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Die
Erfindung betrifft eine Welleneinrichtung mit wenigstens einer oder
mehreren Dichtungsvorrichtungen, insbesondere eine Verstellwelleneinrichtung
zum Betätigen bzw. Verstellen beispielsweise einer variable
Turbinengeometrie-Einrichtung (VTG) oder einer Wastegate-Einrichtung
eines Turboladers.
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Turbolader
weisen im Allgemeinen jeweils eine Turbine und einen Verdichter
auf, welche auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Dabei wird die
Turbine über den Abgasmassenstrom einer angeschlossenen
Brennkraftmaschine angetrieben und treibt hierdurch über
die gemeinsame Welle wiederum den Verdichter an. Der Verdichter
kann dadurch Frischluft verdichten und die verdichtete Luft für
die Brennkraftmaschine bereitstellen.
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Einige
Turbolader des Standes der Technik weisen eine sog. Wastegate-Einrichtung
auf. Über diese Wastegate-Einrichtung kann in bestimmten
Betriebszuständen z. B. ein Teil des Abgasmassenstroms über
eine Bypass-Leitung abgeführt werden. Die Bypass-Leitung
bzw. die Wastegate-Einrichtung wird hierzu über eine entsprechende
Wastgate-Klappe betätigt. Des Weiteren sind Turbolader
bekannt welche eine sog. variable Turbinengeometrie (VTG) aufweisen.
Hierbei sind Leitschaufeln beweglich angeordnet, die über
eine Verstelleinrichtung, z. B. einen Verstellring, entsprechend
eingestellt bzw. bewegt werden können, um den Turbinenquerschnitt
einer Turbine des Turboladers geeignet zu verändern. In
beiden zuvor beschriebenen Fällen wird eine Verstellwellenanordnung
bzw. -einrichtung eingesetzt, um die variable Turbinengeometrie
bzw. die Wastegate-Klappe zu betätigen.
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Für
die Verstellung einer Mechanik innerhalb eines Turboladers, wie
z. B. einer zuvor beschriebenen variablen Turbinengeometrie-Einrichtung
(VTG) oder einer Wastegate-Klappe, wird eine von außen betätigbare
Welle bzw. Welleneinrichtung benötigt. Da der Druck im
Inneren des Lagergehäuses höher ist, als in der
Umgebung, kann jedoch durch die Lagerstelle bzw. zwischen der Welle
und der Lagerbuchse ungewollt Rohabgas in die Umgebung austreten.
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Aus
dem Stand der Technik, wie er in der
DE 20 2005 008 606 U1 offenbart
ist, ist eine Verstellwellenanordnung für eine variable
Turbinengeometrie (VTG) und ein Wastegate-Einrichtung eines Turboladers
bekannt. Die Verstellwellenanordnung weist dabei eine abgestufte
Welle auf, die über einen Fixierungsabschnitt mit einem
Hebel einer Verstelleinrichtung einer variablen Turbinengeometrie
eines Turboladers verbunden ist. Die abgestufte Welle weist zwei Abschnitte
mit unterschiedlich großen Durchmessern auf. Der Abschnitt
mit dem kleineren Durchmesser ist mit einer umlaufenden Nut versehen,
wobei eine Dichtung bzw. Kolbenringdichtung in der Nut angeordnet
ist. Des Weiteren ist eine entsprechend Buchse über die
Welle geschoben, die ebenfalls entsprechend der Welle abgestuft
ausgebildet ist.
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Aus
der
US 6 599 087 ist
ebenfalls eine Verstellwellenanordnung bekannt. Diese weist hierbei eine
Welle auf, die an ihrem einen Ende mit einem Betätigungshebel
mit einem Betätigungsstift verbunden ist, zum Betätigen
eines Verstellrings einer variablen Turbinengeometrie (VTG). Die
Welle ist hierbei zunächst durch eine Öffnung
einer Gehäusewand geführt, bevor sie mit dem Betätigungshebel
verbunden ist. Die Öffnung der Gehäusewand ist
dabei abgestuft ausgebildet. Die beiden Stufen der Öffnung weisen
zwei unterschiedliche Durchmesser auf, wobei die erste Stufe mit
dem kleineren Durchmesse nach außen und die zweite Stufe
mit dem größeren Durchmesser nach innen gerichtet
ist. In der zweiten Stufe ist nun ein Dichtungsring aus Metall vorgesehen.
Der Dichtungsring weist dabei auf einer Seite eine Anlagefläche
auf, mit der er dichtend gegen die Wand der ersten Stufe angedrückt
werden kann, wenn der Druck in dem Gehäuse entsprechend
ansteigt. Dadurch wird die Welle abgedichtet, um einem Austreten
von Abgas aus dem Gehäuse entgegen zu wirken.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine verbesserte Dichtungsvorrichtung
für eine Welle bzw. Wellenanordnung eines Turboladers bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Welleneinrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 2 gelöst.
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Demgemäß wird
erfindungsgemäß eine Welleneinrichtung bereitgestellt,
insbesondere für einen Turbolader, wobei die Welleneinrichtung
aufweist:
- – eine Welle, welche in
einer Lagerbuchseneinrichtung angeordnet ist,
- – wobei die Welleneinrichtung an wenigstens einer Seite
mit einem Hebelelement verbunden ist,
- – wobei zwischen dem Hebelelement und der Lagerbuchseneinrichtung
wenigstens eine oder mehrere Dichtungsvorrichtungen vorgesehen sind.
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Die
Welleneinrichtung mit der Dichtungsvorrichtung hat dabei den Vorteil,
dass auf sehr einfache und kostengünstige Weise eine Abdichtung
der Welleneinrichtung erreicht werden kann, indem ein oder mehrere
Dichtungsvorrichtungen zwischen der Lagerbuchseneinrichtung und
dem Hebelelement angeordnet werden, wobei die Lagerbuchseneinrichtung
und die darin angeord nete Welle hierdurch abgedichtet werden, so
dass im Wesentlichen kein Abgas nach außen ungewollt dringen
kann.
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Demgemäß wird
des Weiteren erfindungsgemäß eine Welleneinrichtung
bereitgestellt, insbesondere für einen Turbolader, wobei
die Welleneinrichtung aufweist:
- – eine
Welle, welche in einer Lagerbuchseneinrichtung angeordnet ist,
- – wobei zwischen der Welle und der Lagerbuchseneinrichtung
wenigstens eine oder mehrere Dichtungsvorrichtungen in Form von
Aussparungen vorgesehen sind.
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Die
Welleneinrichtung mit der Dichtungsvorrichtung hat dabei den Vorteil,
dass durch die Aussparung oder Aussparungen die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases erhöht werden kann. In der jeweiligen Aussparung
der Welle entstehen hierbei durch diese Strömungsenergie
Verwirbelungen, wodurch es durch Strömungstotgebiete und
Adhäsion bzw. Kohäsion zu Ablagerung an den Wänden
der Aussparung kommt. Die Ablagerungen des Rußes, die zu
einer Bildung einer Rußschicht führen, bewirken
dabei eine starke Drosselung des Abgasstroms und dabei eine Abdichtung
der Welleneinrichtung.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind auf der Welle wenigstens eine oder mehrere Dichtungsvorrichtungen
zwischen dem Hebelelement und der Lagerbuchseneinrichtung angeordnet. Eine
Dichtungsvorrichtung liegt dabei im Wesentlichen linienförmig
oder flächig an der Fläche der Lagerbuchseneinrichtung
bzw. an der Fläche des Hebelelements an und stützt
sich dort ab, wobei sich die Dichtungsvorrichtung, beispielsweise
ein flexibles Ringelement, im Wesentlichen dichtend abstützt.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist das Hebelement eine Aufnahme auf zum Aufnehmen der Lagerbuchseneinrichtung. Die
Aufnahme ist dabei beispielsweise in Form einer Vertiefung oder
eines Vorsprungs ausgebildet, wobei die Lagerbuchseneinrichtung
in diesem Fall auf den Vorsprung aufgeschoben wird. Zwischen der
Aufnahme des Hebelelements und der Lagerbuchseneinrichtung sind
wenigstens eine oder mehrere Dichtungsvorrichtungen vorgesehen,
beispielsweise in Form von Kolbenringen. Das Hebelelement mit der Dichtvorrichtung
ist dabei vorzugsweise auf der Seite des Gehäuses bzw.
der Welleneinrichtung vorgesehen, wo die niedrigeren Temperaturen
herrschen.
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In
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird das Hebelelement auf einen Endabschnitt der Welle aufgebracht.
Dabei werden wenigstens ein oder mehrere Dichtvorrichtungen zwischen
der Lagerbuchseneinrichtung und dem Hebelelement vorgesehen, beispielsweise
in Form von Kolbenringen. Die Kolbenringe können dabei
in jeweiligen Kolbenringnuten auf der Innenseite der Lagerbuchsenseinrichtung
und/oder der Außenseite der Hebelelementeinrichtung vorgesehen
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse mit einer Welle
und einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse mit einer Welle
und einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse mit einer Welle
und einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine
Seitenansicht und eine Vorderansicht eines Hebelelements;
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5 eine
Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse mit einer Welle
und einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine
Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse mit einer Welle
und einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer fünften
Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine
Schnittansicht durch das Turboladergehäuse mit der Welle
und der Dichtungsvorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, wobei die Welle in einer Ausgangssituation
dargestellt ist;
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8 eine
Schnittansicht durch das Turboladergehäuse mit der Welle
und der Dichtungsvorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, wobei die Welle in Folge eines Verkippens
einseitig innen an einem Buchsenelement anliegt; und
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9 eine
Schnittansicht durch das Turboladergehäuse mit der Welle
und der Dichtungsvorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, wobei die Welle in Folge eines Verkippens
sich in einer Schrägstellung innerhalb des Buchsenelements
befindet.
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In
den Figuren sind Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen, die
gleiche oder ähnliche Bauteile betreffen – sofern
nichts Gegenteiliges beschrieben ist.
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In 1 und
entsprechend in den nachfolgenden 2, 3 und 5–9 ist
ein Teil eines Gehäuses 10 eines Turboladers dargestellt.
Das Gehäuse 10 ist hierbei beispielsweise ein
Lagergehäuse mit einer Öffnung 12 in
der Gehäusewand, durch welche eine Welleneinrichtung 14 geführt
ist. Die Erfindung ist aber nicht auf ein Lagergehäuse 10 beschränkt,
sondern kann grundsätzlich auf jedes Gehäuse angewendet
werden, bei welchem eine Welle hindurchgeführt wird und
eine Abdichtung der Welle bzw. des Gehäuses nach zu einer
oder beiden Seiten hin bereitgestellt werden soll. Dies gilt für
alle Ausführungsformen der Erfindung.
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Die
Welleneinrichtung 14 ist, bei den in den 1–3 und 5–9 gezeigten
Beispielen, als Teil einer Verstelleinrichtung einer Wastegate-Einrichtung
(nicht dargestellt) oder einer variablen Turbinengeometrie-Einrichtung
(nicht dargestellt) des Turboladers ausgebildet. Über die
Welleneinrichtung 14 kann hierbei beispielsweise eine Klappe
einer angeschlossenen bzw. angekoppelten Wastegate-Einrichtung betätigt
bzw. geöffnet und geschlossen werden, oder die Schaufeln
einer angeschlossenen bzw. angekoppelten variablen Turbinengeometrie-Einrichtung
geeignet verstellt werden.
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Solche
Ausführungsformen für eine variable Turbinengeometrie-Einrichtung
VTG und eine Wastegate-Einrichtung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich
bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. Entsprechendes
gilt auch für die Betätigung dieser Einrichtungen.
Beispiele hierfür sind z. B. in den zuvor genannten Dokumenten
DE 20 2005 008 606
U1 und
US 6 599 087 beschrieben.
Die Erfindung ist auf diese Beispiel für die variable Turbinengeometrie-Einrichtung
und die Wastegate-Einrichtung, sowie deren Betätigung nicht
beschränkt. Die Erfindung kann prinzipiell auf jede Art
solcher Einrichtungen angewendet werden, bei denen eine Welle bzw.
Welleneinrichtung
14 zum Einsatz kommt. Dies gilt für
alle Ausführungsformen der Erfindung, wie sie im folgenden
beschrieben werden.
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Die
Welleneinrichtung 14, wie sie in 1 sowie
in den nachfolgenden 2, 3 und 5–9 dargestellt
ist, weist eine Welle 16 auf, die in einer Lagerbuchseneinrichtung 18 geführt
ist. Die Welleneinrichtung 14 ist dabei in einer Wand beispielsweise
eines Lagergehäuses 10 eines Turboladers angeordnet.
Dabei ist die Lagerbuchseneinrichtung 18 in einer Öffnung 12 der
Gehäusewand angeordnet, um die Welle 16 durch
die Wand hindurch zu führen. An einem oder beiden Enden 20, 22 der
Welle 16 kann hierbei beispielsweise ein Hebelelement 24 vorgesehen
werden. Das Hebelelement 24, das beispielsweise auf der
Außenseite 26 des Gehäuses 10 liegt,
betätigt hierbei z. B ein Hebelelement 28 auf der
Innenseite 30 des Gehäuses 10, das zum
Beispiel mit einer Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt)
beispielsweise für ein Wastegate oder eine variable Turbinengeometrie
verbunden oder gekoppelt ist.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist die Welle 16 der
Welleneinrichtung 14 gemäß der ersten
Ausführungsform der Erfindung eine Labyrinthgeometrie bzw.
eine Labyrinthdichtung 32 auf. Dabei ist die Welle 16 an
ihrem Außenumfang und/oder die La gerbuchseneinrichtung 18 an
ihrem Innenumfang (nicht dargestellt) mit wenigstens einer, zwei,
drei, vier oder mehr Nuten 34 als Dichtungsvorrichtungen 36 versehen.
Die Reduktion des Abgasmassenstromes erfolgt hierbei durch die Ablagerungen
bzw. den Aufbau von Verbrennungsrückständen bzw.
Ruß in den Labyrinthgeometrien 32 bzw. den Nuten 34.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform befinden
sich die Nuten 34 bzw. Labyrinthnuten die eine Labyrinthspaltdichtung 32 bilden
auf dem Außenumfang der Welle 16 bzw. hier Verstellwelle.
Alternativ oder zusätzlich können aber auch wenigstens
eins, zwei, drei, vier oder mehr Nuten 34 auf dem Außenumfang
und/oder Innenumfang der Lagerbuchseneinrichtung 18 vorgesehen
sein (nicht dargestellt). Des Weiteren kann eine Labyrinthgeometrie 32 mit
der Welle 16, der Lagerbuchseneinrichtung 18 und/oder
zusätzlichen Bauteilen (nicht dargestellt) erzeugt werden.
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Durch
die Nutgeometrie wird in den Spalten die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases erhöht. In den Nutkammern 34 der Welle 16 entstehen
durch diese Strömungsenergie Verwirbelungen. Dadurch kommt
es durch Strömungstotgebiete und Adhäsion bzw.
Kohäsion zu Ablagerungen an den Wänden der Nuten 34.
Durch die Ablagerungen des Rußes baut sich dabei die Rußschicht
immer weiter auf, die sich dann an die Buchsen- oder Wellengeometrie
anpassen kann und somit eine starke Drosselung bzw. Abdichtung ermöglicht.
Auch bereits bestehende bzw. vorher erzeugte Russablagerungen sind
möglich, um den Abdichtungsprozess zusätzlich
zu beschleunigen. Die Drosselwirkung variiert mit der Anzahl der Nuten 34 sowie
der Geometrie bzw. Spaltform.
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In
dem Fall, dass wenigstens zwei, drei oder mehr Nuten 34 vorgesehen
sind an der Welle 16 und/oder Lagerbuchseneinrich tung 18 usw.
können die Nuten 34 in ihrer Form und/oder Abmessung,
d. h. Breite und/oder Tiefe, jeweils gleich ausgebildet sein oder
unterschiedlich. Bezüglich der Form können die
Nuten 34 beispielsweise eine runde Vertiefung und/oder
eine eckige Vertiefung aufweisen, wie in 1 gezeigt
ist. Des Weiteren können wenigstens zwei oder mehr Nuten 34 jeweils
einen gleichen Abstand zueinander aufweisen oder unterschiedlich zueinander
beabstandet sein. Des Weiteren kann der Querschnitt der jeweiligen
Nut 34 eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine
eckige Form, wie in 1 gezeigt ist, oder eine runde
Form usw. je nach Funktion und Einsatzzweck oder Herstellungsverfahren.
Des Weiteren kann die jeweilige Nut 34 vollständig
oder teilweise umlaufend ausgebildet sein, je nach Funktion und
Einsatzzweck.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform der Welleinrichtung 14 gemäß der
Erfindung dargestellt. Die Anordnung der Welleneinrichtung 14 in
dem Gehäuse 10 ist dabei wie in der ersten Ausführungsform gemäß 1 und
wird daher nicht wiederholt. Entsprechendes gilt auch für
die nachfolgend anhand der 3 bis 9 beschriebenen
Ausführungsformen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, weist die Welleneinrichtung 14 eine
Welle 16, hier z. B. Verstellwelle, und eine Lagerbuchseneinrichtung 18 auf.
Auf wenigstens einer oder beiden Seiten 20, 22 der
Welleneinrichtung 14 ist ein Hebelelement 28 mit
einer Aufnahme 38 vorgesehen, zum Aufnehmen der Lagerbuchseneinrichtung 18 und
der in der Lagerbuchseneinrichtung 18 angeordneten Welle 14.
Die Aufnahme 38 ist hierbei beispielsweise in Form einer
Vertiefung ausgebildet, z. B. einer umlaufenden Vertiefung. Alternativ
kann die Aufnahme 38 auch in Form eines Vorsprungs ausgebildet
sein (nicht dargestellt) auf welchen die Lagerbuchseneinrichtung 18 aufgeschoben
wird.
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Die
Welle 16 kann, wie in 2 gezeigt
ist, beispielsweise mit einem Endabschnitt 40 versehen sein,
welcher in einer Öffnung 42 des Hebelelements 24 aufgenommen
wird. Die Öffnung 42 kann dabei als eine durchgehende Öffnung
ausgebildet sein, wie in 2 gezeigt ist, oder eine Vertiefung
bilden (nicht dargestellt). Der Endabschnitt 40 der Welle 16 kann beispielsweise
zylinderförmig, oval und/oder eckig bzw. als Mehrkant usw.
ausgebildet sein, wobei der Endabschnitt 40 entweder den
gleichen Durchmesser wie die Welle 16 aufweist oder einen
kleineren Durchmesser, wie in 2 gezeigt
ist. Es kann aber auch jede andere Art der Befestigung der Welleneinrichtung 14 und
deren Welle 16 und Lagerbuchseneinrichtung 18 an
dem Hebelelement 24 vorgesehen sein. Die Welleneinrichtung 18 kann
z. B. auch zusätzlich oder alternativ mit dem Hebelelement 24, 28 beispielsweise
verschraubt, verstiftet, verschweißt und/oder verlötet
sein usw., um nur vier Beispiele zu nennen.
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Die
Abdichtung der Welleneinrichtung 14 bzw. der Welle 16 erfolgt
bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
durch wenigstens ein, zwei oder mehr Kolbenringelemente 44 als
Dichtungsvorrichtungen 36. Das jeweilige Kolbenringelement 44 befindet
sich dabei in einer zugeordneten Kolbenringnut 46 am Außenumfang
der Lagerbuchseneinrichtung 18, wie in 2 gezeigt
ist. Genauer gesagt befindet sich wenigstens ein Kolbenringelement 44 oder
alle Kolbenringelemente 44 in einem Bereich des Außenumfangs
der Lagerbuchseneinrichtung 18, der mit dem Hebelement 24 verbunden ist,
oder wie in 2 gezeigt ist in dessen Aufnahme 38 aufgenommen
ist.
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Bei
der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Hebelelement 24 mit der Dichtungsvorrichtung 36 an
der Außenseite 26 des Gehäuses 10 vorgesehen
bzw. auf der Seite des Gehäuses 10 die die niedrigeren
Temperaturen aufweist, da durch liegt das Kolbenringelement 44 an
einer kälteren Stelle an, im Vergleich zu einem auf der Verstellwelle 16 montierten
Kolbenringelement (nicht dargestellt). Dies hat Vorteile bei der
dauerhaften Funktion des Kolbenringelements 44. Des Weiteren kann
ein größeres Kolbenringelement 44 verwendet werden,
was dem Plastifizieren bei der Montage entgegenwirkt. Durch diese
Ausführungsform wird ebenso eine labyrinthartige Fluidführung
erreicht, welche den Strömungswiderstand erhöht
und somit zu einer verbesserten Abdichtung beiträgt. Weiterhin
kann die volle Länge der Lagerbuchseneinrichtung 18 und
somit die gesamte, innere Auflagefläche genutzt werden,
was Vorteile beim Verschleiß hat.
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Auf
der anderen Seite 30 der Welleneinrichtung 14 kann
ebenfalls ein Hebelement vorgesehen sein, das mit der Welleneinrichtung 14 verbunden
ist, wie in 2 gezeigt ist. Dabei kann das
Hebelelement ebenfalls mit einer Aufnahme und einer Öffnung wie
das andere Hebelelement 24 ausgebildet und an der Welleneinrichtung 14 befestigt
und abgedichtet sein (nicht dargestellt). Mit anderen Worten, das
Hebelelement 24 mit wenigstens einer Dichtungsvorrichtung 36 kann
auf einer oder beiden Seiten 26, 30 des Gehäuses 10 bzw.
der Welleneinrichtung 14 vorgesehen werden. Alternativ
kann das Hebelement 24 mit der wenigstens einen Dichtungsvorrichtung 36 auch
nur auf einer Seite 26, 30 des Gehäuses 10 bzw.
der Welleneinrichtung 14 vorgesehen sein und auf der anderen
Seite ein anderes Hebelelement 28, wie in 2 gezeigt
ist.
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In
den 3 und 4 ist eine dritte Ausführungsform
der Welleinrichtung 14 gemäß der Erfindung
dargestellt. Die Welleneinrichtung 14 ist hierbei an einem
oder beiden Enden mit einem Hebelelement 24 verbunden,
wobei das Hebelelement 24 an der Welle 16 der
Welleneinrichtung 14 befestigt ist und wenigstens eine
Dichtungsvorrichtung 36 vorgesehen ist. Hierzu weist die
Welle 16 beispielsweise auf der Innenseite und/oder Außenseite 30, 26 des Gehäuses 10 einen
Endabschnitt 40 auf, wobei der Endabschnitt 40 beispielsweise
zylinderförmig, oval und/oder eckig bzw. als Mehrkant usw.
ausgebildet ist. Der Endabschnitt 40 weist hierbei einen
kleineren Durchmesser wie die Welle 16 auf, so dass das
Hebelelement 24 auf den Endabschnitt 40 aufgeschoben
werden kann, wie in 3 gezeigt ist.
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Das
Hebelelement 24 kann hierbei eine Aufnahme 38 in
Form einer durchgehenden Öffnung 42, wie in 3 gezeigt
ist, aufweisen oder eine Vertiefung. Auf der anderen Seite der Welleneinrichtung, beispielsweise
auf der Außenseite 26 des Gehäuses 10,
kann ebenfalls ein Hebelelement 28 vorgesehen werden, wobei
das Hebelement 28 dabei an der Welleneinrichtung 14 beispielsweise
mittels Verschrauben, Verstiften, verschweißen und/oder
verlöten usw. befestigt ist. Alternativ kann aber auch
auf beiden Seiten 26, 30 oder auf der Außenseite 30 des
Gehäuses 10 ein Hebelement 24 mit einer
Aufnahme 38 und wenigstens einer Dichtungsvorrichtung 36 vorgesehen
werden (nicht dargestellt).
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Die
Abdichtung der Welle 16, hier Verstellwelle, der dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt
ebenfalls über wenigstens ein, zwei, drei oder mehr Kolbenringelemente 44 als
Dichtungsvorrichtungen 36. Die Kolbenringelemente 44 sind
dabei in einer entsprechenden Kolbenringnut 46 an dem Außenumfang
der Aufnahme 38 oder einem Absatz des Hebelelements 24 angeordnet
und/oder an der Innenseite der Lagerbuchseneinrichtung 18.
Das Hebelement 24 wird mit seiner Aufnahme 38 bzw.
Absatz und wenigstens einem oder mehreren Kolbenringelementen 44 auf
die Welle 16 bzw. deren Endabschnitt 40 aufgeschoben
und in die Lagerbuchseneinrichtung 18 eingeschoben, wie
in 3 gezeigt ist.
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Diese
dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
trägt zu einer besseren Montagefähigkeit bei.
So fixiert das Kolbenringelement 44 das Hebelelement 24 in
der Nut 46, so dass das Hebelelement 24 axial
nur mittels Kraftaufwand verschiebbar ist. Dies ist bei einem Verbindungsprozess
mittels Schweißen und/oder Löten usw. hilfreich.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit das Kolbenringelement 44 möglichst
nahe am Gehäuseinneren bzw. hier der Innenseite 30 des
Gehäuses 10 zu positionieren, wodurch das Eindringen
von gröberen Partikeln in den Spalt bzw. Dichtspalt weitestgehend
abgehalten wird.
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In 4 ist
nun eine Seitenansicht und einer Vorderansicht des Hebelements 24 dargestellt.
Das Hebelement 24 weist hierbei an seiner Aufnahme 38 beispielsweise
wenigstens eine umlaufende Nut 46 auf, in welcher ein Kolbenringelement 44 zum
Abdichten befestigt wird. In der Vorderansicht ist die Aufnahme 38 gezeigt,
welche beispielsweise in Form einer durchgehenden zylindrischen
Bohrung bzw. Öffnung ausgebildet ist, in welcher ein entsprechender
zylindrischer Endabschnitt 40 der Welle 16 aufnehmbar
ist.
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In 5 ist
eine Schnittansicht durch ein Turboladergehäuse 10 mit
einer Welleneinrichtung 14 gemäß einer
vierten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei ist
beispielsweise auf der Außenseite 26 und/oder
Innenseite 30 (nicht dargestellt) des Gehäuses 10 ein
Hebelelement 24 mit einer Welleneinrichtung 14 verbunden
und wenigstens eine oder mehrere Dichtungsvorrichtungen 36 vorgesehen. Genauer
gesagt ist in dem in 5 gezeigten Beispiel, z. B.
wenigstens eine Dichtungsvorrichtung 36 auf der Welle 16 angeordnet
zwischen dem Hebelelement 24 und der Welleneinrichtung 14.
Die Dichtungsvorrichtung 36 in Form eines Ringelements oder
flexiblen Ringelements 48 bildet dabei eine Dichtfläche 50 mit
der Lager buchseneinrichtung 26 und dem Hebelelement 24.
Das Hebelelement 24 ist an der Welleneinrichtung 14 befestigt,
in dem Fall wie er in 5 dargestellt ist, an der Welle 16 der
Welleneinrichtung 14. Das Hebelelement 24 kann
dabei verschraubt, verstiftet, verlötet und/oder mit der
Welleneinrichtung 14 verschweißt sein, um einige
Beispiele für das Befestigen zu nennen. Die Erfindung ist
aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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Die
Abdichtung der Welle 16, hier Verstellwelle, erfolgt gemäß der
vierten Ausführungsform axial durch wenigstens ein, zwei
oder mehr flexible Ringelemente 48, wie zuvor beschrieben.
Das Ringelement 48 legt sich dabei außen an die
Fläche der Lagerbuchseneinrichtung 18 beispielsweise
linienförmig oder flächig und innen an die Fläche
des Verstellhebels bzw. des Hebelements 24 ebenfalls z.
B. linienförmig oder flächig an. Als flexibles
Ringelement 48 kann hierbei beispielsweise eine Tellerfeder
verwendet werden, wie in 5 gezeigt ist.
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Durch
die Flexibilität können sich die Dichtringe 48 axial
an die Dichtflächen 50 anlegen. Dabei wird eine
sehr gute Dichtheit erreicht, ohne einen Stoßspalt wie
bei einem Kolbenring und ohne einen Dichtspalt wie bei einem verschiebbaren
Dichtring gemäß dem zuvor beschriebenen Stand
der Technik. Auch bleibt eine axiale Flexibilität erhalten.
Durch die Verspannung des Ringelements 48 bzw. der Ringelemente 48 entstehen
zwei Dichtflächen 50. Die axialen Spannkräfte
bzw. zusätzlichen Drehmomente lassen sich durch den axialen
Federweg einstellen.
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Das
Hebelement 28 auf der anderen Seite, hier der Innenseite 30 des
Gehäuses 10 in 5, kann
ebenfalls oder alternativ wie das zuvor beschriebene Hebelelement 24 ausgestaltet,
befestigt und mit wenigstens einer Dichtungsvorrichtung 36 ver sehen
sein (nicht dargestellt) oder, wie in 5 gezeigt
ist, direkt mit der Welleneinrichtung 14 verbunden sein
ohne ein flexibles Ringelement 48.
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In 6 ist
eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die fünfte Ausführungsform der Erfindung entspricht
hierbei im Wesentlichen der vierten Ausführungsform, wie
sie in 5 gezeigt ist. Daher gelten die Ausführungen
zu 5 entsprechend auch für 6 und
werden daher nicht wiederholt.
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Bei
der fünften Ausführungsform wird jedoch statt
einer Tellerfeder als flexibles Ringelement 48 ein sog.
E-Ring oder ein Wellring 52 verwendet. Der Wellring 52 wird
dabei in dem Beispiel in 6 auf der Außenseite 26 des
Gehäuses 10 auf die Welle 16 der Welleneinrichtung 14 aufgeschoben
und legt sich einmal beispielsweise linienförmig oder flächig
an der Fläche der Lagerbuchseneinrichtung 18 und
an der Fläche des Hebelelements 24 an. Wahlweise
zusätzlich kann sich der Wellenring 52 als flexibles
Ringelement 48 auch an der Fläche der Welle 16 z.
B. linienförmig oder flächig anlegen. Wie in 5 kann
diese Kombination aus Hebelelement 24, Welleneinrichtung 14 und
wenigstens einer oder mehreren Dichtungsvorrichtungen 36 in
Form von z. B. jeweils einer Tellerfeder 52 auf der Außenseite 26 des
Gehäuses 10 vorgesehen sein und/oder auf der Innenseite 30 (nicht
dargestellt) des Gehäuses 10.
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In
den 7, 8 und 9 ist eine Schnittansicht
durch das Turboladergehäuse 10 mit der Welleneinrichtung 14 im
Wesentlichen gemäß der vierten Ausführungsform
gezeigt. Dabei sind, wie zuvor mit Bezug auf 5 beschrieben
wurde, wenigstens ein, zwei oder mehr flexible Ringelemente 48 in
Form von Tellerfedern als Dichtungsvorrichtungen 36 zwischen
der Wellen einrichtung 14 bzw. deren Lagerbuchseneinrichtung 18 und
dem Hebelelement 24 angeordnet. Die Welleneinrichtung 14 kann, wie
in den 7 bis 9 gezeigt ist, einen Endabschnitt 40 aufweisen
mit einem kleineren Durchmesser als die Welle 16, wobei
das Hebelelement 24 mit dem Endabschnitt 40 verbunden
ist bzw. an diesem befestigt ist. Das flexible Ringelement 48 ist
hierbei auf den Endabschnitt 40 der Welle 16 aufgeschoben,
um zwischen der Lagerbuchseneinrichtung 18 und dem Hebelelement 24 auf
der Außenseite 26 des Gehäuses 10 positioniert
zu werden und dort beispielsweise im Wesentlichen dichtend anzuliegen. Die
Dichtungsvorrichtung 36 oder Dichtungsvorrichtungen 36 können
aber zusätzlich oder alternativ auch auf der Innenseite 30 des
Gehäuses 10 auf die Welle 16 aufgeschoben
sein (nicht dargestellt), wobei die Welle 16 hier ebenfalls
einen entsprechenden Endabschnitt 40 mit einem kleineren
oder gleich großen Durchmesser wie die übrige
Welle 16 aufweisen kann. In diesem Fall ist wenigstens
eine Dichtungsvorrichtung 36 zwischen der Lagerbuchseneinrichtung 18 und
dem Hebelelement auf der Innenseite 30 des Gehäuses 10 angeordnet.
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Die
Welleneinrichtung 14 bzw. deren Welle 16 ist in 7 dabei
zunächst in einer Ausgangssituation dargestellt, in welcher
die Welle 16 an der Lagerbuchseneinrichtung 18 nicht
mit ihrem Außenumfang anliegt bzw. bei welchem im Wesentlichen
ein Spalt zwischen der Welle 16 und dem Innenumfang der
Lagerbuchseneinrichtung 18 gegeben sein kann. Die Darstellung
in 7 ist rein schematisch und stark vereinfacht.
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Im
Gegensatz zu dem Hebelelement 24 in 5 weist
das Hebelelement 24 in den 7, 8 und 9 auf
der Seite der Dichtungsvorrichtung 36 oder Dichtungsvorrichtungen 36 zusätzlich eine
Aussparung 54, beispielsweise eine sphärische Ausdrehung
oder sphärische Aussparung auf. Diese sphärische
oder gerun dete bzw. bogenförmige Ausdrehung oder Aussparung 54 dient
zum Ausgleich bzw. zu einer Anpassung des Verkippens der Welle 16,
hier Verstellwelle. Zum Ausgleich eines Verkippens der Welle 16 muss
das flexible Ringelement 48, d. h. hier die jeweilige Tellerfeder,
auch radial verschiebbar sein. Es wird hierdurch ein durch ein Verkippen
der Welle 16 entstehender Spalt verhindert.
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Das
einseitige Verkippen der Welle 16 ist in 8 dargestellt.
Die Welle 16 liegt hierbei an einer Seite an dem Innenumfang
der Lagerbuchseneinrichtung 18 an. Durch die Aussparung
bzw. Ausnehmung 54 kann das flexible Ringelement 48 bzw.
die Tellerfeder mitgehen.
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In 9 ist
die Welle 16 derart verkippt, so dass sie eine Schrägstellung
innerhalb der Lagerbuchseneinrichtung 18 annimmt. Dabei
liegt die Welle 16 an gegenüberliegenden Enden
auf dem Innenumfang der Lagerbuchseneinrichtung 18 an,
wie in 9 stark vereinfacht und rein schematisch dargestellt
ist. Das flexible Ringelement 48 bzw. hier die jeweilige
Tellerfeder passt sich an und verschiebt sich entsprechend.
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Für
einen geringeren Verschleiß kann des Weiteren wahlweise
zusätzlich oder alternativ beispielsweise wenigstens ein
Gleitring (nicht dargestellt) vorgesehen werden und/oder eine Beschichtung
(nicht dargestellt). Der Gleitring kann dabei beispielsweise auf
der Welle 16 bzw. dem Endabschnitt 40 der Welle 16 angeordnet
werden, zwischen der Lagerbuchseneinrichtung 18 und der
Tellerfeder.
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Des
Weiteren kann wahlweise zusätzlich auch eine Beschichtung
(nicht dargestellt) vorgesehen werden. Die Beschichtung kann dabei
beispielsweise auf dem Außenumfang der Welle 16 zumindest in
dem Bereich des Endabschnitts 40 der Welle 16 vorge sehen
werden, an dem Ende der Lagerbuchseneinrichtung 18 an welcher
die Dichtungsvorrichtung 36 z. B. das flexible Ringelement 48 anliegt und/oder
an dem Hebelelement 24, zumindest in dem Bereich wo die
Dichtungsvorrichtung 36 z. B. das flexible Ringelement 48 anliegt.
Des Weiteren ist eine flache bzw. flächige Anlage der Gleitfläche
vorteilhaft für die Verschleißfestigkeit. Grundsätzlich
ist aber auch beispielsweise eine linienförmige Anlage möglich.
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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.
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Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen anhand der 1 bis 9 können
miteinander kombiniert werden. So können die Labyrinthdichtung 32 gemäß 1,
die Kolbenringdichtung 36 gemäß 2,
die Kolbenringdichtung 36 gemäß 3 und 4,
die Dichtungsvorrichtung 36 gemäß 5, die
Dichtungsvorrichtung 36 gemäß 6 und/oder die
Ausgestaltung des Hebelelements 24 mit der Aussparung 54 gemäß der 7–9 miteinander kombiniert
werden. Dabei können auf der Innenseite 30 des
Gehäuses 10 und/oder auf der Außenseite 26 des
Gehäuses 10 eine oder mehrere der zuvor beschriebenen
Dichtungsvorrichtungen 36 und ihre Positionierungen gemäß der 1–9 vorgesehen werden.
Dabei können die Ausgestaltungen der Dichtungsvorrichtungen 36 und
ihre Positionierungen auf der Innenseite 30 und Außenseite 26 des
Gehäuses 10 gleich oder unterschiedlich sein.
So kann beispielsweise wenigstens eine Dichtungsvorrichtung 36 gemäß 2 auf
der Außenseite 26 des Gehäuses 10 vorgesehen
sein und des Weiteren wenigstens eine Dichtungsvorrichtung 36 gemäß 3 auf der
Innenseite 30 des Gehäuses 10. Wahlweise
kann zusätzlich eine Labyrinthdichtung 32, wie
in 1 gezeigt ist, auf dem Außenumfang der
Welle 16 und/oder auf dem Innenumfang der Lagerbuchseneinrichtung 18 vorgesehen
werden. Dies sind jedoch nur einige Beispiele für Kombinationsmöglichkeiten der
verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung
ist nicht auf diese speziellen Kombinationsmöglichkeiten
beschränkt, sondern umfasst alle Kombinationsmöglichkeiten
der zuvor beschriebenen Ausführungsformen anhand der 1–9.
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Neben
den zuvor beschriebenen Dichtungsvorrichtungen 36 können
auch andere Dichtungsvorrichtungen 36 verwendet werden,
die sich zum Abdichten einer Welleneinrichtung beispielsweise eines Turboladers
eignen. Die anhand der 1–9 beschriebenen
Dichtungsvorrichtungen 36, wie Kolbenringelemente, Tellerfedern
E-Ringe usw. sind lediglich beispielhaft und die Erfindung ist nicht
auf diese spezifischen Beispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005008606
U1 [0005, 0030]
- - US 6599087 [0006, 0030]