DE102008049250A1 - Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zur Abdichtung der Verdichterseite eines Turboladers - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Welle, auf der ein Verdichterrad angeordnet ist, einer Dichtungsbuchse, die auf der Welle angeordnet ist, einem Lagergehäusedeckel, der radial innerhalb des Lagergehäuses angeordnet ist, einen Verdichterraum von einem Lagergehäuseraum trennt und die Dichtungsbuchse zumindest teilweise umgibt, einem Lagerbund, der auf der Welle angeordnet ist und einem Axiallager, welches im Lagergehäuse fest angeordnet ist, wobei der radial innere Bereich des Axiallagers zwischen einer sich radial erstreckenden Wand des Lagerbundes und einer sich radial erstreckenden Wand der Dichtungsbuchse angeordnet ist, in der eine ringförmige Axialnut ausgebildet ist, die zum Lagergehäusedeckel weist und in die ein axiales Ende eines sich vom Lagergehäusedeckel axial erstreckenden Ringes ragt, an dem angrenzend zum in die Axialnut ragenden Ende eine Radialnut ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zur Abdichtung der Verdichterseite eines Turboladers mit einem derartigen Dichtungssystem.
- Solche Dichtungssysteme dienen dazu, ein Eindringen von für die Schmierung der Turboladerlagerung notwendigem Öl in das Verdichtergehäuse und somit in den Kreislauf der Verbrennungskraftmaschine zu unterbinden.
- Es sind verschiedene Systeme bekannt geworden, mittels derer die Abdichtung verbessert werden soll.
- So wird in der
DE 35 45 082 A1 ein Turbolader beschrieben, bei dem zwischen dem Axiallager und dem Lagergehäusedeckel ein Ölabweisblech im Außenbereich befestigt ist, welches einen Raum zwischen dem Lagergehäusedeckel und dem Axiallager teilt. Öl, welches am Innenumfang des Ölabweisblechs entlang in den Raum zwischen dem Lagergehäusedeckel und dem Ölabweisblech strömt, wird nach außen geschleudert und kann entlang des Lagergehäusedeckels in einen Ölsammelraum geleitet werden. Ein Teil des vom Lagergehäusedeckel tropfenden Öls wird in einer Radialnut der Dichtungsbuchse gesammelt und kann von dort in Richtung Ölsammelraum strömen. Allerdings ist diese Nut unmittelbar neben einem durch einen Kolbenring abgedichteten Spalt zwischen Lagergehäusedeckel und Dichtungsbuchse angeordnet. Insbesondere bei Stillstand des Turboladers besteht die Gefahr, dass die sich ansammelnde Ölmenge nicht direkt in der Nut aufgefangen wird, sondern in diesen Spalt tropft. Dieses Öl kann dann unter Umständen in den Verdichterraum eindringen, so dass eine geringe Leckage weiterhin möglich ist. - Zusätzlich ist aus der
GB 1,045,973 - Aus diesem Grund wird in der
WO 2008/042698 A1 - Entsprechend bestehen bei den bekannten Ausführungen die Nachteile, dass entweder eine Abdichtung des Ölraums gegenüber dem Verdichterraum nicht zuverlässig gesichert ist oder mit erhöhtem Verschleiß zu rechnen ist, wodurch wiederum Leckagen entstehen können.
- Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers zu schaffen, welches sowohl im Betrieb als auch bei Stillstand des Turboladers ein Eindringen von Öl in den Verdichterraum über die gesamte Lebensdauer des Turboladers und in allen Betriebszuständen zuverlässig verhindert und gleichzeitig einen erhöhten Verschleiß vermeidet.
- Diese Aufgabe wird durch ein Dichtungssystem gelöst, welches ein Ölabweisblech aufweist, dessen äußerer Umfang zumindest teilweise zwischen dem Lagergehäusedeckel und dem Axiallager festgeklemmt ist und dessen Innenumfang in eine Radialnut am äußeren Umfang der sich radial erstreckenden Wand der Dichtungsbuchse ragt sowie durch ein Verfahren gelöst, bei dem im Betrieb des Turboladers Öl aus einem Spalt zwischen dem Axiallager und der sich radial erstreckenden Wand der Dichtungsbuchse zunächst in einen Raum zwischen dem Axiallager und dem Ölabweisblech geleitet wird, ein Hauptteil des Öls durch das Ölabweisblech in einen Ölsammelraum im Lagergehäuse des Turboladers geleitet wird, ein Rest des Öls über die Radialnut zwischen dem Ölabweisblech und der Dichtungsbuchse in einen Raum zwischen dem Ölabweisblech und dem Lagergehäusedeckel strömt, der Rest des Öls nach außen in Richtung des Lagergehäusedeckels geschleudert wird und daraufhin vom Lagergehäusedeckel zur Radialnut geleitet wird, von wo aus es in den Ölsammelraum strömt.
- Eine derartige Vorrichtung beziehungsweise ein derartiges Verfahren haben den Vorteil, dass der Hauptölstrom, der zwischen der Dichtungsbuchse und dem Axiallager hindurch tritt, zunächst in einem Raum zwischen dem Ölabweisblech und dem Axiallager gesammelt wird, und von dort über das Ölabweisblech abfließen kann. Die Menge des Öles, die entlang des Spaltes zwischen der Radialnut der Dichtungsbuchse und dem Innenumfang des Ölabweisblechs in den Raum zwischen dem Lagergehäusedeckel und dem Ölabweisblech strömen kann, wird auf diese Weise deutlich reduziert. Somit wird nur eine geringe Ölmenge zum radial außen liegenden Bereich des Lagergehäusedeckels geschleudert und in Richtung der Axialnut der sich axial erstreckenden Wand des Lagergehäusedeckels abgeleitet. Durch die Anordnung und Verwendung des Ölabweisblechs ist diese Menge in jedem Betriebszustand des Turboladers so gering, dass das gesamte Restöl von der Radialnut aufgenommen werden kann und von hier in Richtung des Ölsammelraumes abströmen kann. Somit kann ein Spalt zwischen dem axialen Ende des in die Axialnut der Dichtungsbuchse ragenden Ringes und der Axialnut der Dichtungsbuchse vorgesehen werden, ohne dass ein Eindringen von Öl in diesen Spalt zu erwarten ist. Gleichzeitig wird ein erhöhter Verschließ in diesem Bereich zuverlässig vermieden.
- Vorzugsweise weist die Außenumfangsfläche der sich radial erstreckenden Wand der Dichtungsbuchse an einer zum Axiallager weisenden, an die Radialnut angrenzenden axialen Seite, einen geringeren Durchmesser auf als an einer zum Lagergehäusedeckel weisenden an die Radialnut angrenzenden axialen Seite. Durch diese Ausführung wird die Menge des in den Raum zwischen Lagergehäusedeckel und Ölabweisblech eindringenden Restöls zusätzlich reduziert, da ein Gefälle in Richtung des Raums zwischen Axiallager und Ölabweisblech vorhanden ist.
- In einer weiterführenden Ausführungsform ist zwischen dem Innenumfang des Lagergehäusedeckels und dem Außenumfang des sich axial erstreckenden Teils der Dichtungsbuchse in zwei Nuten der Dichtungsbuchse je ein Kolbenring angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass, selbst bei einem unerwarteten Eindringen von Öl in den Spalt zwischen dem axialen Ende des in die Axialnut der Dichtungsbuchse ragenden Ringes des Lagergehäusedeckels und der Axialnut der Dichtungsbuchse, ein Ölstrom in das Verdichtergehäuse vermieden wird.
- Es wird somit ein Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers und ein Verfahren zur Abdichtung der Verdichterseite eines Turboladers geschaffen, mit denen ein Eindringen von Öl in den Verdichterraum des Turboladers zuverlässig in allen Betriebszuständen vermieden wird und gleichzeitig ein erhöhter Verschleiß ausgeschlossen wird.
- Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungssystems für eine Verdichterseite eines Turboladers ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
- Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines Ausschnitts der Verdichterseite eines Turboladers mit einem erfindungsgemäßen Dichtungssystem in geschnittener Darstellung.
- Der dargestellte Turbolader besteht aus einem Lagergehäuse
2 , in dem eine Welle4 über zwei mit Sicherungsringen5 in ihrer Position festgelegte Radiallager6 , von denen eines in der Figur zu erkennen ist, drehbar gelagert ist. An einem Ende der Welle4 ist ein Verdichterrad8 angeordnet. Am entgegengesetzten, nicht dargestellten Ende der Welle4 ist ein Turbinenläufer angeordnet. - Das Verdichterrad
8 ist in einem Verdichterraum10 angeordnet und von einem Verdichtergehäuse12 umgeben, in welchem ein nicht dargestellter axialer Einlass und ein tangentialer Auslass14 in bekannter Weise ausgebildet sind. Das Verdichtergehäuse12 wird beispielsweise über Spannbänder am Lagergehäuse2 befestigt. - Das Lagergehäuse
2 weist an seinem zum Verdichtergehäuse12 weisenden Ende eine gestufte Bohrung16 auf, in der ein Dichtungssystem18 zur Vermeidung eines Eindringens von Öl in das Verdichtergehäuse12 angeordnet ist. - Dieses Dichtungssystem
18 weist einen Lagergehäusedeckel20 auf, der in der Bohrung16 unter Zwischenlage eines Dichtrings22 in einer ringförmigen Radialnut24 , die am Außenumfang des Lagergehäusedeckels20 ausgebildet ist, mittels eines Sicherungsringes26 befestigt ist. Der Sicherungsring26 wird in eine im Lagergehäuse2 ausgebildete Innenumfangsnut28 geklemmt und drückt auf diese Weise den Lagergehäusedeckel20 gegen einen Absatz30 des Lagergehäuses2 , wodurch der Lagergehäusedeckel20 im Lagergehäuse2 fixiert wird. - An seinem radial inneren Bereich ist am Lagergehäusedeckel
20 ein sich axial erstreckendender Ring32 ausgebildet, der einen sich axial erstreckenden Bereich33 einer Dichtungsbuchse34 radial umgibt. Am Außenumfang des sich axial erstreckenden Bereiches33 der Dichtungsbuchse34 sind zwei ringförmige Radialnuten36 ausgebildet, in denen jeweils ein Kolbenring38 angeordnet ist, wobei unter ringförmiger Radialnut im Folgenden jeweils eine Nut zu verstehen ist, die in radialer Richtung ausgebildet ist und sich über einen Umfang erstreckt. Entsprechend wird im Folgenden unter ringförmiger Axialnut eine Nut verstanden, die in axialer Richtung ausgebildet ist und sich über einen Umfang erstreckt. Die Kolbenringe38 dienen zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem sich axial erstreckenden Ring32 des Lagergehäusedeckels20 und dem sich axial erstreckenden Bereich33 der Dichtungsbuchse34 . - Die Dichtungsbuchse
34 ist fest auf der Welle4 angeordnet und dreht sich mit dieser mit. An den sich axial erstreckenden Bereich der Dichtungsbuchse34 schließt sich eine sich radial erstreckende Wand40 der Dichtungsbuchse34 an, deren erste axial begrenzende Wandfläche zum Lagergehäusedeckel20 gewandt ist und deren zweite axial begrenzende Wandfläche zu einem Axiallager42 gewandt ist. An einer Außenumfangsfläche52 dieser sich radial erstreckenden Wand40 ist eine Radialnut44 ausgebildet, in die ein radialer Innenumfang46 eines Ölabweisblechs48 ragt. Ein äußerer Umfang50 des Ölabweisblechs48 ist zwischen dem Lagergehäusedeckel20 und dem Axiallager42 festgeklemmt. - Die Außenumfangsfläche
52 der sich radial erstreckenden Wand40 der Dichtungsbuchse34 weist an der zum Axiallager42 gelegenen Seite einen geringeren Durchmesser auf als an der zur Radialnut44 entgegengesetzten, zum Lagergehäusedeckel20 weisenden Seite. - Zusätzlich ist an der zum Lagergehäusedeckel
20 weisenden Seite der sich radial erstreckenden Wand40 der Dichtungsbuchse34 eine ringförmige Axialnut54 ausgebildet, in die ein axiales Ende56 des sich axial erstreckenden Ringes32 des Lagergehäusedeckels20 ragt. Die Axialnut54 wird von dem axialen Ende56 des sich axial erstreckenden Ringes32 weitestgehend ausgefüllt, wobei ein Spalt zwischen den Innenwänden der Axialnut54 und den Außenwänden des sich axial erstreckenden Ringes32 verbleibt. An das axiale Ende56 des sich axial erstreckenden Ringes32 schließt sich eine Radialnut58 an, die auf der Außenumfangsfläche sich axial erstreckenden Ringes32 ausgebildet ist. Diese Radialnut58 geht in eine im Wesentlichen vertikal zur Drehachse verlaufende Wand60 des Lagergehäusedeckels20 über. - Die Dichtungsbuchse
34 liegt mit ihrem zum Verdichterrad8 entgegengesetzten Ende gegen einen Lagerbund62 an, der ebenfalls fest auf der Welle4 angeordnet ist und mit dieser rotiert. Der Lagerbund62 weist ebenfalls eine im Wesentlichen axiale Erstreckung auf und liegt an seiner gegenüberliegenden Seite gegen einen Absatz64 der Welle4 an. In diesem Bereich weist der Lagerbund62 eine sich radial erstreckende Wand66 auf, so dass zwischen der Wand66 des Lagerbundes62 und der sich radial erstreckenden Wand40 der Dichtungsbuchse34 ein Zwischenraum entsteht, in welchem ein radial innerer Bereich64 des Axiallagers42 angeordnet ist. Dieses Axiallager42 weist zu den sich radial erstreckenden Wänden40 ,66 weisende Schmierflächen auf, die eine Drehung der Dichtungsbuchse34 beziehungsweise des Lagerbundes62 gegenüber dem Axiallager42 ermöglichen, welches mit seinem radial äußeren Bereich67 zwischen dem Ölabweisblech48 und einem Absatz68 im Lagergehäuse2 festgeklemmt ist. Zur Erzeugung der Schmierflächen sind geringfügige Spalten70 zwischen dem Axiallager42 und den sich radial erstreckenden Wänden40 ,66 ausgebildet. - Über im Lagergehäuse
2 angeordnete Bohrungen72 werden die Radiallager6 sowie das Axiallager42 mit Öl zur Schmierung der Lager6 ,42 versorgt. Dieses Öl gelangt über die Spalten70 durch den im Betrieb des Turboladers entstehenden Öldruck in einen Raum74 zwischen dem Ölabweisblech48 und dem Axiallager42 . Der Hauptteil dieses Öles wird über das Ölabweisblech48 in einen nicht dargestellten geodätisch tiefer liegenden nicht dargestellten Ölsammelraum des Lagergehäuses2 abgeleitet. Eine Restmenge des Öls tropft in die Radialnut44 . Bei Betrieb des Turboladers wird diese Restölmenge nach außen geschleudert, so dass ein Teil in einen Raum76 zwischen Ölabweisblech48 und Lagergehäusedeckel20 gefördert wird. Insbesondere bei Stillstand des Turboladers wird der größte Teil dieser Ölmenge aufgrund des geringeren Durchmessers der Außenumfangsfläche52 an der zum Axiallager42 gelegenen Seite im Vergleich zur zur Radialnut44 entgegengesetzten Seite wiederum zum Ölsammelraum gelangen. - Das im Betrieb in den Raum
76 gelangende Öl fließt zum größten Teil entlang der zum Ölabweisblech48 gerichteten und entsprechend ausgeformten Innenwände60 ,78 des Lagergehäusedeckels20 ebenfalls in den Ölsammelraum ab oder gelangt über die Innenwände60 ,78 in die Radialnut58 , von wo aus es ebenfalls zum Ölsammelraum abgeführt wird. - Wird der Turbolader nach dem Eindringen von Öl in den Raum
76 beziehungsweise auf die zum Lagergehäusedeckel20 weisende Umfangsfläche52 abgestellt, fließt dieses Öl entweder in Richtung der Radialnut44 oder in Richtung der Radialnut58 , von wo es wiederum in den Ölsammelraum abgeführt wird. Durch die vorhandene Ausbildung der Radialnuten44 ,58 sowie der Anordnung des Ölabweisblech48 wird sichergestellt, dass die in der Nut58 vorhandene Ölmenge immer so gering bleibt, dass ein Eindringen in den Spalt zwischen der Axialnut54 der Dichtungsbuchse34 und dem sich axial erstreckenden Ring32 des Lagergehäusedeckels20 verhindert wird, da die Füllhöhe der Radialnut58 immer unterhalb des Spaltes ist. Sollte dennoch Öl in den Spalt eindringen, wird dieses durch die Kolbenringe38 daran gehindert, in den Verdichterraum10 einzudringen. - Das vorliegende Dichtungssystem ist entsprechend geeignet, ein Eindringen von Öl aus dem Lagergehäuseraum in den Verdichterraum zuverlässig zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende Schmierung sicherzustellen, wobei durch die vorgesehenen Spalte zwischen den sich drehenden Teilen und den feststehenden Teilen ein größerer Verschleiß ausgeschlossen wird, so dass eine hohe Lebensdauer sichergestellt werden kann.
- Es sollte deutlich sein, dass geringfügige Änderungen innerhalb des Hauptanspruches denkbar sind. So kann beispielsweise die Teilung der Dichtungsbuchse und des Lagerbundes in anderer Weise erfolgen oder die Form der Innen- und Außenwände des Lagergehäusedeckels geändert werden.
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3545082 A1 [0004]
- - GB 1045973 [0005]
- - WO 2008/042698 A1 [0006]
Claims (4)
- Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Welle, auf der ein Verdichterrad angeordnet ist, einer Dichtungsbuchse, die auf der Welle angeordnet ist, einem Lagergehäusedeckel, der radial innerhalb des Lagergehäuses angeordnet ist, einen Verdichterraum von einem Lagergehäuseraum trennt und die Dichtungsbuchse zumindest teilweise umgibt, einem Lagerbund, der auf der Welle angeordnet ist und einem Axiallager, welches im Lagergehäuse fest angeordnet ist, wobei der radial innere Bereich des Axiallagers zwischen einer sich radial erstreckenden Wand des Lagerbundes und einer sich radial erstreckenden Wand der Dichtungsbuchse angeordnet ist, in der eine ringförmige Axialnut ausgebildet ist, die zum Lagergehäusedeckel weist und in die ein axiales Ende eines sich vom Lagergehäusedeckel axial erstreckenden Ringes ragt, an dem angrenzend zum in die Axialnut ragenden Ende eine Radialnut ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungssystem ein Ölabweisblech (
48 ) aufweist, dessen äußerer Umfang (50 ) zumindest teilweise zwischen dem Lagergehäusedeckel (20 ) und dem Axiallager (42 ) festgeklemmt ist und dessen Innenumfang (46 ) in eine Radialnut (44 ) an einer Außenumfangsfläche (52 ) der sich radial erstreckenden Wand (40 ) der Dichtungsbuchse (34 ) ragt. - Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (
52 ) der sich radial erstreckenden Wand (40 ) der Dichtungsbuchse (34 ) an einer zum Axiallager (42 ) weisenden, an die Radialnut (44 ) angrenzenden axialen Seite einen geringeren Durchmesser aufweist als an einer zum Lagergehäusedeckel (20 ) weisenden an die Radialnut (44 ) angrenzenden axialen Seite. - Dichtungssystem für die Verdichterseite eines Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Innenumfang des Lagergehäusedeckels (
20 ) und dem Außenumfang des sich axial erstreckenden Bereiches (33 ) der Dichtungsbuchse (34 ) in zwei ringförmige Radialnuten (36 ) der Dichtungsbuchse (34 ) je ein Kolbenring (38 ) angeordnet ist. - Verfahren zur Abdichtung der Verdichterseite eines Turboladers mit einem Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Turboladers Öl aus einem Spalt (
70 ) zwischen dem Axiallager (42 ) und der sich radial erstreckenden Wand (40 ) der Dichtungsbuchse (34 ) zunächst in einen Raum (74 ) zwischen dem Axiallager (42 ) und dem Ölabweisblech (48 ) geleitet wird, ein Hauptteil des Öls durch das Ölabweisblech (48 ) in einen Ölsammelraum im Lagergehäuse (2 ) des Turboladers geleitet wird, ein Rest des Öls über die Radialnut (44 ) zwischen dem Ölabweisblech (48 ) und der Dichtungsbuchse (34 ) in einen Raum (76 ) zwischen dem Ölabweisblech (48 ) und dem Lagergehäusedeckel (20 ) strömt, der Rest des Öls nach außen in Richtung des Lagergehäusedeckels (20 ) geschleudert wird, und daraufhin vom Lagergehäusedeckel (20 ) zur Radialnut (58 ) des Lagergehäusedeckels (20 ) geleitet wird, von wo aus es in den Ölsammelraum strömt.
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