DE102010025985A1

DE102010025985A1 - Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft

Info

Publication number: DE102010025985A1
Application number: DE102010025985A
Authority: DE
Inventors: Hubert Hagel; Jürgen Licht; Stefan Cölsch; Joachim Nusser; Andreas Lechleiter
Original assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: DE102010025985B4

Abstract

Es wird eine Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor mit einem Spiralverdichter und mit wenigstens einem, von einer Welle durchsetzten Wellendichtring zur Abdichtung der Welle gegenüber dem den Wellendichtring umgebenden Außenteil zur Vermeidung des Durchtritts von Lagerschmiermittel vorgeschlagen, wobei sich ein besserer Sitz des Wellendichtrings in Bezug auf die Gefahr des Lösens in axialer Richtung ergibt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens ein Rastelement (25) vorgesehen ist, das beim Einfügen des Wellendichtrings (17) in axialer Richtung mit dem den Wellendichtring (17) umgebenden Außenteil verrastet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für den Einsatz am Verbrennungsmotor sind verschiedene Ladevorrichtungen bekannt geworden. So gibt es so genannte Turbolader, die über den Abgasstrom des Motors angetrieben werden. Darüber hinaus gibt es Ladevorrichtungen, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Unter den Verdrängermaschinen sind u. a. auch Vorrichtungen bekannt geworden, die mit einem Spiralverdichter arbeiten. In einem solchen Verdichter wird ein Verdrängerkörper entlang einem spiralförmigen Gehäuse bewegt. In der Regel ist der Verdrängerkörper ebenfalls spiralförmig und über einen Exzenter mit einer Antriebswelle angetrieben. Ladevorrichtungen mit Spiralverdichter wurden beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2007 043 579 A1 , DE 10 2007 043 595 B4 , DE 26 034 62 oder EP 0 899 423 A1 beschrieben.
Derartige Ladevorrichtungen weisen zur Führung des Verdrängerkörpers durch eine rotatorische Bewegung verschiedene Lagerstellen auf, die zur Erzielung der gewünschten Standfestigkeit im Dauerbetrieb mit einem Schmiermittelreservoir versehen sind. Dieses Schmiermittel muss über Wellendichtringe gegenüber der Außenumgebung und insbesondere der Ladeluft abgedichtet werden. Der Wellendichtring befindet sich somit zwischen der entsprechenden Welle und dem die Welle umgebenden Bauelement zur Vermeidung des Durchtritts von Schmiermittel.
In axialer Richtung werden Wellendichtringe üblicherweise in einen Presssitz eingepresst, wobei sie durch den radialen Druck auf die Dichtfläche des den Wellendichtring umgebenden Bauteils gehalten werden. Beim Einsatz in einer Vorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft entsteht hierbei auf Grund verschiedener Voraussetzungen die Gefahr, dass sich die Wellendichtringe in axialer Richtung aus ihrem Sitz lösen können.
Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu beheben.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten von Ladeluft dadurch aus, dass wenigstens ein Rastelement vorgesehen ist, das beim Einfügen des Wellendichtrings in axialer Richtung in ein den Wellendichtring umgebendes Außenteil mit einem Rastelement des Außenteils verrastet.
Durch diese Maßnahme wird zuverlässig verhindert, dass durch ein Wellendichtring nach dem Einfügen in seinen Sitz in entgegen gesetzter Richtung wieder selbsttätig lösen kann. Dabei bleibt eine einfache Montage durch Fügen, gegebenenfalls auch durch Einpressen in axialer Richtung erhalten, so dass der Zusammenbau einer entsprechenden Ladevorrichtung nicht erschwert wird.
Vorteilhafterweise weist das den Wellendichtring umgebende Außenteil als Rastelement wenigstens eine Rastausnehmung zur Aufnahme von wenigstens einem Rastvorsprung des Wellendichtrings auf. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, dass eine Rastausnehmung in einer innenzylindrischen Fläche des Außenteils einfacher anzubringen ist, als ein entsprechender Vorsprung. Insbesondere kann dies durch einfachen Materialabtrag ohne größeren Materialverlust vorgenommen werden. Eine Rastausnehmung kann dabei als Ringausnehmung beispielsweise durch Drehen angebracht werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine oder mehrere lokale Ausnehmungen anzubringen, die sich nicht über den gesamten Umfang ringförmig erstrecken, sondern beispielsweise die Form eines Ringsegments oder einer Rundbohrung aufweisen können.
Grundsätzlich ist jedoch auch die umgekehrte Bauweise möglich, indem der Wellendichtring mit wenigstens einer Rastaufnehmung zur Aufnahme von wenigstens einem Rastvorsprung des den Wellendichtring umgebenden Außenteils aufweist. Auch diese Bauform kann gewählt werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen, beispielsweise dann, wenn durch den Aufbau und die Form des Wellendichtrings an diesem Ausnehmungen einfacher anzubringen sind als Vorsprünge.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Wellendichtring mit einem Ringgehäuse versehen, das das wenigstens eine Rastelement des Wellendichtrings umfasst. Ein Wellendichtring in dieser Ausführung ist durch das Ringgehäuse besonders formstabil. Zudem ist durch ein Rastelement am Ringgehäuse auch die Formstabilität des Rastelements gewährleistet so dass die Sicherung gegen unbeabsichtigtes axiales Lösen des Wellendichtrings durch diese Anordnung verbessert wird.
Eine erfindungsgemäße Fixierung eines Wellendichtrings in dem diesen umgebenden Außenteil ist besonders vorteilhaft dort einsetzbar, wo das Ringgehäuse eines Wellendichtrings und das Material des umgebenden Außenteils unterschiedliche Wärmekoeffizienten aufweisen und zugleich entsprechende Temperaturunterschiede während des üblichen Betriebs zu erwarten sind. In einer solchen Konstellation besteht die erhöhte Gefahr des unbeabsichtigten Lösens eines Wellendichtrings dann, wenn sich die Umgebung des Wellendichtrings stärker ausdehnt, als der Dichtring selbst, so dass die Haltekraft durch Reibung des Wellendichtrings im umgebenden Bauteil verringert wird. Kommt sodann ein entsprechender Innendruck auf der Schmiermittelseite hinzu, besteht die erhöhte Gefahr, dass sich der Wellendichtring in axialer Richtung löst. Durch die erfindungsgemäße Verrastung des Wellendichtrings in dem den Wellendichtung umgebenden Außenteil wird auch bei derart unterschiedlichen Wärmekoeffizienten eine zuverlässige Positionierung gewährleistet.
Das Ringgehäuse des Wellendichtrings kann in einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung aus Stahl gefertigt sein. Eine solche Ausgestaltung bietet Vorteile im Hinblick auf Formstabilität und Temperaturbeständigkeit. Allerdings kann dann das Außenteil mit seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem des Ringgehäuses abweichen.
Insbesondere bei erfindungsgemäßem Einsatz eines Wellendichtrings in einer Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft wird das den Wellendichtring umgebende Außenteil bevorzugt wenigstens teilweise aus einem Leichtmetall, beispielsweise Magnesium und/oder Aluminium/Titan oder dgl. gefertigt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn dieses Bauteil selbst während des Betriebs der Ladevorrichtung bewegt wird. Insbesondere in einem Spirallader stellt es eine große technische Herausforderung dar, einen Rundlauf herzustellen, da der spiralförmige Verdrängerkörper sowie dessen Führungselemente die ebenfalls Drehbewegungen ausführen, häufig eine Masseverteilung mit einem Schwerpunkt aufweisen können, der exzentrisch zur Drehachse liegt. Je weniger Masse dementsprechend in derartigen Bauteilen verbaut wird, umso geringer wird die dadurch verursachte Unwucht bzw. umso leichter kann der hierbei erforderliche Mastenausgleich mit Ausgleichsgewichten realisiert werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Ringgehäuse eines Wellendichtrings und ein das wenigstens eine Rastelement aufweisende Rastteil mit dem Ringgehäuse wenigstens zweiteilig ausgebildet. In diesem Fall kann das Rastteil separat gefertigt und in einer Montage in oder an dem Ringgehäuse fixiert werden. Auf diese Weise kann eine konstruktiv einfachere Ausgestaltung des Ringgehäuses beispielsweise mit Ausnehmungen gewählt werden, wobei durch einfaches Fixieren eines solchen Rastteils in derartigen Ausnehmungen Rastvorsprünge am Wellendichtring realisierbar sind, die anschließend an dem den Wellendichtring umgebenden Außenteil verrasten können.
Durch die Sicherung eines solchen separaten Rastteils am Ringgehäuse in einer Vormontage ergibt sich wiederum ein als einheitliches Bauteil handhabbarer Wellendichtring, der in einem Montageschritt in axialer Richtung in seinen Sitz im Außenteil montierbar beispielsweise verpressbar ist.
In dieser Bauform kann das Rastteil zudem aus einem vom Ringgehäuse abweichenden Material hergestellt werden. Beispielsweise ist auch eine Kunststofffertigung für ein derartiges Rastteil denkbar. Darüber hinaus kann mit einer solchen separaten Ausgestaltung des Rastteils dieses auch im Hinblick auf die Rasteigenschaften spezifisch ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein entsprechend federndes Material oder eine entsprechend federnde Formgebung vorgesehen werden, ohne dass die Anforderungen an das Ringgehäuse z. B. im Hinblick auf die Formstabilität hierdurch beeinträchtigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1: einen Spirallader mit Wellendichtringen in Schnittdarstellung
2: eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellendichtrings und
3: eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellendichtrings.
Der Spirallader 1 gemäß 1 umfasst eine Verdrängerspirale 2, die über eine Laderwelle 3 mit Hilfe einer Riemenscheibe 4 angetrieben wird. Die Laderwelle 3 ist auf einer Seite mit einem Lagerwellenlager 5 gelagert, das über einen Wellendichtring 6 abgedichtet ist. Eine entsprechende Dichtungsaufnahme 7 im Ladergehäuse 8 bildet für diesen Wellendichtring 6 bzw. die Laderwelle 3 ein den Wellendichtring umgebendes Außenteil gemäß dem Patentanspruch 1.
Des Weiteren umfasst die Laderwelle einen exzentrischen Kurbelabschnitt 9 auf dem die Verdrängerspirale 2 über ein Exzenterlager 10 in einer exzentrischen Bewegung angetrieben wird. Beidseits des Exzenterlagers 10 sind zwei weitere Wellendichtringe 11, 12 angebracht, die den Schmiermittel beladenen, dem Exzenterlager 10 zugewandten Innenraum 13 gegenüber der Ladeluft abdichtet. Die Verdrängerspirale 2 ist für die exzentrische Lagerung mit einem Mittelsteg 14 versehen, der im Bereich des Kurbelabschnitts 9 eine zylinderförmige Lageraufnahme 15 aufweist. Die Lageraufnahme 15 stellt somit ebenfalls ein anspruchsgemäßes, den Wellendichtring umgebendes Außenteil dar. Der Kurbelabschnitt 9 der Laderwelle entspricht im Bereich der Wellendichtringe 11, 12 folgerichtig dann einer die Wellendichtringe 11, 12 durchsetzenden Welle.
Da die Verdrängerspirale wie alle mit ihr verbundenen oder einstückig ausgeführten Komponenten, insbesondere auch die Lageraufnahme 15 eine Masseverteilung ergeben, deren Schwerpunkt exzentrisch zur Hauptachse H umläuft, ergibt sich durch diese Rotation eine Unwucht. Diese Unwucht wird durch Ausgleichsmasse 16, 17 weitgehend kompensiert.
Um diese Kompensation zu vereinfachen und eine etwaige verbleibende Unwucht zu minimieren, empfiehlt es sich die derart bewegten Teile möglichst leicht zu gestalten, beispielsweise aus einem Leichtmetall, wie Aluminium, Magnesium, etc. zu fertigen. Bei Verwendung von Wellendichtringen 11, 12 mit Stahlgehäusen erhöht sich dann bei erhöhten Betriebstemperaturen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die eingangs beschriebene Gefahr, dass sich die Wellendichtringe 11, 12 aus ihrem Sitz in axialer Richtung lösen. Dementsprechend werden erfindungsgemäß die Wellendichtringe gemäß Anspruch 1 ausgebildet. In 2 ist eine erste Ausführungsvariante eines solchen Wellendichtrings dargestellt. Das in 2 nicht dargestellte, den Wellendichtring umgebende Außenteil 16 ist beispielsweise durch den Kurbelabschnitt 9 mit seiner Lageraufnahme 15 realisiert.
Der Wellendichtring 17 kann beispielsweise den Wellendichtring 11 oder 12 darstellen. Auch der Wellendichtring 6 kann entsprechend ausgeführt sein, um diesen in dem Ladergehäuse zu fixieren.
Der Wellendichtring 17 umfasst eine Elastomerdichtung 18, die an ein Ringgehäuse 19 angeformt ist. Die Elastomerdichtung weist gegenüber dem Außenteil 16 bzw. der Lageraufnahme 15 eine Dichtfläche 20 auf. In der Regel werden Wellendichtringe mit Dichtlippen 22 versehen, die elastisch dichtend an der zugehörigen Welle 23 anliegen. Die Dichtlippe 22 sowie die durch die Dichtlippe 22 abzudichtende Welle 23 sind in 2 dargestellt.
Der Wellendichtring 17 gemäß 2 ist nunmehr erfindungsgemäß gegen ein Lösen in axialer Richtung A gesichert. Hierzu sind im Außenteil 16 eine Ausnehmung 24 angebracht, die mit einer Rastnase 25 mittels Ringgehäuses 19 wechselwirkt. Beim Einpressen des Wellendichtrings 17 in zur Richtung A entgegen gesetzten Richtung rastet die Rastnase 25 in der Ausnehmung 24 ein, so dass sich eine Hinterschneidung bildet. Hieraus resultiert eine zuverlässige Sicherung gegen unerwünschtes Lösen in Richtung A.
In 3 ist eine zweite Alternative für einen Wellendichtring 17 dargestellt. Die mit der Variante gemäß 2 übereinstimmenden Bauelemente sind mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Abweichend von der in 2 dargestellten Variante ist das Ringgehäuse 26 nunmehr mit Ausnehmungen 27 versehen, die von einem zusätzlichen Rastteil 28 durchsetzt sind. Das Rastteil 28 kann beispielsweise ein Kunststoffring sein, der umfangseitig mit radial abstehenden Rastnoppen 29 als Rastelemente versehen ist, die die Ausnehmung 27 durchsetzen und rastend in die Rastaufnahme am Außenteil 16 einrasten. Der Rastring 28 kann vor der Montage in das Außenteil 16 in das Ringgehäuse 26 eingesetzt werden, so dass der so vormontierte Wellendichtring 17 als ein Bauteil handhabbar ist. Bei der Montage eines solchen Wellendichtrings ergeben sich somit gegenüber bekannten Wellendichtringen ohne axiale Sicherung keinerlei Nachteile.
Neben den beiden beschriebenen Ausführungsvarianten sind noch weitere Möglichkeiten denkbar. Wesentlich bei der Erfindung ist, dass bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laden von Ladeluft die Wellendichtringe gegen axiales Lösen erfindungsgemäß gesichert sind. Dies bietet generelle Vorteile für einen zuverlässigen Dauerbetrieb, insbesondere jedoch dann, wenn das Außenteil gegenüber dem Ringgehäuse des Wellendichtrings einen stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und die Betriebstemperaturen großen Schwankungen unterworfen sind.
Bezugszeichenliste

1: Spirallader
2: Verdrängerspirale
3: Laderwelle
4: Riemenscheibe
5: Laderwellenlager
6: Wellendichtring
7: Dichtungsaufnahme
8: Ladergehäuse
9: Kurbelabschnitt
10: Exzenterlager
11: Wellendichtring
12: Wellendichtring
13: Innenraum
14: Mittelsteg
15: Lageraufnahme
16: Außenteil
17: Wellendichtring
18: Elastomerdichtung
19: Ringgehäuse
20: Dichtfläche
21: Dichtfläche
22: Dichtlippe
23: Welle
24: Ausnehmung
25: Rastnase
26: Ringgehäuse
27: Ausnehmungen
28: Rastteil
29: Rastnocken
30: Rastaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007043579 A1 [0002]
DE 102007043595 B4 [0002]
DE 2603462 [0002]
EP 0899423 A1 [0002]

Claims

Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor mit einem Spiralverdichter und mit wenigstens einem, von einer Welle durchsetzten Wellendichtring zur Abdichtung der Welle gegenüber dem den Wellendichtring umgebenden Außenteil zur Vermeidung des Durchtritts von Lagerschmiermittel, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rastelement (25) vorgesehen ist, das beim Einfügen des Wellendichtrings (17) in axialer Richtung mit dem den Wellendichtring (17) umgebenden Außenteil verrastet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das dem Wellendichtring (17) umgebende Außenteil wenigstens eine Rastausnehmung zur Aufnahme von wenigstens einem Rastvorsprung (25) des Wellendichtrings (17) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wellendichtring wenigstens eine Rastausnehmung zur Aufnahme von wenigstens einem Rastvorsprung des den Wellendichtring umgebenden Außenteils aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wellendichtring (17) ein Ringgehäuse (19) aufweist, das wenigstens ein Rastelement (25) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Ringgehäuse (19) und das den Wellendichtring (17) gebende Außenteil unterschiedliche Wärmekoeffizienten aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Ringgehäuse (19) aus Stahl gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das den Wellendichtring (17) umgebende Außenteil wenigstens teilweise aus Leichtmetall gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das den Wellendichtring (17) umgebende Außenteil wenigstens teilweise aus Magnesium und/oder Aluminium und/oder Titan gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Welle und/oder das den Wellendichtring (11, 12) umgebende Außenteil (9) exzentrisch drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringgehäuse (26) und ein mit diesem wenigstens zweiteilig ausgebildetes, wenigstens ein Rastelement (29) aufweisendes Rastteil (28) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Rastteil (28) im Ringgehäuse (26) vor der Montage des Wellendichtrings fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Rastteil (28) mit wenigstens einem Rastvorsprung (29) versehen ist, der wenigstens eine Aufnahmeöffnung des Ringgehäuses (26) durchsetzt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Rastteil (28) wenigstens teilweise aus einem anderen Material als das Ringgehäuse (26) besteht.