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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kunststoffverdichtergehäuse
mit zwei Gehäuseteilen, die zur druckdichten Abdichtung
eines Gehäuseinnenraums über eine Schweißnaht
miteinander verschweißt sind.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 103 14 209
B3 ist ein Radialverdichter als Teil eines Abgasturboladers
bekannt, der aus zwei schalenförmigen Gehäuseteilen
zusammengesetzt ist, welche aus einem Duroplast-Kunststoff gefertigt
sind. In dem Gehäuse wird von dem Verdichter ein Überdruck
erzeugt, mit dem die Verbrennungsluft den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt
wird. Um dem Überdruck in der Größenordnung
bis zu 1 bar oder mehr Stand zu halten, ist es erforderlich, die
Gehäuseteile fest miteinander zu verbinden, was bei der
DE 103 14 209 B3 mithilfe
eines Klebstoffs oder, gemäß alternativer Ausführung, eines
thermoplastischen Kunststoffs in einem die Gehäuseteile
verbindenden Labyrinthsystem durchgeführt wird. Nach dem
Aushärten des Klebstoffs bzw. thermoplastischen Kunststoffs
ist eine starre Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen
gegeben. Das Verkleben der Gehäuseteile erfordert jedoch
einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand.
Das Labyrinthsystem ist außerdem konstruktiv aufwändig herzustellen.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Kunststoffverdichtergehäuse
druckdicht auszubilden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das
erfindungsgemäße Kunststoffverdichtergehäuse
wird bevorzugt zur Aufnahme eines Verdichters, beispielsweise eines
Radialverdichters, insbesondere im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt,
um die herangeführte Verbrennungsluft auf einen erhöhten
Ladedruck zu verdichten, unter dem die Verbrennungsluft den Zylindern
der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Das
Kunststoffverdichtergehäuse besteht aus zwei Gehäuseteilen,
die zur druckdichten Abdichtung des das Verdichterrad aufnehmenden
Gehäuseinnenraums über eine Schweißnaht
miteinander verschweißt sind. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die beiden Gehäuseteile über
eine zusätzliche, umlaufende Flüssigkeitsdichtung
abgedichtet sind, die zwischen den Gehäuseteilen angeordnet ist.
Man erhält auf diese Weise eine doppelte Abdichtung zwischen
Innen- und Außenseite, nämlich zum einen über
die Schweißnaht und zum andern über die Flüssigkeitsdichtung,
wobei beide Dichtungen zwischen den Gehäuseteilen wirksam
sind, jedoch ohne das Auftreten einer Dichtungsreaktionskraft gegenüber
dem Einsatz einer Feststoffdichtung, welche in diesem Anwendungsfall
die Schweißnaht nachteilig zusätzlich belasten
würde.
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Auf
Grund der doppelten Abdichtung wird eine zusätzliche Sicherheit
gegen unerwünschten Druckverlust für den Fall
erzielt, dass insbesondere die Schweißnaht auf Grund äußerer
Einflüsse wie Stöße, Vibrationen oder
thermischer Einflüsse oder wegen Fertigungsfehler undicht
ist, was ohne die zweite Dichtung zu einem Druckverlust im Gehäuseinneren
führen würde. Insbesondere Relativbewegungen zwischen
den Gehäuseteilen, die bei der Montage bzw. Demontage des
Verdichters oder im laufenden Betrieb durch mechanische Einwirkungen auftreten,
können zu Mikrorissen in der ausgehärteten Schweißnaht
führen und damit zur Undichtigkeit der Schweißnaht.
Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass über
die gegenüberliegenden Randbereiche der Gehäuseteile
gesehen eine verhältnismäßig große
Hebelwirkung im Falle des Anhebens eines Gehäuseteils an
einem Randbereich auftritt, die zu einer starken Beanspruchung der
Schweißnaht führt und dadurch die Gefahr von Mikrorissen
erhöht. Gerade beim Einsatz von hoch gefüllten
Hochleistungsthermoplasten fallen bekannterweise die Schweißnahtfestigkeiten
geringer aus, gegenüber niedrig gefüllten Standardthermoplasten,
beispielsweise Polyamid, was die Gefahr von Mikrorissen deutlich
erhöht. Auf Grund der zusätzlich vorgesehenen
Flüssigkeitsdichtung ist aber auch im Falle der Undichtigkeit
der Schweißnaht gewährleistet, dass der Gehäuseinnenraum
gegenüber der Umgebung druckdicht separiert ist.
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Da
die Flüssigkeitsdichtung im Unterschied zur Schweißnaht
auf Grund ihrer zähflüssigen Konsistenz bei Relativbewegungen
zwischen den Gehäuseteilen keine Schwächung oder
Beeinträchtigung erfährt, ist die Dichtigkeit
auch in Situationen gewährleistet, in denen die Schweißnaht
durch mechanische Beanspruchung undicht wird. Die Flüssigkeitsdichtung
behält ihre Wirkung bei, auch wenn die Dichtpartner im
Bereich der Flüssigkeitsdichtung ihre Relativposition zueinander
verändern. Die Flüssigkeitsdichtung ist in der
Lage, die im Betrieb auftretenden Drücke im Gehäuseinneren
auch ohne die Schweißnaht aufzunehmen.
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In
einer zweckmäßigen Ausführung besteht die
Flüssigkeitsdichtung aus Silikon, das eine hohe Elastizität
aufweist, so dass eventuelle Relativbewegungen zwischen den Gehäuseteilen
problemlos von der Silikondichtung ohne Schädigung überstanden werden.
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Die
Flüssigkeitsdichtung ist gemäß vorteilhafter
Ausführung mit Abstand zur Schweißnaht angeordnet,
so dass zwischen der Flüssigkeitsdichtung und der Schweißnaht
eine zusätzliche Kontaktfläche zwischen den einander
benachbarten Gehäuseteilwandungen ausgebildet ist. In den
Bereich dieser Kontaktfläche kann sich ggf. Material der
Flüssigkeitsdichtung ausbreiten, insbesondere durch den mechanischen
Druck, der durch das Eintauchen einer Gehäuseteilwandung
in die Flüssigkeitsdichtung entsteht.
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Gegebenenfalls
treten auch Kapillarwirkungen auf, insbesondere bei höheren
Temperaturen, die eine Herabsetzung der Zähigkeit der Flüssigkeitsdichtung
bewirken, so dass Material der Flüssigkeitsdichtung durch
die Kapillarwirkung in den Zwischenbereich zwischen den einander
zugewandten Seitenflächen von Wandungen der beiden Gehäuseteile
hineingesogen wird, wodurch die Dichtigkeit verbessert wird.
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Grundsätzlich
möglich ist aber auch eine Positionierung der Flüssigkeitsdichtung
in unmittelbarer, angrenzender Nachbarschaft zu der Schweißnaht.
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Die
Flüssigkeitsdichtung kann bezogen auf die Position der
Schweißnaht entweder in Richtung der Außenseite
oder in Richtung der Innenseite des Gehäuses angeordnet
sein. Die Positionierung auf der Außenseite hat den Vorteil,
dass die Flüssigkeitsdichtung bis zu einer Beschädigung
der Schweißnaht kraftfrei bleibt und den Druck aus dem
Gehäuseinneren nicht aufzunehmen braucht. Außerdem
kann Material der Flüssigkeitsdichtung nicht in den Gehäuseinnenraum
austreten. Andererseits hat die Positionierung der Flüssigkeitsdichtung
an der Innenseite den Vorteil, dass die Schweißnaht nicht
durch den Innendruck belastet ist, solange die Flüssigkeitsdichtung
intakt ist.
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Die
Schweißnaht wird zweckmäßigerweise im
Wege des Reibschweißens oder des Ultraschallschweißens
erzeugt. Die Flüssigkeitsdichtung weist hierbei den Vorteil
auf, dass die während des Schweißens entstehende, hochfrequente
Relativbewegung zwischen den zu verbindenden Gehäuseteilen
durch die Flüssigkeitsdichtung nicht gedämpft
oder in sonstiger Weise beeinträchtigt wird, so dass die
Schweißnaht an der vorgesehenen Position sicher und präzise
hergestellt werden kann. Dies erlaubt in einem ersten Schritt die
Verbindung der Gehäuseteile mittels der Flüssigkeitsdichtung
und in einem zweiten Schritt die Herstellung der Schweißnaht
im Wege des Reibschweißens bzw. des Ultraschallschweißens.
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Das
in dieser Weise durchgeführte Verfahren ist nicht auf die
Herstellung von Kunststoffverdichtergehäusen beschränkt,
sondern eignet sich allgemein zur Verbindung von Kunststoffbauteilen
zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses mit druckdicht
abgeschlossenem Gehäuseinnenraum, insbesondere bei Verwendung
von hochfesten, spröden Kunststoffbauteilen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung befindet sich die Flüssigkeitsdichtung
in einer Nut, die in eines der Gehäuseteile eingebracht
ist, wobei die Stirnkante einer Wandung des zweiten Gehäuseteils
in die Nut mit der Flüssigkeitsdichtung einragt. Die Nut
befindet sich vorzugsweise in einem radial überstehenden
Gehäuseflansch, der sich bei außenseitiger Flüssigkeitsdichtung
an der Gehäuseaußenwand befindet, ggf. aber auch
an der Gehäuseinnenwand angeordnet sein kann.
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Die
Schweißnaht befindet sich gemäß weiterer
bevorzugter Ausführung zwischen einer die Nut begrenzenden
Wandung des ersten Gehäuseteils und einer weiteren Wandung
am zweiten Gehäuseteil, wobei die die Nut begrenzenden
Wandung des ersten Gehäuseteils in ein U-förmiges
Profil am zweiten Gehäuseteil einragt. In dieser Ausführung
liegt die Schweißnaht zwischen dem Grund des U-förmigen
Profils und der Stirnkante der einragenden Wandung. Der Vorteil
dieser Ausführung ist zum einen eine feste mechanische
Verbindung zwischen den Gehäuseteilen, da in Radialrichtung
auf Grund des U-förmigen Profils ein Formschluss gegeben
ist, und zum andern die hohe Dichtigkeit, da das U-Profil als Labyrinthdichtung
wirkt. Es wird mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine
doppelte Abdichtung erreicht, bestehend aus Schweißnaht
und Flüssigkeitsdichtung, da eine Wandung des U-förmigen
Profils zugleich in die Flüssigkeitsdichtung einragt.
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Die
Gehäuseteile bestehen aus einem Kunststoff wie beispielsweise
Polyphenylensulfid (PPS). Hierbei handelt es sich um einen hochtemperaturbeständigen,
thermoplastischen Kunststoff, der sich in besonderer Weise für
ein Kunststoffverdichtergehäuse eignet. Für eine
höhere Festigkeit eignet sich in besonderer Weise ein hoch
gefüllter Kunststoff, beispielsweise ein Hochleistungsthermoplast mit
hohem Glasfaseranteil von bis zu 40%. Grundsätzlich können
aber auch sonstige Kunststoffmaterialien eingesetzt werden, insbesondere
thermoplastische Kunststoffe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Ausschnitt aus einem Kunststoffverdichtergehäuse
im Bereich der randseitigen Verbindung dargestellt ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die
Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem Kunststoffverdichtergehäuse
für den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, um die herangeführte
Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck zu verdichten.
Im Gehäuseinnenraum 2 des Kunststoffverdichtergehäuses 1 ist
ein nicht dargestelltes Verdichterrad angeordnet, beispielsweise
ein Radialverdichter, das von einer Antriebseinheit angetrieben
wird. Die Antriebseinheit ist beispielsweise ein Turbolader; in
diesem Fall stellt der Verdichter einen Bestandteil eines Abgasturboladersystems
dar, bei dem das Turbinenrad von den Abgasen im Abgasstrang angetrieben
wird. Grundsätzlich möglich ist aber auch ein
Antrieb des Verdichterrades über eine sonstige Antriebseinheit,
beispielsweise über einen Elektromotor oder im Falle einer
Ausführung als Kompressor unmittelbar oder mittelbar über
die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
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Um
den Gehäuseinnenraum 2 druckdicht gegenüber
der Umgebung abzudichten, sind zwei Dichtungen zwischen dem Gehäuseunterteil 3 und
dem Gehäuseoberteil 4 des Kunststoffverdichtergehäuses 1 vorgesehen,
nämlich zum einen eine umlaufende Schweißnaht 6 sowie
zum anderen eine umlaufende Flüssigkeitsdichtung 7.
Die Flüssigkeitsdichtung 7 befindet sich in einer
umlaufenden Nut 8, die in einem Flansch 9 auf
der Au ßenseite des Verdichtergehäuses angeordnet
ist, wobei der Flansch 9 einteilig mit dem Gehäuseunterteil 3 ausgebildet
ist. Die Flüssigkeitsdichtung 7 besteht beispielsweise
aus Silikon, wobei bevorzugt alcoxybasierende Vernetzungssysteme
als Flüssigkeitsdichtung in Betracht kommen.
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In
die Flüssigkeitsdichtung 7 ragt die Stirnkante
einer Wandung 12 des Gehäuseoberteils 4 ein, wobei
die Stirnkante der Wandung 12 nicht bis zum Grund der Nut 8 reicht,
sondern lediglich in die Flüssigkeitsdichtung 7 eintaucht.
Die Wandung 12 ist Bestandteil eines U-Profils 11,
welches einteilig mit dem Gehäuseoberteil 4 ausgebildet
ist.
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Am
Grund des U-Profils 11 liegt die Schweißnaht 6,
die zwischen dem Grund des U-Profils 11 und der Stirnkante
einer Wandung 10 gebildet ist, wobei die Wandung 10 einteilig
mit dem Gehäuseunterteil 3 ausgebildet ist und
die Nut 8 auf der dem Gehäuseinnenraum 2 zugewandten
Seite begrenzt.
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Die
Schweißnaht 6 und die Flüssigkeitsdichtung 7 liegen
somit auf Abstand zueinander, wobei in den Bereich zwischen den
aneinander zugewandten Kontaktflächen an der Außenseite
der Wandung 10 und der Innenseite der Wandung 12 das
Material der Flüssigkeitsdichtung 7 hineinwandern
kann, insbesondere unter dem Druck, der bei der Herstellung der Verbindung
durch das Eintauchen der Stirnkante der Wandung 12 in das
Material der Flüssigkeitsdichtung 7 entsteht.
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Da
zwei Dichtungen zwischen Innen- und Außenseite vorgesehen
sind, die zwischen Gehäuseinnenraum 2 und Umgebung
auf Abstand zueinander angeordnet sind, ist die Sicherheit bezüglich
eines dichten Abschlusses von Gehäuseunterteil 3 und Gehäuseoberteil 4 erheblich
verbessert. Um die erforderlichen Haltekräfte aufzubringen,
ist ein klammerförmiges Verbindungselement 5 vorgesehen,
das die Unterseite des Flansches 9 am Gehäuseunterteil 3 und
die Oberseite des U-Profils 11 am Gehäuseoberteil 4 übergreift.
Das klammerförmige Verbindungselement 5 ist mit
strichlierter Linie in verschiedenen Positionen dargestellt, die
gegenüber der Halteposition geringfügig nach außen
versetzt sind. Diese verschiedenen Positionen zeigen die Positionen des
klammerförmigen Verbindungselements während des
Montagevorgangs.
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Zwischen
den Gehäuseteilen 3, 4 kann beispielsweise
eine Relativbewegung durch äußere Einwirkungen
wie mechanische Stöße oder Schwingungen bzw. Vibrationen
auftreten. Hierbei können auf die Schweißnaht 6 zwischen
der Stirnkante der Wandung 10 und dem Grund des U-Profils 11 erhebliche Kräfte
einwirken, die ggf. sogar zu einer lokalen Zerstörung der
Schweißnaht 6 führen können.
Die Dichtigkeit ist aber auch in diesem Fall gewährleistet,
da die Flüssigkeitsdichtung 7 im Bereich der Außenseite des
Kunststoffverdichtergehäuses 1 ihre Dichtwirkung
entfaltet, so dass trotz undichter Schweißnaht 6 der
Gehäuseinnenraum 2 druckdicht gegenüber
der Umgebung abgedichtet ist. Auf Grund der hohen Nachgiebig keit
und Elastizität der Flüssigkeitsdichtung 7 können
Relativbewegungen zwischen Gehäuseunterteil 3 und
Gehäuseoberteil 4 die Dichtwirkung der Flüssigkeitsdichtung 7 nicht
beeinträchtigen.
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Die
Herstellung der Schweißnaht 6 erfolgt vorzugsweise
im Wege des Reibschweißens oder Ultraschallschweißens.
In einem ersten Schritt wird zunächst das Material der
Flüssigkeitsdichtung 7 in die Nut 8 eingebracht,
anschließend werden die beiden Gehäuseteile 3 und 4 in
die Montageposition gebracht, in der die Stirnkante der Wandung 10 in
das Material der Flüssigkeitsdichtung 7 einragt.
In einem nächsten Schritt erfolgt die Herstellung der Schweißnaht 6 im
Wege des Ultraschall- oder Reibschweißens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10314209
B3 [0002, 0002]