzuhalten. Des weiteren verlangt die Industrie nach kostengünstigen Lösungen.
Was bedeutet das aber für den Turbolader? Nun ja, Turbolader werden kleiner, einfacher und noch wesentlich effizienter. So werden schon heute bei einer Vielzahl von Turboladern neue Techniken verwendet, die es ermöglicht mit extrem wenigen und kleinen Einzelteilen auszukommen. Neue Verfahren, die es ermöglichen, kleinste Bauteile des Turboladers bei Betriebsdrehzahlen zu balancieren, werden immer komplexer und erfordern immer höhere Präzision. Betriebsdrehzahlen von bis zu 300.000 RPM werden keine Seltenheit mehr sein. Neue Materialien, wie Keramik, werden immer häufiger eingesetzt. Die noch immer gebräuchliche Gleitlagerung wird
neuen Techniken wie Kugel- und Luftlagerung weichen.
Neue Einsatzgebiete werden für den Turbolader hinzukommen. Bereits heute werden bei den namhaften Automobilherstellern Turbolader in Verbindung mit Brennstoffzellen getestet.
Luftlager(ung)
Luftlager sind hochpräzise Gleitlager mit Luft als Schmiermedium. Sie wird über eine externe Versorgungseinheit (Kompressor) zugeführt und mit einem Druck von üblicherweise 2-6 bar zwischen die Gleitflächen gepreßt, um diese durch einen engen Luftspalt von nur wenigen tausendstel Millimeter voneinander zu trennen. Das so erzeugte Luftpolster zwischen den Gleitflächen bewirkt eine hohe Führungsqualität bei sehr geringen Reibkräften.
Hmm Luftlagerung von Turboladern, töhnt ja Interessant 
- Turbolader ohne Ölschmierung
Luftgelagerte ölfreie Wälzlager mit reduzierten
Reibungswiderstand
Anwendungsgebiet
Im Bereich der Turbolader im Automobilbau
werden immer höhere Anforderungen
an die Umdrehungsgeschwindigkeiten
und eine maximale Verschleißfestigkeit
der verwendeten
Lager gefordert. Daneben gibt es noch
zahlreiche Anwendungen, bei denen
ölfrei laufende hochbelastbare Lager
gefordert werden, beispielsweise in der
Lebensmittelindustrie, aber auch in
sensiblen technischen Anwendungen
wie bei der Luftzuführung in
Brennstoffzellen.
Stand der Technik
In Zylinderrollenlager, insbesondere
bei Lagern mit aerostatischen Käfig,
bremst der Reibkontakt zwischen den
rotierenden Zylinderstirnflächen und
den ruhenden Bordscheiben die
Umlaufbewegung des Rollensatzes
sowie die Eigenrotation der einzelnen
Rollen ab. Beides führt zu einer
beachtlichen Erhöhung des Reib- und
Verschleißaufkommen im Lager. Eine
Verbesserung beim Einsatz von
üblicherweise glatten Borden erreicht
man durch geeignete kostenintensive
Materialpaarungen wie Keramik oder
Spezialstählen sowie durch die
Verwendung von Schmiermitteln.
Erfindung
Durch die aerodynamische Profilierung
der Bordeoberflächen wird in Wälzlagern
eine Verbesserung der Reibungsverhältnisse
erreicht. Die Profilierung
besteht aus geneigten Vertiefungen,
die eng aneinander gereiht die
gesamte Reibkontaktfläche der Bordeoberflächen
bedeckt. Dadurch wird
zum einen die Reibfläche reduziert,
zum anderen baut sich durch die
Geometrie in Luftlagern ein aerodynamisch
induzierter Druck auf, der bei
Drehzahlen von über 20.000 U/min.
den direkten Kontakt der Zylinderrollen
zu den Lagerborden verhindert und zu
einer deutlichen Leistungssteigerung
von ca. 10 – 15 % führt.
Vorteile und Nutzen
 Ca. 10 – 15 % höhere Belastbarkeit
bei gleicher Bauart
 Deutlich verringerte Reibung bei
Drehzahlen über 20.000 Upm
 Kostengünstige Fertigung
Durch Luftlager - eine Entwicklung aus der Raumfahrttechnik - ergeben
sich Einbau- und Funktionsvorteile. Beispielsweise wird die Motor-
ansaugluft nicht durch gelegentlich austretendes Öl verschmutzt, da Öl-
oder Wasserleitungen zum Turbo fehlen. Luftgelagerte Lader lassen sich
problemlos vertikal bauen. Die ersten Turbos mit Magnetlager laufen im
Versuch. Auch hier werden weiter Erfahrungen gesammelt.
Electric Assist Turbolader (EAT)
Ein elektrisch geregelter Hochgeschwindigkeits-Elektromotor beseitigt
das Turboloch durch Erhöhen der Laderumdrehungen bei niedrigen
Motordrehzahlen. Dadurch entfällt die oftmals monierte "Anfahr-
schwäche" aufgeladener Motoren. Bei hohen Umdrehungen kann über-
schüssige Energie in die Bordelektronik eingespeist werden.
Integrierte Systeme
Um Einbauraum zu sparen experimentieren die Turbohersteller mit
Aufladungssystemen, die im Kurbelgehäuse integriert sind. Ein weiteres
Ziel ist es, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren. Bestand der erste
Garret-Lader noch aus über 180 Einzelteilen bei einer Gesamtmasse von
rund 50 kg, so hat der Lader heute bei gleicher Leistung nur 8 kg und ist
mit 50 Teilen äußerst kompakt und hocheffizient.
Schaufeln aus Titan-Aluminium
Diese extrem leichte Verbindung ermöglicht im Vergleich zu konventio-
nellen Nickellegierungen ein deutlich verringertes polares Trägheits-
moment. Die Beschleunigungsleistung des Turbinenrades wird gesteigert
und das Ansprechverhalten verbessert.
Die Geschichte der Turbolader
Geschichte der Turbolader kurz und bündig...
Die Geschichte der aufgeladenen Motoren ist fast so alt wie die der Verbrennungsmotoren selbst. Bereits 1905 gab es ein Patent auf einen Verbundmotor, bei dem der Lader und die Turbine mechanisch an den Motor gekoppelt waren. Kurz darauf (1915), eine neue Erfindung für die erste freilaufende Abgasturboladergruppe. Dieser Erfindung liegen Erfahrungen von 1905 zugrunde.
Der erste aufgeladene Motor entstand 1910. Es war ein Zweitakt-Umlauf-Motor und wurde von Murray- Willat gebaut. Durch die Aufladung ergab sich die Möglichkeit, bei Flugzeugmotoren die Leistungseinbußen infolge der abnehmenden Luftdichte in größeren Höhen zu kompensieren.
Im Jahre 1921 baute Daimler den ersten serienmäßigen Kompressorwagen. Die Aufladung erfolgte mittels eines mechanisch angetriebenen Roots- Gebläse. Wegen der Klopfgefahr erfolgte der Antrieb über eine Kupplung, die das Roots- Gebläse erst bei höheren Motordrehzahlen zuschaltete. Die ersten Einsätze von Kompressorwagen erfolgten bei Automobilrennen. Durch ihre vielen Rennerfolge, insbesondere in den 20er und 30er Jahren, wurden die aufgeladenen Motoren weltweit berühmt.
Im Jahre 1938 wurde der erste Nutzfahrzeug-Dieselmotor mit Abgasturboaufladung von der Schweizer Maschinenfabrik "Saurer" gebaut. Erst 1962 wurde von " General Motors" im "Chevrolet Corvair Monza" und "Oldsmobile Jetfire" die ersten Serien- PKW´s mit Abgasturboaufladung ausgestattet. Der erste Turboaufgeladene PKW-Dieselmotor wurde 1978 von "Daimler-Benz" im "300 SD" eingebaut.
Durch die Abgasturboaufladung werden die Schwächen der Dieselmotoren wie träger Drehzahlaufbau und geringe Leistung bei kleinem Hubraum beseitigt. Der Dieselmotor wird durch die Turboaufladung für den PKW-Bau immer interessanter. Gründe hierfür sind Leistungssteigerung und ein geringer spezifischer Kraftstoffverbrauch. In den letzten Jahren kamen auch verstärkt
Benzinmotoren mit Abgasturbo in Serie auf den Markt. Auch hier überwiegen die Vorteile:
- hohe Leistung bei kleinem Hubraum
- geringe Baugröße für enge Einbaubedingungen
- größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen
- geringere Geräuschentwicklung
- spezifisch günstiger Kraftstoffverbrauch
Hinzu kommen die ökologisch günstigeren Abgas-Emissionswerte.
In Zukunft werden vermehrt Turbolader entwickelt, die eine variable Turbinen-Geometrie besitzen, wodurch der Drehmomentverlauf und das Ansprechverhalten noch weiter verbessert werden. Des weiteren werden die Geleitlager, die in heutigen Turboladern Verwendung finden, durch neu entwickelte Kugellager ersetzt, durch die ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden wird.
REIFENRECHNER
CFI MUSEUM
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Zitat
Original von estonez
