DE102009040196A1

DE102009040196A1 - Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009040196A1
Application number: DE102009040196A
Authority: DE
Inventors: Michael Just
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US8419350B2; US20100135785A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird der als Hitzeschild fungierende, abgasseitige Opferdichtring durch einen im Gehäuse (4) und in der Nabe (9) ausgeformten Absatz (20, 21) ersetzt, der die Funktion eines Hitzeschilds anstelle des Opferdichtrings übernimmt. Durch diese konstruktive Maßnahme sind die Herstellungskosten um die Kosten für den Opferdichtring reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die DE 10 2004 057138 A1 offenbart einen solchen gattungsgemäßen Abgasturbolader, umfassend ein abgasseitiges Turbinenrad, ein ansaugseitiges Verdichterrad und eine Welle, wobei das Verdichterrad auf der Welle sitzt und das Turbinenrad durch Schweißen mit der Welle verbunden ist. Eine Verbindungsstelle zwischen einer Nabe des Turbinenrades und der Welle ist dabei in der Umgebung der Lagerung angeordnet ist. Des Weiteren werden auf der Nabe angearbeitete Kühlrippen beschrieben, zwischen denen zur Wärmeabfuhr ein Kühlfluid, wie Luft, Wasser oder Öl, durchgeleitet wird, so dass weniger Wärme in den Bereich der Wellenlagerung gelangt. Die zwei in den Nuten der Nabe gelagerten Wellenabdichtungen verhindern eine aus der Lagerung austretende Ölleckage. Die abgasseitige Wellenabdichtung kann bei diesem Aufbau als Opferdichtring fungieren. Diese Konstruktion ist material- und kostenaufwendig.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit dem Problem, für einen solchen Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich aufgrund konstruktiver Optimierung reduzierte Herstellungs- und/oder Monatgekosten ergeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen als Hitzeschild fungierenden abgasseitigen und aus dem Stand der Technik bekannten Opferdichtring durch einen im Gehäuse und in der Nabe ausgeformten Absatz zu ersetzen, der die Funktion eines Hitzeschilds anstelle des Opferdichtrings übernimmt. Durch die Einsparung des Opferdichtrings sind die Herstellungskosten um die Kosten für diesen Opferdichtring reduziert. Da des Weiteren der Opferdichtring unter der Hitzeeinwirkung der Abgase leidet und somit im Laufe der Zeit verschleißt, was bei dem als Absatz ausgebildeten Hitzeschild nicht der Fall ist, ist die Ausfallsicherheit der Gesamtkomponente durch Weglassen störanfälliger Einzelkomponenten verbessert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 einen abgasseitigen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader,
2 eine vergrößerte Abbildung des Längsschnitts durch einen Abgasturbolader im Bereich der Nabe mit einem Nabenabsatz und einem Gehäuseabsatz,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit einem zum Nabenabsatz hin geneigten Gehäuseabsatz,
4 den Abgasturbolader ohne Ölschleudernut und mit einer Scaniastufe im Bereich der Nabe,
5 den Abgasturbolader ohne Ölschleudernut und ohne Scaniastufe im Bereich der Nabe,
6 den Abgasturbolader mit einer speziell ausgebildeten Ölschleudernut,
7 den Abgasturbolader mit einer im Bereich der Nabe angeordneten Labyrinthdichtung.
Entsprechend der 1, umfasst ein Abgasturbolader 1 für einen Verbrennungsmotor ein abgasseitiges Turbinenrad 2, eine Welle 3, die das Turbinenrad 2 mit einem nicht gezeigten Verdichterrad drehfest verbindet sowie ein Gehäuse 4. Die Welle 3 ist in einem Lagerbereich 5 gelagert, wobei die Lagerung eine Lagereinrichtung 6, 6' in einem Lager-Gehäuseabschnitt 7 und einem Lager-Wellenabschnitt 8, eine zwischen Lagerbereich 5 der Welle 3 und Turbinenrad 2 liegende Nabe 9 der Welle 3 und einen die Nabe 3 umgebenden Naben-Gehäuseabschnitt 10 sowie eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 11 zur Versorgung des Lagerbereiches 5 der Welle 3 mit Schmiermittel umfasst.
Das Turbinenrad 2 ist mit der Nabe 9 der Welle 3 über eine Verbindungseinrichtung 12 mit der Welle 3 verbunden. In eine Nut 13 der Nabe 9 ist dabei ein Dichtring 14 eingesetzt, damit ein Einfließen des Schmiermittels zur Schmierung der Lagereinrichtung 6, 6' über den Dichtring 14 hinaus in Richtung des Turbinenrades 2 verhindert wird. Wenn das Schmiermittel, beispielsweise Öl, mit heißem Abgas in Berührung kommt, kann es verkoken und aufgrund der Verkokungsprodukte die Schmierung der Welle 3 nicht mehr gewährleisten.
Ein vergrößerter Teilausschnitt 15 der 1 ist in 2 dargestellt. Durch die Vergrößerung ist die Einlagerung des Dichtrings 14 in die Nut 13 der Nabe 9 besser zu erkennen. Aufgrund des an den Dichtring 14 dicht anliegenden Naben-Gehäuseabschnitts 10, wird der lagerbereichseitige, ölführende, zwischen Nabe 9 und Naben-Gehäuseabschnitt 10 angeordnete Zwischenraum 16 gegenüber dem turbinenradseitigen, abgasführenden Zwischenraum 17 abgedichtet. Nach dem Dichtring 14 hin zum Lagerbereich 5 ist im Naben-Gehäuseabschnitt 10 eine Ringnut 18, insbesondere hier als Scaniastufe 19 dargestellt, ausgeformt. Da der Dichtring 14 auf der Seite des abgasführenden Zwischenraums 17 mit dem heißen Abgas des Verbrennungsmotors in Berührung kommt, muss dieser Dichtring 14 mit einem Hitzeschutzschild gegen zu große Hitzeeinwirkung geschützt werden. Zu diesem Zweck wird in der Nabe 9 ein radialer Nabenabsatz 20 und in dem Naben-Gehäuseabschnitt 10 ein radialer, mit dem radialen Nabenabsatz 20 kommunizierender Gehäuseabsatz 21 ausgebildet. Der radiale Nabenabsatz 20 im Zusammenwirken mit dem radialen Gehäuseabsatz 21 bildet einen wirksamen Hitzeschutzschild für den Dichtring 14 gegen die heißen Abgase aus.
Bei Benutzung des Abgasturboladers 1 gelangen die heißen Abgase des Verbrennungsmotors in den abgasführenden Zwischenraum 17 zwischen der Nabe 9 und dem Naben-Gehäuseabschnitt 10. Dort prallen sie mit hoher Ge schwindigkeit auf den Gehäuseabsatz 21 und werden auf den gegenüberliegenden Nabenabsatz 20 zurückgeworfen. Durch diese Führung des Abgases im abgasführenden Zwischenraum 17 treten Verwirbelungen auf, der Strömungswiderstand ist erhöht und die Geschwindigkeit, mit der das Abgas auf den Dichtring 14 auftrifft, erheblich vermindert. Naben- 20 und Gehäuseabsatz 21 wirken somit in Art einer Labyrinthdichtung und der Dichtring 14 ist damit gegen die direkte Hitzeeinwirkung des Abgases besser geschützt. Dabei versteht es sich von selbst, dass der abgasführende Zwischenraum 17 mit dem Gehäuseabsatz 21 und dem Nabenabsatz 20 hinsichtlich der oben ausgeführten Wirkung als Hitzeschild optimiert ist.
Wie in 1 gezeigt, kann die Welle 3 zwischen dem Lager-Wellenabschnitt 8 und der Nut 13 mit einer Ölschleudernut 22 ausgestattet sein. Diese Ölschleudernut 22 hat den Vorteil, dass von der Schmiermittelversorgungseinrichtung 11 in Richtung des Dichtringes 14 eindringendes und über die Ölschleudernut 22 wanderndes Öl bei Rotation der Welle 3 so von der Ölschleudernut 22 weggeschleudert wird, dass ein Eindringen des Öls in den ölführenden Zwischenraum 16 zumindest verringert ist (vgl. 2).
Aus der 2 geht hervor, dass zwischen dem Nabenabsatz 20 und dem Gehäuseabsatz 21 ein erster Zwischenraum 23 angeordnet ist. Eine axiale Länge des Zwischenraums 23 zwischen dem Nabenabsatz 20 und dem Gehäuseabsatz 21 kann dabei von 0,2 mm bis 0,4 mm betragen. Darüber hinaus kann ein zweiter Zwischenraum 24 zwischen dem Nabenabsatz 20 und dem Naben-Gehäuseabschnitt 10 vorgesehen sein, dessen radiale Länge zwischen dem Nabenabsatz 20 und dem Naben-Gehäuseabschnitt 10 zwischen 0,2 mm und 0,4 mm betragen kann. Der Dichtring 14 kann einen Außendurchmesser von 10 mm bis 16 mm aufweisen.
Gemäß 3 ist es allerdings auch möglich, dass die Ebene der zum Turbinenrad 2 hin orientierten Ringfläche 25 nicht, wie in 2 dargestellt, quer zur Welle 3 angeordnet ist, sondern dass die Ringfläche 25 in Richtung des Nabenabsatzes 20 geneigt verläuft. Verläuft die Ringfläche 25 geneigt, hat sie die Form eines Kegelstumpfmantels. Dabei kann ein Winkel zwischen der Ringfläche 25 und einer zu dem Dichtring 14 hin orientierten Mantelfläche 26 des Gehäuseabsatzes 21 bis zu 180° betragen.
Eine bevorzugte Ausführungsform, gemäß 4, ist mit einer Ringnut 18 in Form einer Scaniastufe 19 ausgestattet, weist jedoch zwischen der Nut 13 und dem Lager-Wellenabschnitt 8 keine Ölschleudernut 22 auf.
Des Weiteren ist eine in 5 gezeigte Ausführungsform denkbar, die zwar einen in der Nut 13 angeordneten Dichtring 14 aufweist, aber weder mit einer Ölschleudernut 22 noch mit einer als Scaniastufe 19 ausgebildeten Ringnut 18 ausgestattet ist.
Eine besondere Ausführungsform mit einer speziell ausgebildeten Ölschleudernut 22, wie in 6 dargestellt, weist zumindest einen im Bereich der Ölschleudernut 22 und an der Welle 3 ausgebildete Ringwulst 27, 27' auf. Bevorzugt begrenzt der im Bereich des Dichtrings 14 angeordnete Ringwulst 27' zumindest teilweise einen zwischen Nabe 9 und Naben-Gehäuseabschnitt 10 angeordneten und zwischen dem Dichtring 14 und der Ölschleudernut 22 positionierten Ringspalt 28. Dabei kann aufgrund des Ringspaltes 28 und im Bereich des Ringspaltes 28 die Nabe 9 von dem Naben-Gehäuseabschnitt 10 ca. 0,2 mm bis 0,4 mm beabstandet sein.
In einer weiterentwickelten Ausführungsform, wie diese in 7 dargestellt ist, können der Nabenabsatz 20 und der Gehäuseabsatz 21 in Form einer Labyrinth dichtung 29 ausgebildet sein. Dies kann z. B. durch einen mäanderförmigen Verlauf des Spaltes zwischen dem Naben-Gehäuseabschnitt 10 und der Nabe 9, wie gezeigt, ereicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004057138 A1 [0002]

Claims

Abgasturbolader (1) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit – einer ein Turbinenrad (2) und ein Verdichterrad tragenden Welle (3), – einem Gehäuse (4), – einem Lagerbereich (5) der Welle (3), umfassend eine Lagereinrichtung (6, 6'), einen Lager-Gehäuseabschnitt (7) und einen Lager-Wellenabschnitt (8), – einer abgasseitigen, zwischen Lagerbereich (5) der Welle (3) und Turbinenrad (2) liegenden Nabe (9) der Welle (3), – zumindest einer Nut (13) in der Nabe (9) und – zumindest einem in der Nut (13) der Nabe (9) einbringbaren Dichtring (14) zur Wellenabdichtung, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Nabe (9) der Welle (3), zwischen der Nut (13) und dem Turbinenrad (2) ein radialer Nabenabsatz (20) ausgebildet ist und – dass in einem die Nabe (9) umgebenden Naben-Gehäuseabschnitt (10) ein mit dem radialen Nabenabsatz (20) kommunizierender radialer Gehäuseabsatz (21) ausgebildet ist, so dass der radiale Nabenabsatz (20) im Zusammenwirken mit dem radialen Gehäuseabsatz (21) einen Hitzeschild für zumindest einen Dichtring (14) zum Schutz gegen die heißen Abgase ausbildet.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (6, 6') mit zumindest einem Gleitlager und/oder zumindest einem Wälzlager ausgestattet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbereich (5) durch ein Schmiermittel, das ein mineralisches Motorenöl und/oder ein synthetisches Motorenöl und/oder ein Mehrbereichsöl und/oder ein Leichtlauföl und/oder ein insbesondere wartungsfreies Hochleistungsöl enthält oder daraus besteht, geschmiert ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringnut (18) im Naben-Gehäuseabschnitt (10), insbesondere eine Scaniastufe (19), direkt hinter zumindest einem Dichtring (14), zwischen diesem Dichtring (14) und dem Lagerbereich (5) ausgeformt ist, so dass der Dichtring (14) nicht in die Ringnut (18) des Naben-Gehäuseabschnittes (10) hineinragt.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen des radialen Nabenabsatzes (20) und des radialen Gehäuseabsatzes (21) bezüglich des Wärmeschutzes für zumindest einen Dichtring (14) optimiert sind.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zwischenraum (23) zwischen dem Nabenabsatz (20) und dem Gehäuseabsatz (21) eine axiale Länge von ca. 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zwischenraum (24) zwischen dem Nabenabsatz (20) und dem Naben-Gehäuseabschnitt (10) eine radiale Länge von ca. 0,2 mm bis 0,4 mm aufweis.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines Ringspaltes (28) die Nabe (9) 0,2 mm bis 0,4 mm von dem Naben-Gehäuseabschnitt (10) beabstandet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) eine zwischen der Nut (13) und dem Lager-Wellenabschnitt (8) angeordnete Ölschleudernut (22) aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) in dem Bereich der Ölschleudernut (22) zumindest einen Ringwulst (27, 27') aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ringwulst (27') so angeordnet ist, dass durch diesen der Ringspalt (28) begrenzt ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (9) im Bereich des Nabenabsatzes (20) und der Naben- Gehäuseabschnitt (10) im Bereich des Gehäuseabsatzes (21) so ausgebildet sind, dass zwischen der Nabe (9) und dem Naben-Gehäuseabschnitt (10) eine Labyrinthdichtung (29) ausgebildet ist.