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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere
einen Abgasturbolader, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Dichtring für eine Verdichterseite
einer derartigen Ladeeinrichtung.
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Die
Abdichtung des Rotors in einer Ladeeinrichtung wird üblicherweise
mittels Wellendichtringen aus Metall bewirkt. Diese Wellendichtringe
sind separate Bauteile, die in einem Lagergehäuse der Ladeeinrichtung anliegen
und in einer Nut in der Welle bzw. einem Dichtringträger laufen.
Ein oder mehrere Wellendichtringe werden dabei auf einer Turbinen- und
einer Verdichterseite verwendet. Bei der Montage der Dichtringe
werden diese zunächst über einen Konus
geweitet, auf die Welle aufgeschoben und in die entsprechende Nut
eingebracht. Bei zwei oder mehr Wellendichtringen ist die Montage
entsprechend schwieriger, wobei es dann zu Beschädigungen kommen kann. Die Dichtringe
selbst und die entsprechenden Anlageflächen an der Welle sind darüber hinaus äußerst präzise zu
fertigen, um die hohen Dichtigkeitsanforderungen erfüllen zu
können.
Nachteilig bei dem bekannten Dichtkonzept ist dabei, dass dieses
aufgrund der engen Fertigungstoleranzen der Einzelteile und der
aufwändigen
Montage äußerst teuer
ist. Zudem stößt das bekannte
Dichtkonzept hinsichtlich der Dichtheitsanforderungen bereits an seine
Grenzen, so dass aufgrund von stetig schärfer werdenden Emissionsgesetzgebungen
erhöhte Dichtheitsanforderungen
in der Zukunft mit dem bisher bekannten Dichtkonzept nicht mehr
erfüllt
werden können.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, bei welcher insbesondere ein kostengünstigeres Dichtkonzept verwirklicht
wird.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken auf einer
Verdichterseite einer Ladeeinrichtung, beispielsweise eines Abgasturboladers,
Dichtringe aus Kunststoff vorzusehen, welche im Vergleich zu aus
Metall gefertigten Wellendichtringen eine erhöhte Dichtwirkung bei gleichzeitig reduzierten
Kosten versprechen. Die Ladeeinrichtung weist dabei eine in üblicher
Weise in einem Lagergehäuse
gelagerte Welle auf, die verdichterseitig ein Verdichterrad und
turbinenseitig ein Turbinenrad trägt. Zumindest auf der Verdichterseite
der Ladeeinrichtung sind dabei ein drehfest mit der Welle verbundener
Dichtringträger
und ein drehfest mit dem Lagergehäuse verbundener Lagergehäusedeckel
vorgesehen, zwischen welchen zumindest ein erfindungsgemäßer Dichtring
aus Kunststoff angeordnet ist. Dieser Dichtring wird landläufig auch
als sogenannter Wellendichtring bezeichnet. Die vorgeschlagene Lösung ist
dabei kostengünstig
aufgrund der verringerten Anforderungen an die Toleranzen, da ein
notwendiges Spiel durch ein Schwinden des Kunststoffes bzw. durch
ein nachgelagertes Einlaufen bewirkt werden können. Die bisher bei Dichtringen
aus Metall erforderlichen engen Bauteiltoleranzen, welche für das Einstellen
der engen Spiele notwendig waren, können durch die Dichtringe aus Kunststoff
aufgeweitet werden, so dass auch die den wenigstens einen Dichtring
umgebenden Bauteile, das heißt
beispielsweise der Dichtringträger
und der Lagergehäusedeckel
mit geringeren Toleranzen und damit kostengünstiger hergestellt werden
können. Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtringe besteht darin,
dass eine Abdichthöhe
größer gewählt werden
kann, als dies beispielsweise bei Dichtringen aus Stahl aufgrund
deren begrenzten Aufbiegung bei der Montage möglich ist. Darüber hinaus
ist es bei den erfindungsgemäßen Dichtringen
aufgrund des Werkstoffes möglich,
eine Dichtgeometrie nahezu frei zu wählen, so dass insbesondere
auch zu einer Drehachse der Welle schräge, runde und insbesondere
nicht rechtwinkelige Dichtflanken hergestellt werden können.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist
der Kunststoff für
den wenigstens einen Dichtring ein thermoplastischer Kunststoff,
wie beispielsweise ein Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon
(PEEK), Polyimid (PI), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherimid
(PEI). Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten
Temperaturbereich einfach verformen lassen. Dieser Vorgang ist dabei
reversibel, das heißt
er kann durch Abkühlung
und Wiedererwärmung
bis in den schmelzflüssigen
Zustand nahezu beliebig oft wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung die
sogenannte thermische Zersetzung des Materials einsetzt. Thermoplaste
können
dabei im Spritzgießverfahren
und im Extrusionsverfahren verarbeitet werden und ermöglichen
dadurch eine kostengünstige
Herstellung der mit diesem Verfahren gefertigten Bauteile. Ein Polyetheretherketon
ist ein hochtemperaturbeständiger,
thermoplastischer Kunststoff, dessen Schmelztemperatur bei ca. 335°C liegt.
Die weiteren aufgezählten
thermoplastischen Kunststoffe verfügen dabei über ähnliche, insbesondere hinsichtlich
der Temperatur ähnliche,
Eigenschaften und erlauben somit einen Einsatz derartiger Dichtringe
auf einer Verdichterseite der Ladeeinrichtung, die üblicherweise
eine deutlich geringere Temperatur aufweist als die Turbinenseite.
Generell ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Dichtringe auch auf der
Turbinenseite der Ladeeinrichtung vorstellbar, sofern die für die Dichtringe
eingesetzten Kunststoffe die hohen Abgastemperaturen über lange
Zeit problemlos ertragen können.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist
der Kunststoff für den
wenigstens einen Dichtring zumindest eine reibungsmindernde Beimischung,
wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, Graphit oder Molybdändisulfid auf.
Ein derartiges Molybdändisulfid
wird bereits heutzutage häufig
Schmierölen
beigemengt, um eine Verbesserung der Gleitfähigkeit zu erreichen. Dies führt neben
einer längeren
Lebensdauer von Maschinenbauteilen auch zur Schadensvorbeugung bei plötzlich totalen Ölverlusten.
In gleicher Weise wirkt ein derartiger Molybdändisulfid-Zusatz bei Kunststoffen,
deren Reibung damit vermindert werden kann. In gleicher Weise wirkt
auch eine Beimischung an Polytetrafluorethylen.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Ladeeinrichtung gemäß dem Stand
der Technik zur Verdeutlichung der Lage der Dichtringe,
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2 eine
Detaildarstellung mit den erfindungsgemäßen Dichtringen,
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3 eine
Darstellung wie in 2, jedoch mit einem anders profilierten
Dichtring,
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4 ein
Dichtring mit schräg
zu einer Wellenachse verlaufenden Dichtflanken.
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Entsprechend
der 1, weist eine Ladeeinrichtung 1, welche
beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet sein kann, eine in
einem Lagergehäuse 2 gelagerte
Welle 3 auf, welche verdichterseitig ein Verdichterrad 4 und
turbinenseitig ein Turbinenrad 5 trägt. Auf der Verdichterseite
sind dabei ein drehfest mit der Welle 3 verbundener Dichtringträger 6 und
ein drehfest mit dem Lagergehäuse 2 verbundener
Lagergehäusedeckel 7 vorgesehen.
Zwischen dem Dichtringträger 6 und
dem Lagergehäusedeckel 7 sind
dabei gemäß dem Stand
der Technik zumindest zwei, üblicherweise
aus Metall ausgebildete, Wellendichtringe 8 vorgesehen.
Die Wellendichtringe 8 haben dabei nichts mit der Erfindung
zu tun, so dass die gesamte 1 lediglich
zur Verdeutlichung der Lage eines erfindungsgemäß angeordneten Dichtrings 9,
wie er gemäß den 2 bis 4 dargestellt
ist, dienen soll.
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Erfindungsgemäß ist nun
zwischen dem Dichtringträger 6 und
dem Lagergehäusedeckel 7 zumindest
ein erfindungsgemäßer Dichtring 9 aus Kunststoff
vorgesehen (vgl. 2 bis 4). Dieser wenigstens
eine Dichtring 9 ist dabei vorzugsweise drehfest mit dem
Lagergehäusedeckel 7 und
drehbar in Bezug auf den Dichtringträger 6 ausgebildet.
Wie den 2 bis 4 dabei
zu entnehmen ist, sind am Dichtringträger 6 zwei Umfangsnuten 10 und 10' angeordnet,
in welche der wenigstens eine Dichtring 9 eingreift. Zwischen
den beiden Umfangsnuten 10 und 10' ist dabei eine Erhebung 11 vorgesehen,
welche vom Dichtring 9 umgriffen wird. Demgegenüber ist
am Lagergehäusedeckel 7 ebenfalls
eine Erhebung 11' vorgesehen,
welche vom Dichtring 9 umgriffen wird. Die Erhebung 11 bzw. 11' kann dabei
als radial abstehender Kragen ausgebildet sein.
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Für den Dichtring 9 wird
dabei ein thermoplastischer Kunststoff, wie beispielsweise ein Polyphenylensulfid,
ein Polyetheretherketon, ein Polyimid, ein Polyaryletherketon oder
ein Polyetherimid verwendet, welche üblicherweise Temperaturen von über 300°C problemlos über lange
Zeit ertragen. Da der wenigstens eine Dichtring 9 vorzugsweise
ausschließlich
auf der Verdichterseite der Ladeeinrichtung 1 angeordnet
ist, sind die vom Kunststoff ertragbaren Temperaturen ausreichend,
um eine Abdichtung auch über
lange Zeit gewährleisten
zu können. Darüber hinaus
kann der Kunststoff für
den wenigstens einen Dichtring 9 verstärkt, insbesondere faserverstärkt, sein,
wobei beispielsweise Glas- oder Kohlefasern zum Einsatz gelangen.
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Um
darüber
hinaus eine Reibung zwischen dem Dichtringträger 6 und dem wenigstens
einen Dichtring 9 reduzieren zu können, kann dem Kunststoff des
Dichtrings 9 ein reibungsmindernder Zusatz beigemischt
sein, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, Graphit oder Molybdändisulfid.
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Mit
dem erfindungsgemäß aus Kunststoff ausgebildeten
Dichtring 9, können
die Anforderungen an die Bauteiltoleranzen erheblich abgesenkt werden,
da ein erforderliches Spiel beispielsweise durch das Schwinden des
Kunststoffes bzw. durch ein nachgelagertes Einlaufen hergestellt
werden kann. Die bisher engen Bauteiltoleranzen, wie sie bei Dichtringen
aus Metall erforderlich waren, können nunmehr
durch das Umspritzen des Dichtringträgers 6 und/oder des
Lagergehäusedeckels 7 mit
dem erfindungsgemäßen Dichtring 9 aufgeweitet
werden, wodurch nicht nur die Dichtringe 9, sondern zugleich auch
der Lagergehäusedeckel 7 und
der Dichtringträger 6 in
Bezug auf deren Toleranzen weiter und damit kostengünstiger
hergestellt werden können. Ein
besonders großer
Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtrings 9 besteht
darüber
hinaus darin, dass eine Abdichthöhe
h (vgl. 4) größer gewählt werden kann, als dies beispielsweise
bei Dichtringen aus Stahl möglich
wäre, da
diese zum Einbringen in die Umfangsnuten 10 bzw. 10' aufgebogen
werden müssen
und dieses Aufbiegen bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf. Darüber hinaus
kann auch die Dichtgeometrie frei gewählt werden, so dass beispielsweise
auch schräg
zur Achse der Welle 3 verlaufende Dichtflanken hergestellt
werden können, wie
dies beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist.
Insbesondere lassen sich auch runde Dichtflanken spritztechnisch
herstellen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Dichtringkonzept
lässt sich
somit insbesondere auf der Verdichterseite einer Ladeeinrichtung 1 eine
deutliche Reduzierung der Herstellkosten erreichen, da einerseits
eine aufwändige
Montage entfällt
und andererseits sowohl an den Bauteilen, das heißt am Lagergehäusedeckel 7 als
auch am Dichtringträger 6 und
am Dichtring 9 selbst geringere Bauteiltoleranzen möglich sind.
Durch das Schwinden nach dem Spritzprozess löst sich dabei der Kunststoff
des Dichtringes 9 vom Dichtringträger 6 und ermöglicht dadurch
ein Verdrehen desselben bezüglich
des Dichtringträgers 6,
so dass der Dichtring 9 prinzipiell passgenau gespritzt werden
kann und durch das anschließende
Schwinden sich das erforderliche Spiel ergibt. Darüber hinaus
passt sich der erfindungsgemäße Dichtring 9 optimal
an die Gegenflächen
an und ermöglicht
dadurch enge Dichtspalte und damit eine hohe Dichtwirkung. Sollte
das Schwinden nach dem Spritzvorgang des Dichtrings 9 zu
gering für
die erforderlichen Spalte sein, so kann dies durch ein nachgeschaltetes
Einlaufen auch nachträglich
noch eingestellt werden. Generell ist dabei die Verwendung derartiger
erfindungsgemäßer Dichtringe 9 bisher
auf die Verdichterseite der Ladeeinrichtung 1 beschränkt, wobei
es selbstverständlich
vorstellbar ist, dass diese Dichtringe 9 auch auf der Turbinenseite
eingesetzt werden können,
sofern sie die dort auftretenden Temperaturen langfristig ertragen
können.