DE102007027869A1 - Turbolader mit einem Turboladergehäuse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Turboladergehäuse, mit: einer Durchtrittsöffnung für eine Welle, wobei die Welle drehbar mittels einer Lageranordnung in dem Gehäuse gelagert ist, wobei zur Schmierung der Lager Schmieröl zugeführt wird und wobei ein Abschnitt der Welle an der Außenseite zumindest eines Lagers vorgesehen ist, der mit dem Gehäuse einen Spalt bildet, der als Schmieröldrossel ausgebildet ist, um einen Durchtritt von Schmieröl von Seiten des Lagers zumindest zu reduzieren.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Turboladergehäuse, in welchem wenigstens ein Laufrad, wie ein Turbinenrad und/oder ein Verdichterrad gelagert ist.
- Turbolader weisen normalerweise ein Gehäuse auf, in dem ein Turbinenrad und ein Verdichterrad auf einer Welle drehbar mittels Radiallagern gelagert sind. Dabei kann die Welle Umdrehungen von beispielsweise bis zu 300.000 U/min erreichen. Um auftretende Axialkräfte aufzunehmen kann auch beispielsweise wenigstens ein Axiallager vorgesehen werden. Die Lager werden hierbei mittels eines entsprechenden Schmieröls geschmiert.
- Bei dem Turbolader kann es aufgrund seiner ölgeschmierten Lagerung zum Ölverlust in die Turbine und/oder den Verdichter kommen. Beim Turbolader erfolgt eine dynamische Abdichtung über Kolbenringe, diese können jedoch nicht geeignet einen Übertritt von Schmieröl zur Turbinenseite bzw. zur Verdichterseite hin verhindern. Aufgrund neuester Abgastechnik ist ein Übertritt, insbesondere turbinenseitig möglichst zu vermeiden, da es beispielsweise zur Verschlackung des Russpartikelfilters bzw. des Katalysators führen kann, was zur Folge hat, dass deren Wirksamkeit massiv beeinträchtigt wird.
- Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turboladergehäuse bereitzustellen, das mit einer Öldrossel versehen ist, das einen Übertritt von Schmieröl zu Turbinenseite bzw. zur Verdichterseite zumindest reduziert.
- Diese Aufgabe wird durch ein Turboladergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader mit einem Turboladergehäuse bereitgestellt, mit:
- – einer Durchtrittsöffnung für eine Welle,
- – wobei die Welle drehbar mittels einer Lageranordnung in dem Gehäuse gelagert ist,
- – wobei zur Schmierung der Lager Schmieröl zugeführt wird, und
- – wobei ein Abschnitt der Welle an der Außenseite zumindest eines Lagers vorgesehen ist, der mit dem Gehäuse einen Spalt bildet, der als Schmieröldrossel ausgebildet ist, um einen Durchtritt von Schmieröl von Seiten des Lagers zumindest zu reduzieren.
- Das Lager hat dabei den Vorteil, dass der Schmierölfluss durch die Schmieröldrossel gedrosselt werden kann, so dass der Fluss an Schmieröl zum Turbinenrad bzw. Verdichterrad erheblich reduziert oder im Wesentlichen ganz unterbunden werden kann. Dadurch kann eine Verschlackung des Russpartikelfilters bzw. des Katalysators verhindert und damit deren Wirksamkeit aufrechterhalten werden, im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er oben beschrieben wurde.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Spalt eine Spalthöhe auf, die geeignet ist einen Schmierölfluss zu drosseln. Ein solcher Spalt hat den Vorteil, dass er eine sehr einfache und leicht herzustellende Ausgestaltung darstellt, um eine Öldrossel bereitzustellen.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Spalt wenigstens ein Dichtelement angeordnet ist, um einen Öldurchtritt zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern. Dies stellt ebenfalls eine einfache und leicht herzustellende Ausgestaltung dar, um eine Öldrossel zu bilden. Der Spalt kann dabei wahlweise durch das Vorsehen einer zusätzlichen Dichtung auch etwas größer gewählt werden als die Variante ohne Dichtung.
- In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Vertiefung in dem Absatz der Welle vorgesehen, wobei die Vertiefung im Anschluss an den Spalt angeordnet ist und zur Aufnahme von Schmieröl dient, welches durch die Öldrossel gelangt. In der Vertiefung kann dabei Schmieröl gesammelt und zurückgehalten werden.
- Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Aussparung in dem Gehäuse im Anschluss an den Spalt angeordnet, wobei das Gehäuse und die Welle einen Raum bilden zur Aufnahme eines Entspannungsvolumens an Schmieröl. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Raum ein Teil des Schmieröls zunächst zurückgehalten werden kann.
- In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Spalt auf der Seite der Welle angeordnet, an der das Turbinenrad und/oder das Verdichterrad befestigt ist, so dass eine Öldrossel vorgesehen werden kann, um einen unkontrollierten ölfluß zum Turbinenrad bzw. zum Verdichterrad zu verhindern. Dies hat den Vorteil, dass grundsätzlich sowohl auf der Turbinenseite wie auch auf der Verdichterseite eine solche Öldrossel angeordnet werden kann.
- In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Abfluss für das Schmieröl der Lageranordnung in dem Gehäuse vorgesehen. Dadurch kann das Öl sehr einfach abgeführt werden. Der Ölabfluss kann dabei mit dem Raum verbunden sein, in dem sich das Entspannungsvolumen sammelt oder mit der Vertiefung, die einem Auffangraum gegenüberliegt. Dies sind jedoch nur einige Beispiele wo der Ölabfluss vorgesehen werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann der Ölabfluss an jeder Stelle angeordnet sein, die geeignet ist, um Schmieröl abzuführen und einen Übertritt des öls zum Turbinenrad bzw. Verdichterrad zu verhindern.
- Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Ölfangraum gegenüber dem Absatz der Welle angeordnet ist.
- Dies hat den Vorteil, dass Schmieröl, das von der Welle weggeschleudert wird, in dem Ölfangraum aufgenommen werden kann.
- In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in der Welle eine entsprechende Vertiefung in dem Absatz gegenüber dem Ölfangraum vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass Schmieröl das in dem Ölauffangraum aufgesammelt wird zum Teil zumindest in der Vertiefung gesammelt werden kann. Dadurch kann das Schmieröl zurückgehalten werden, bevor es zu dem Turbinen- oder Verdichterrad gelangen kann.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines Turboladergehäuses gemäß dem Stand der Technik, in einer Schnittansicht; -
2 eine Schnittansicht eines Turboladergehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und -
3 eine Schnittansicht eines Turboladergehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. - In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
- In
1 ist ein Ausschnitt eines Turboladergehäuses10 gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittansicht gezeigt. In dem Gehäuse10 ist eine Turbowelle12 angeordnet, die über jeweils ein Radiallager14 auf jeder Seite drehbar gelagert ist. Zur Schmierung der Lagerung14 ist eine Schmierölzufuhr16 vorgesehen, beispielsweise in Form einer Bohrung durch die Schmieröl zu den Lagern14 geleitet wird. Auf der Außenseite des in1 gezeigten Radiallagers14 ist ein erhöhter Absatz18 vorgesehen mit einer Ölschleuderkante20 . Die Ölschleuderkante20 liegt dabei einem Ölauffangraum22 im Gehäuse10 des Turboladers gegenüber. Im Anschluss an die Ölschleuderkante20 ist der Absatz18 , an dessen Ende ein Turbinenrad24 befestigt ist, mit zwei Kolbenringen bzw. Kolbenringdichtungen26 zur Abdichtung versehen. - Im Betrieb passiert mit dem Schmieröl folgendes. Das Schmieröl das über die Ölzufuhr
16 dem Radiallager14 zugeführt wird, tritt axial aus der Lagerung aus, wie mit den Pfeilen in1 eingezeichnet ist. Dabei tritt in beiden Richtungen des jeweiligen Lagers14 ungefähr 50% des Schmieröls aus, wie mit den Pfeilen in1 eingezeichnet ist. - Das ausgetretene Schmieröl wird von der Ölschleuderkante
20 von der Turbowelle12 weggeschleudert und in dem gegenüberliegenden Ölauffangraum22 des Turboladergehäuses10 aufgefangen und nach unten zu dem Absatz der Welle12 abgeführt. Ein Ölübertritt zur Turbine bzw. zum Turbinenrad24 ist dabei trotz der vorgesehenen Kolbenringe26 bei ungünstigen Druckverhältnissen leicht möglich mit den bekannten Folgen, wie der Verschmutzung von Russpartikelfilter und Katalysator. - Um diesen Schmierölübertritt zu verhindern oder zumindest einzuschränken wird ein Turboladergehäuse
100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wie es in2 dargestellt ist. - Das Turboladergehäuse
100 weist dabei zunächst ebenfalls beispielsweise zwei Radiallager14 auf jeder Seite der Turbowelle12 auf. Über einen Ölzufluss16 wird dem jeweiligen Lager14 Schmieröl zugeführt. An der Außenseite des einen Radiallagers14 ist dabei ein erhöhter Absatz28 ausgebildet, wie in2 gezeigt ist. Dieser Absatz28 kann entsprechend auch auf der anderen Seite bei dem anderen Radiallager (nicht dar gestellt) vorgesehen werden. Dies gilt für alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen. - Der erhöhte Absatz
28 bildet dabei mit dem Turboladergehäuse10 einen schmalen Spalt30 aus an seinem vorderen Ende. Der Spalt30 ist dabei zumindest teilweise oder vollständig umlaufend und bildet eine Öldrossel32 . Dies bewirkt, dass der Hauptteil des Schmieröls, beispielsweise 70%, nicht in Richtung Turbinenrad austritt sondern in die entgegengesetzte Richtung, wie mit den Pfeilen in2 eingezeichnet ist. Lediglich beispielsweise 30% des Schmieröls wandern zu bzw. durch den Spalt30 . Die Angaben von 70% und 30% sind dabei lediglich beispielhaft. - Im Anschluss an diesen Spalt
30 ist in dem Turboladergehäuse100 , wie in2 dargestellt ist, eine Aussparung34 vorgesehen, um einen Raum36 zu bilden zur Aufnahme eines Entspannungsvolumens von Schmieröl. Dabei kann zusätzlich auch eine entsprechende Vertiefung (nicht dargestellt) in dem Absatz28 vorgesehen werden. Alternativ kann auch statt der Aussparung34 nur die Vertiefung (nicht dargestellt) in dem Absatz vorgesehen werden, um einen Raum für ein Entspannungsvolumen zu bilden. - Zusätzlich ist eine Schmierölführung bzw. ein Ölablauf
38 in dem Turboladergehäuse10 vorgesehen, aus der das Schmieröl, das beispielsweise in der Aussparung34 gesammelt wurde, geeignet abfließen kann, ohne dabei zu der Turbine bzw. dem Turbinenrad24 überzutreten. - Im Anschluss an die Aussparung
34 ist der ölauffangraum40 vorgesehen, in dem Schmieröl das bis zu diesem Bereich an dem Absatz28 gelangt und von der Welle12 weggeschleudert wird aufgefangen werden kann. Gegenüberliegend dem Ölauffangraum40 ist eine Vertiefung46 in dem Absatz28 ausgebildet, in der das in dem Ölauffangraum40 aufgefangene Schmieröl aufgenommen werden kann und dadurch nicht direkt in Richtung des Turbinenrads24 weitergeleitet wird. Im Anschluss an den Öl auffangraum40 ist eine Kolbendichtungsanordnung auf dem Absatz vorgesehen, an der beispielsweise zwei Kolbendichtungen42 vorgesehen sind. - Durch die gezielte Führung des Schmieröls, das aus der Lagerung
14 abfließt, hier in2 beispielsweise über den Öldrosselspalt30 und die Aussparung34 und die Führung38 zum Ablassen des Schmieröls in dem Turboladergehäuse100 , kann effizient verhindert werden, dass große Mengen an Öl an die Kolbenringabdichtung42 gelangen können und dabei zu der Turbine bzw. dem Turbinenrad24 bei ungünstigen Druckverhältnissen übertreten können. - Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turboladergehäuses
100 ist in3 schematisch und stark vereinfacht dargestellt. - In dem Turboladergehäuse
100 ist dabei ebenfalls eine Welle12 drehbar mittels Radiallagern14 gelagert. Die Schmierölzuführung zum Zuführen von Schmieröl zu den Lagern14 ist dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden. Wie in der ersten Ausführungsform ist an der Außenseite des Lagers14 ein erhöhter Absatz28 vorgesehen. Der Absatz28 bildet dabei mit seinem vorderen Ende einen Spalt30 , der zumindest teilweise oder vollständig umlaufen ausgebildet ist, wobei in dem Spalt30 wenigstens ein Dichtungselement44 vorgesehen ist, um eine Öldrossel zu bilden. Das Dichtungselement44 kann dabei eine Kolbenringdichtung sein. - Im Anschluss an den Spalt
30 ist der Ölauffangraum40 vorgesehen, wobei gegenüberliegend dem Ölauffangraum40 eine entsprechende Vertiefung46 in dem Absatz28 vorgesehen ist. Die Vertiefung46 kann dabei ebenfalls teilweise oder vollständig umlaufen ausgebildet sein. Gelangt ein Teil des Schmieröls trotz der Öldrossel32 in diesen Bereich des Absatzes28 , so kann das Schmieröl zwar von dem Absatz28 weggeschleudert und in dem Ölauffangraum40 aufgefangen werden. Das Schmieröl wird jedoch zurückgeführt und gelangt dabei in die dem Auf nahmeraum40 zumindest teilweise oder vollständig gegenüberliegende Vertiefung46 auf dem Absatz28 . Durch die Vertiefung46 in dem Absatz28 der Welle12 wird es dem Schmieröl erheblich erschwert seitlich auszutreten und über eine nachfolgende Kolbenringdichtung42 in den Turbinenbereich bzw. zum Turbinenrad24 hin einzudringen. Eine Schmierölzuführung16 sowie eine Schmierölabführung bzw. ein Ölablauf38 , wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. - Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
- Insbesondere können die vorliegenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Turboladergehäuses
10 auch miteinander kombiniert werden. Insbesondere können einzelne Merkmale der beiden Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. - So kann beispielsweise in der zweiten Ausführungsform statt der Vertiefung
46 oder zusätzlich zu der Vertiefung46 der Aufnahmeraum36 bzw. die Aussparung34 der ersten Ausführungsform vorgesehen werden. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, beispielsweise den Aufnahmeraum36 zusätzlich in der zweiten Ausführungsform vorzusehen, wobei wahlweise davor und/oder dahinter wenigstens eine oder mehrere Dichtungen vorgesehen werden können. - Des Weiteren kann die Öldrossel
32 in Form eines Spalts30 ohne zusätzliche Dichtung44 , gemäß der ersten Ausführungsform auch bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen werden. Dabei kann diese Form der Öldrossel32 der ersten Ausführungsform zusätzlich oder alternativ zu der Öldrossel32 der zweiten Ausführungsform vorgesehen werden. Umgekehrt kann auch die Öldrossel32 mittels Dichtung44 der zweiten Ausfüh rungsform auch bei der ersten Ausführungsform vorgesehen werden und zwar alternativ oder zusätzlich. - Außerdem kann bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen neben zwei Kolbenringdichtungen
42 am Ende vor dem jeweiligen Laufrad, wie in den2 und3 dargestellt ist, auch nur eine Kolbenringdichtung42 oder mehr als zwei Kolberingdichtungen42 vorgesehen werden. Grundsätzlich kann aber auch eine andere Dichtung angeordnet werden, die geeignet ist einen Durchtritt an Schmieröl im Wesentlichen zu verhindern oder zumindest zu unterdrücken. - Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung und die beiden Ausführungsformen nicht darauf beschränkt, den Übertritt von Schmieröl in die Turbine zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern. Grundsätzlich kann das Tuboladergehäuse
10 auf der Seite der Turbine und/oder des Verdichters mit einer Öldrossel32 versehen sein. Die beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie sie in den2 und3 gezeigt sind, lassen sich ebenso auf den Verdichter bzw. die Verdichterseite übertragen. Dies gilt auch für die zuvor beschriebenen Kombinationen der ersten und zweiten Ausführungsform.
Claims (11)
- Turbolader mit einem Turboladergehäuse (
100 ), mit: einer Durchtrittsöffnung für eine Welle (12 ), – wobei die Welle (12 ) drehbar mittels einer Lageranordnung (14 ) in dem Gehäuse (100 ) gelagert ist, wobei zur Schmierung der Lager (14 ) Schmieröl zugeführt wird, und – wobei ein Abschnitt (28 ) der Welle (12 ) an der Außenseite zumindest eines Lagers (14 ) vorgesehen ist, der mit dem Gehäuse (100 ) einen Spalt (30 ) bildet, der als Schmieröldrossel (32 ) ausgebildet ist, um einen Durchtritt von Schmieröl von Seiten des Lagers (14 ) zumindest zu reduzieren. - Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (
30 ) eine Spalthöhe aufweist, die geeignet ist einen Schmierölfluss zu drosseln. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt (
30 ) wenigstens ein Dichtelement (42 ,44 ) angeordnet ist, um einen Öldurchtritt zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung (
46 ) in dem Absatz (28 ) der Welle (12 ) vorgesehen ist, wobei die Vertiefung (46 ) im Anschluss an den Spalt (30 ) angeordnet ist und zur Aufnahme von Schmieröl dient, welches durch die Öldrossel (32 ) gelangt. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (
34 ) in dem Gehäuse (10 ) im Anschluss an den Spalt (30 ) angeordnet ist und das Gehäuse (10 ) und die Welle (12 ) einen Raum (36 ) bilden. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (
30 ) zumindest teilweise oder vollständig umlaufen ausgebildet ist. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (
30 ) auf der Seite der Welle (12 ) angeordnet ist, an der das Turbinenrad (24 ) und/oder das Verdichterrad befestigt ist. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfluss (
38 ) für das Schmieröl der Lageranordnung (14 ) in dem Gehäuse (10 ) vorgesehen ist. - Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ölfangraum (
40 ) gegenüber dem Absatz (28 ) der Welle (12 ) angeordnet ist. - Turbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Welle (
12 ) die Vertiefung (46 ) in dem Absatz (28 ) gegenüber dem Ölfangraum (40 ) vorgesehen ist. - Fahrzeug mit einem Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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