DE102011117865A1

DE102011117865A1 - Sealing arrangement for exhaust gas turbine, has housing and shaft that are disassembled by moving housing and shaft in direction of the axis of rotation

Info

Publication number: DE102011117865A1
Application number: DE102011117865A
Authority: DE
Inventors: Thomas Vogelgsang
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08

Abstract

The sealing arrangement has housing (2) which encloses a shaft (1) to define a sealing gap (4) in which a seal (5) is inserted. The seal engages housing in a first circumferential groove (6) in the shaft and second circumferential groove (7). The housing and shaft are disassembled by moving the housing and shaft in the direction of the axis of rotation (3). A contact pressure is applied in the seal along the first and second circumferential grooves by the displacement of the shaft and housing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Abgasturbine, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a sealing arrangement, in particular for an exhaust gas turbine, in detail according to the preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Dichtungsanordnungen umfassen wenigstens eine Dichtung und werden beispielsweise in Abgasturbinen eingesetzt, um die in einem Gehäuse gelagerte Welle der Abgasturbine gegen dieses Gehäuse abzudichten. Die Dichtung ist dabei in der Regel in einem von der Welle und dem Gehäuse begrenzten Dichtspalt eingesetzt. Durch die Dichtung wird ein Austritt der heißen Abgase zwischen dem Gehäuse und der Welle der Abgasturbine vermieden. Derartige Abgasturbinen umfassen ein drehfest mit der Welle umlaufendes Turbinenrad, welches zu dessen Antrieb von Abgas eines Verbrennungsmotors beaufschlagbar ist. Die Dichtung ist dabei in der Regel in Axialrichtung der Welle gesehen zwischen dem Turbinenrad und einem Lager, welches die Welle gegenüber dem Gehäuse oder umgekehrt lagert, angeordnet und in jeweils einer ersten Umfangsnut in der Welle und zugleich in einer zweiten, entgegengesetzten Umfangsnut in dem Gehäuse eingebracht.Generic sealing arrangements comprise at least one seal and are used for example in exhaust gas turbines in order to seal the shaft of the exhaust gas turbine shaft mounted in a housing against this housing. The seal is usually used in a limited by the shaft and the housing sealing gap. The seal avoids leakage of the hot exhaust gases between the housing and the shaft of the exhaust gas turbine. Such exhaust gas turbines comprise a rotationally fixed to the shaft rotating turbine wheel, which is acted upon by the drive of exhaust gas of an internal combustion engine. The seal is usually seen in the axial direction of the shaft between the turbine wheel and a bearing, which supports the shaft relative to the housing or vice versa, arranged and in each case a first circumferential groove in the shaft and at the same time in a second, opposite circumferential groove in the housing brought in.

Die Abgasturbine kann Teil eines Abgasturboladers sein, wobei dann die Welle ein Verdichterrad antreibt, um verdichtete Frischluft dem Verbrennungsmotor zuzuführen. Ist die Abgasturbine hingegen Teil eines Turbo-Compoundsystems, so dient die Welle zur Übertragung der aus der Abgasenergie gewonnenen mechanischen Energie über ein zwischengeschaltetes Getriebe auf eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, insbesondere Kurbelwelle.The exhaust gas turbine may be part of an exhaust gas turbocharger, in which case the shaft drives a compressor wheel in order to supply compressed fresh air to the internal combustion engine. On the other hand, if the exhaust gas turbine is part of a turbo-compound system, the shaft serves to transmit the mechanical energy obtained from the exhaust gas energy via an intermediate gearbox to an output shaft of the internal combustion engine, in particular crankshaft.

Die Komponenten derartiger Abgasturbinen und die der Dichtungsanordnungen unterliegen dabei im Betrieb hohen mechanischen und thermischen Belastungen. Die zwischen Gehäuse und Welle angeordnete Dichtung, welche beispielsweise als Kolbenring ausgeführt ist, erzeugt die gewünschte Dichtwirkung durch Reibung mit der Welle. Dadurch unterliegt die Dichtung einem erhöhten Verschleiß und muss von Zeit zu Zeit erneuert werden. Dazu muss in der Regel das Gehäuse und die Welle durch Verschieben des Gehäuses beziehungsweise der Welle in Richtung deren Drehachse demontiert werden. Damit die Welle überhaupt aus dem Gehäuse entnommen werden kann, muss dafür gesorgt werden, dass beim Herausziehen der Welle die sowohl in die Umfangsnut der Welle als auch in die des Gehäuses greifende Dichtung die herauszuziehende Welle nicht mit dem Gehäuse verklemmt. Hierzu kann die Dichtung beispielsweise wenigstens teilweise in die Umfangsnut der Welle hinein verschoben werden, damit der Teil der Dichtung, welcher über die Umfangsnut der Welle hinaussteht nicht am Gehäuse aufsitzt und damit ein Herausziehen der Welle aus dem Gehäuse behindert. Um die Dichtung nun in die Umfangsnut der Welle zu verschieben, muss ein Spezialwerkzeug in den Dichtspalt zwischen Gehäuse und Welle eingeschoben werden, welches die Dichtung am Außenumfang staucht und diese nahezu bündig mit der Umfangsnut der Welle in diese hineindrückt.The components of such exhaust gas turbines and the seal assemblies are subject during operation high mechanical and thermal loads. The arranged between the housing and shaft seal, which is designed for example as a piston ring, generates the desired sealing effect by friction with the shaft. As a result, the seal is subject to increased wear and must be renewed from time to time. For this purpose, the housing and the shaft must be dismantled by moving the housing or the shaft in the direction of the axis of rotation in the rule. So that the shaft can be removed from the housing at all, it must be ensured that, when pulling out the shaft, both the circumferential groove of the shaft and the housing of the gasket does not jam the shaft to be pulled out with the housing. For this purpose, the seal, for example, at least partially be moved into the circumferential groove of the shaft, so that the part of the seal, which protrudes beyond the circumferential groove of the shaft is not seated on the housing, thus hindering withdrawal of the shaft from the housing. To move the seal now in the circumferential groove of the shaft, a special tool must be inserted into the sealing gap between the housing and shaft, which compresses the seal on the outer circumference and pushes it almost flush with the circumferential groove of the shaft in this.

Nachteilig hieran ist, dass dieses Spezialwerkzeug zum Einen einer besonderen Konstruktion der Dichtungsanordnung bedarf, damit das Spezialwerkzeug in den Dichtspalt eingeführt werden kann. Eine solche komplexe Konstruktion ist dabei mit hohen Herstellungskosten verbunden, vor allem dann, wenn mehrere axial beabstandete Dichtungen entlang der Welle vorgesehen werden. Gleichzeitig steigen bei der Demontage die Montagekosten, da insbesondere das Herausnehmen der Welle aus dem Gehäuse mittels des Spezialwerkzeugs mit erheblichem Aufwand verbunden ist.The disadvantage of this is that this special tool on the one hand requires a special construction of the seal arrangement, so that the special tool can be inserted into the sealing gap. Such a complex construction is associated with high production costs, especially if a plurality of axially spaced seals are provided along the shaft. At the same time increase in disassembly assembly costs, since in particular the removal of the shaft from the housing by means of special tools associated with considerable effort.

Aus dem Stand der Technik sind deshalb Ansätze bekannt geworden, mittels denen ein Einsatz eines solchen Spezialwerkzeugs vermieden wird, beispielsweise durch ein in Umfangsrichtung geteiltes Gehäuse. Derartige Ansätze erfordern jedoch noch komplexere Konstruktionen einer solchen Dichtungsanordnung.Therefore approaches have become known from the prior art, by means of which use of such a special tool is avoided, for example by a circumferentially divided housing. However, such approaches require even more complex constructions of such a seal assembly.

Ein anderer Ansatz einer solchen Dichtungsanordnung für eine Abgasturbine ist aus der DE 37 37 932 A1 bekannt geworden. Um eine einfache Demontage zu ermöglichen, greift eine der zwei mit Sperrmedium beaufschlagten Dichtungen, nämlich die dem Turbinenrad abgewandte Dichtung lediglich in eine Umfangsnut der Welle ein. Dadurch kann die gesamte Welle aus dem Gehäuse herausgezogen werden, ohne dass sich eine der Dichtungen mit dem Gehäuse verklemmt.Another approach of such a sealing arrangement for an exhaust gas turbine is known from DE 37 37 932 A1 known. In order to enable easy disassembly, engages one of the two acted upon with sealing medium seals, namely the turbine wheel facing away from the seal only in a circumferential groove of the shaft. This allows the entire shaft to be pulled out of the housing without jamming any of the seals to the housing.

Obwohl sich diese Ausführungsform als zuverlässig arbeitend herausgestellt hat, wäre es wünschenswert, eine nicht minder wirksame Ausführungsform anzugeben, welche im Hinblick auf den Gesamtbetrieb der Abgasturbine weitere Vorteile bei geringem konstruktiven Aufwand und geringeren Herstellungs- und Montagekosten bietet.Although this embodiment has been found to work reliably, it would be desirable to provide a no less effective embodiment, which offers further advantages in terms of overall operation of the exhaust gas turbine engine with low design complexity and lower manufacturing and assembly costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbesserung einer derartigen Dichtungsanordnung zu realisieren, mittels der die Herstellungskosten und Montagekosten bei der Demontage einer solchen minimiert werden. Insbesondere soll auf eine komplexe Konstruktion sowie den Einsatz von Spezialwerkzeug bei der Demontage verzichtet werden.The object of the present invention is therefore to realize an improvement of such a sealing arrangement, by means of which the manufacturing costs and installation costs are minimized during the disassembly of such. In particular, should be dispensed with a complex design and the use of special tools during disassembly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich dabei aus den abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by the characterizing part of claim 1 solved mentioned features. Advantageous developments of the solution according to the invention will become apparent from the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Abgasturbine, umfasst eine Welle sowie ein Gehäuse, welches die Welle umschließt, wobei die Welle relativ zum Gehäuse über einer Drehachse oder umgekehrt das Gehäuse relativ zur Welle umläuft. Gehäuse und Welle begrenzen zusammen einen Dichtspalt, in dem wenigstens eine Dichtung eingebracht ist. Die Dichtung greift dabei in eine erste Umfangsnut in der Welle und zugleich in eine zweite, entgegengesetzte Umfangsnut in das Gehäuse ein. Das Gehäuse und die Welle sind durch Verschieben des Gehäuses und/oder der Welle in Richtung der Drehachse demontierbar. Die Dichtung, die Welle und/oder das Gehäuse weist/weisen wenigstens eine in einem Axialschnitt durch die Drehachse gesehen schräg zur Drehachse stehende erste Oberfläche auf, welche bei der Demontage durch Verschieben des Gehäuses und/oder der Welle in Richtung der Drehachse eine Anpresskraft auf die Dichtung in Richtung in die erste oder die zweite Umfangsnut hinein bewirkt.A sealing arrangement according to the invention, in particular for an exhaust gas turbine, comprises a shaft and a housing which encloses the shaft, wherein the shaft rotates relative to the housing via an axis of rotation or conversely the housing relative to the shaft. Housing and shaft together define a sealing gap in which at least one seal is introduced. The seal engages in a first circumferential groove in the shaft and at the same time in a second, opposite circumferential groove in the housing. The housing and the shaft can be disassembled by moving the housing and / or the shaft in the direction of the axis of rotation. The seal, the shaft and / or the housing has / have at least one seen in an axial section through the axis of rotation obliquely to the axis of rotation stationary first surface, which during disassembly by moving the housing and / or the shaft in the direction of the axis of rotation on a pressing force causes the seal in the direction of the first or the second circumferential groove.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der ersten Oberfläche wird lediglich durch Verschieben beispielsweise der Welle in Richtung der Drehachse (in Axialrichtung der Welle) eine auf die erste Dichtung im Wesentlichen in Richtung auf die Drehachse (in Radialrichtung der Drehachse) wirkende Anpresskraft erzielt, sodass die Dichtung ohne den Einsatz von Spezialwerkzeug aus der ersten beziehungsweise zweiten Umfangsnut herausgezogen werden kann. Das Gehäuse beziehungsweise die Welle dient dabei selbst als Spezialwerkzeug. Gleichzeitig kann eine relativ komplexe Konstruktion der Dichtungsanordnung zur Demontage der entsprechenden Dichtung vermieden werden. Die erste Oberfläche kann dabei eine einzige insbesondere rotationssymmetrische, über den Umfang geschlossene Oberfläche, beispielsweise eine Mantelfläche eines Kegels sein oder aber aus mehreren Einzeloberflächen, welche beispielsweise über den Umfang der Dichtung, Welle und/oder des Gehäuses verlaufen, gebildet sein.The inventive design of the first surface is achieved only by moving, for example, the shaft in the direction of the axis of rotation (in the axial direction of the shaft) acting on the first seal substantially in the direction of the axis of rotation (in the radial direction of the axis of rotation) contact pressure, so that the seal without the use of special tool can be pulled out of the first and second circumferential groove. The housing or the shaft itself serves as a special tool. At the same time a relatively complex construction of the seal assembly for disassembly of the corresponding seal can be avoided. In this case, the first surface can be a single, in particular rotationally symmetric, surface that is closed over the circumference, for example a lateral surface of a cone, or it can be formed from a plurality of individual surfaces, which run over the circumference of the seal, shaft and / or housing, for example.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Dichtung durch wenigstens einen Kolbenring gebildet, der auf seinem Umfang einen von einem Umfangsspalt gebildeten Stoß umfasst, an dem sich zwei Stoßenden des Kolbenrings gegenüberstehen. In anderen Worten ist der Kolbenring nicht über seinen Umfang geschlossen ausgeführt. Der Kolbenring ist dabei aus einem federnden Material hergestellt und derart ausgeführt, dass dieser in Umfangsrichtung eine gewisse Eigenspannung (Vorspannung) aufweist. Im ungespannten (unmontierten) Zustand weist der Kolbenring eine definierte, unrunde Form auf, welche im eingebauten Zustand zu einer im Wesentlichen kreisrunden Form verformt wird. Der Kolbenring kann dabei außenspannend ausgeführt sein, das bedeutet, dessen radial äußere Umfangsflächen legen sich im Betrieb der Dichtungsanordnung dichtend an einen Nutboden der Umfangsnut des Gehäuses an. Ist der Kolbenring hingegen innenspannend ausgeführt, so legen sich dessen radial innere Umfangsflächen im Betrieb infolge der Eigenspannung des Kolbenrings dichtend an den Nutboden der Umfangsnut der Welle an. Die Eigenspannung des Kolbenrings reicht dabei aus, um eine Selbsthemmung des Kolbenrings mit dem entsprechenden Nutboden zu erzielen. Durch diese Selbsthemmung wird ein Verdrehen des Kolbenrings im Betrieb der Dichtungsanordnung relativ zu dem Nutboden, gegen den dieser verklemmt ist, verhindert.According to a first embodiment, the seal is formed by at least one piston ring which comprises on its periphery a shock formed by a circumferential gap, against which two butt ends of the piston ring face. In other words, the piston ring is not executed closed over its circumference. The piston ring is made of a resilient material and designed such that this has a certain residual stress (preload) in the circumferential direction. In the untensioned (unmounted) state, the piston ring has a defined, non-circular shape, which is deformed in the installed state to a substantially circular shape. The piston ring can be designed to be externally tensioning, that is, the radially outer peripheral surfaces lie in the operation of the seal assembly sealingly against a groove bottom of the circumferential groove of the housing. If, on the other hand, the piston ring is designed to be internally tensioning, then its radially inner circumferential surfaces, in operation, seal against the groove bottom of the circumferential groove of the shaft as a result of the residual stress of the piston ring. The residual stress of the piston ring is sufficient to achieve a self-locking of the piston ring with the corresponding groove bottom. By this self-locking twisting of the piston ring during operation of the seal assembly is relative to the groove bottom against which it is clamped prevented.

Entsprechend kann die Umfangsnut zur Aufnahme des Kolbenrings als durchgehende (rotationssymmetrische) Nut ausgeführt sein.Accordingly, the circumferential groove for receiving the piston ring can be designed as a continuous (rotationally symmetrical) groove.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kolbenring in einem Axialschnitt durch die Drehachse drei-, vier- oder mehreckig ausgebildet. Insbesondere kann der Kolbenring in dem Axialschnitt nach Art eines unregelmäßigen Vierecks wie beispielweise eines Trapezes oder Parallelogramms ausgeführt sein.According to a further embodiment, the piston ring is formed in an axial section through the axis of rotation three-, four- or polygonal. In particular, the piston ring may be designed in the axial section in the manner of an irregular quadrilateral such as a trapezoid or parallelogram.

Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei entlang der Welle axial beabstandete Dichtungen vorgesehen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und welche einen Sperrraum abdichten. Zwischen den beiden Dichtungen mündet im Sperrraum ein Sperrmediumkanal zur Druckbeaufschlagung des Sperrraums mit Sperrmedium. Im Betrieb der Dichtungsanordnung wird durch die Druckbeaufschlagung mit Sperrmedium einerseits ein Übertritt von Schmiermittel (z. B. Öl) aus dem Lager, welches die Welle gegenüber dem Gehäuse relativlagert (oder umgekehrt) hin in Richtung des Turbinenrads vermieden. Dabei wird im Regelfall die Höhe des Sperrmediumdruckes derart gewählt, dass dieser den (atmosphärischen Druck) im Bereich des Lagers übersteigt, sodass das aus dem Lager austretende Öl davon abgehalten wird in den Sperrraum zu gelangen. Andererseits ist der Sperrmediumdruck im Normalfall auch größer als der auf der Turbinenseite anliegende Atmosphärendruck (Abgasdruck), sodass auch gleichzeitig kein Abgas in den Sperrraum gelangt. Infolge der Druckbeaufschlagung mit dem Sperrmedium wie Luft werden die beiden zusammenwirkenden Dichtungen voneinander weg auf die jeweilige Nutflanke der Umfangsnut, in der sie eingebracht sind (insbesondere die der Welle), gedrückt und erzeugen damit eine Abdichtung gegen einerseits den Übertritt von Öl und andererseits von Abgas in den Sperrraum.According to a further, particularly preferred embodiment, at least two axially spaced seals along the shaft are provided, which are arranged concentrically to each other and which seal a lock space. Between the two seals opens in the lock chamber a barrier medium channel for pressurizing the lock chamber with barrier medium. During operation of the sealing arrangement, the pressurization with blocking medium on the one hand avoids the passage of lubricant (eg oil) out of the bearing, which relatively supports the shaft relative to the housing (or vice versa) in the direction of the turbine wheel. As a rule, the height of the barrier medium pressure is selected such that it exceeds the (atmospheric pressure) in the area of the bearing, so that the oil emerging from the bearing is prevented from entering the blocking space. On the other hand, the barrier medium pressure is normally greater than the pressure applied to the turbine side atmospheric pressure (exhaust pressure), so that at the same time no exhaust gas enters the lock chamber. As a result of the pressurization with the barrier medium such as air, the two cooperating seals are pressed away from each other on the respective groove flank of the circumferential groove in which they are introduced (in particular those of the shaft), thus creating a seal against on the one hand the passage of oil and on the other hand of exhaust gas in the lock room.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsformen und der beigefügten Figuren näher erläutert werden. The invention will now be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying figures.

Es zeigen:Show it:

1 einen Teilschnitt einer schematisch dargestellten Abgasturbine; 1 a partial section of a schematically illustrated exhaust gas turbine;

2 einen Halbschnitt durch die Drehachse einer Welle einer Dichtungsanordnung; 2 a half-section through the axis of rotation of a shaft of a seal assembly;

3 einen Halbschnitt durch die Drehachse einer Welle einer Dichtungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. 3 a half-section through the axis of rotation of a shaft of a seal assembly according to a preferred embodiment.

In der 1 ist eine Abgasturbine schematisch angedeutet. Die Abgasturbine in der hier dargestellten Ausführungsform umfasst ein Turbinenrad 13, welchem über einen Ringraum 14 heißes Abgas eines nicht gezeigten Verbrennungsmotors zugeführt wird. Vorliegend erfolgt die Zuführung des Abgasstroms radial und die Abführung desselben in Axialrichtung, wie dies jeweils durch den Pfeil B angedeutet ist. Die beim Entspannen des heißen Abgases im Bereich des Turbinenrads 13 anfallende Energie treibt dabei die Welle 1 an, die vorliegend drehfest mit dem Turbinenrad 13 verbunden ist. Welle 1 ist vorliegend mittels eines Lagers 15 relativ zu einem Gehäuse 2 drehbar gelagert, in welches die Welle 1 eingesetzt ist. Letztere wird somit vom Gehäuse 2 umschlossen. Das Lager 15 ist relativ nahe an dem Turbinenrad 13. Lager 15 und Turbinenrad 13 schließen zwischen einander eine Dichtung 5 ein. Letztere dient dazu, einen Übertritt des Abgasstroms B in Richtung auf das Lager 15 zu vermeiden. Andererseits soll ein Übertritt an Schmiermittel wie Öl, welches zum Kühlen und/oder Schmieren des Lagers 15 diesen zugeführt wird (nicht gezeigt), in Richtung des Turbinenrads 13 verhindert werden.In the 1 an exhaust gas turbine is indicated schematically. The exhaust gas turbine in the embodiment shown here comprises a turbine wheel 13 which via an annulus 14 hot exhaust gas of an internal combustion engine, not shown, is supplied. In the present case, the supply of the exhaust gas flow takes place radially and the discharge of the same in the axial direction, as indicated in each case by the arrow B. The while relaxing the hot exhaust gas in the region of the turbine wheel 13 accumulating energy drives the wave 1 in the present case rotationally fixed with the turbine wheel 13 connected is. wave 1 is present by means of a warehouse 15 relative to a housing 2 rotatably mounted, in which the shaft 1 is used. The latter is thus from the housing 2 enclosed. The warehouse 15 is relatively close to the turbine wheel 13 , camp 15 and turbine wheel 13 close a seal between each other 5 one. The latter serves to transfer the exhaust gas flow B in the direction of the bearing 15 to avoid. On the other hand, should a transfer of lubricant such as oil, which for cooling and / or lubricating the bearing 15 this is supplied (not shown), in the direction of the turbine wheel 13 be prevented.

Ist die Abgasturbine dabei ein Teil eines Abgasturboladers, so steht die Welle 1 in einer Triebverbindung mit einem Verdichterrad (nicht gezeigt), um dem Verbrennungsmotor Frischluft zuzuführen. Ist die Abgasturbine hingegen Teil eines Turbo-Compoundsystems, so steht die Welle 1 über ein Getriebe (ebenfalls nicht gezeigt) mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, beispielsweise der Kurbelwelle, in Triebverbindung.If the exhaust gas turbine is part of an exhaust gas turbocharger, the shaft is stationary 1 in a drive connection with a compressor wheel (not shown) to supply fresh air to the engine. If, on the other hand, the exhaust gas turbine is part of a turbo-compound system, then the shaft is stationary 1 via a transmission (also not shown) with an output shaft, not shown, of the internal combustion engine, for example, the crankshaft, in drive connection.

In der 2 ist in einem Halbschnitt durch die Drehachse 3 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung gezeigt. Die Abmessungen der dargestellten Komponenten, insbesondere die des mittels der Dichtung 5 abzudichtenden Dichtspalts 4 zwischen Gehäuse 2 und Welle 1, sind übertrieben groß und unmaßstäblich dargestellt. Die in 2 dargestellte Dichtungsanordnung kann bei der in 1 gezeigten Abgasturbine zum Einsatz kommen.In the 2 is in a half section through the axis of rotation 3 a seal assembly according to the invention shown. The dimensions of the illustrated components, in particular those of the seal 5 sealing gap to be sealed 4 between housing 2 and wave 1 , are exaggeratedly large and shown to scale. In the 2 The seal arrangement shown can be in the in 1 used exhaust gas turbine are used.

Die linke Darstellung von 2 zeigt die Dichtungsanordnung im Betrieb. Die Dichtung 5 greift dabei einerseits in eine erste Umfangsnut 6 der Welle 1 und in eine zweite Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 ein. Beide Umfangsnuten 6, 7 stehen sich dabei einander gegenüber.The left illustration of 2 shows the seal assembly in operation. The seal 5 engages on the one hand in a first circumferential groove 6 the wave 1 and in a second circumferential groove 7 of the housing 2 one. Both circumferential grooves 6 . 7 stand opposite each other.

Vorliegend weist die Dichtung 5 dabei eine erste Oberfläche 8 auf, welche in dem dargestellten Axialschnitt winklig zu der Drehachse 3 steht. Die Dichtung 5 ist hier als Kolbenring ausgeführt und somit (bis auf einen Stoß nahezu) rotationssymmetrisch, sodass die Oberfläche 8 als (bis auf den Stoß) durchgehende Mantelfläche eines Kegels ausgebildet ist. Der Kolbenring ist hier außenspannend ausgeführt, sodass dieser aufgrund dessen Eigenspannung dichtend mit dem Nutboden der Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 verklemmt ist und damit eine Dichtfläche bildet.In the present case, the seal points 5 doing a first surface 8th which in the illustrated axial section at an angle to the axis of rotation 3 stands. The seal 5 is here designed as a piston ring and thus (almost to a shock almost) rotationally symmetric, so that the surface 8th as (except for the shock) continuous lateral surface of a cone is formed. The piston ring is designed here outside clamping, so that this due to its residual stress sealing with the groove bottom of the circumferential groove 7 of the housing 2 is jammed and thus forms a sealing surface.

Die Oberfläche 8 dient dazu, um bei der Demontage der Welle 1 durch Verschieben der Welle 1 relativ zum Gehäuse in Richtung der Drehachse 3 (siehe den Pfeil) eine Anpresskraft auf die Dichtung 5, hier in Richtung in die zweite Umfangsnut 6 hinein, zu bewirken. In der mittleren Darstellung der 2 ist eine solche Stellung der Welle 1 relativ zum Gehäuse 2 gezeigt, in der die Welle 1 um ein Stück relativ zum Gehäuse 2 entlang der Drehachse 3 verschoben ist. Die Dichtung 5 wird beim Herausziehen der Welle 1 aus dem Gehäuse 2 von der Umfangsnut 6 der Welle 1 mitgenommen. Schließlich stößt bei weiterem Herausziehen die Oberfläche 8 der Dichtung 5 an die Kante der Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 an.The surface 8th serves to help disassemble the shaft 1 by moving the shaft 1 relative to the housing in the direction of the axis of rotation 3 (see the arrow) a contact pressure on the seal 5 , here in the direction of the second circumferential groove 6 into effect. In the middle illustration of the 2 is such a position of the shaft 1 relative to the housing 2 shown in the the shaft 1 around a piece relative to the housing 2 along the axis of rotation 3 is moved. The seal 5 is when pulling out the shaft 1 out of the case 2 from the circumferential groove 6 the wave 1 taken. Finally, the surface comes on further pulling out 8th the seal 5 to the edge of the circumferential groove 7 of the housing 2 at.

Bei weiterem Verschieben der Welle 1 relativ zum Gehäuse 2 wird die als Kolbenring ausgeführte Dichtung 5 im Zusammenwirken mit der Kante der Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 im Wesentlichen radial nach innen (gegen eine als Rückstellkraft wirkende Vorspannkraft des Kolbenrings) in die Umfangsnut 6 der Welle 1 verschoben (rechte Darstellung in 2). Die Oberfläche 8 gleitet dabei entlang der Kante der Umfangsnut 7 in die Umfangsnut 6 der Welle 1 hinein. Hierdurch wird die Selbsthemmung zwischen Nutboden und Außenumfangsfläche der Dichtung 5 aufgehoben. Dabei ist die Dichtung 5 in der gezeigten Stellung soweit in die Umfangsnut 6 der Welle 1 eingeschoben, dass diese aus dem Dichtspalt 4 heraus an der Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 vorbei samt der Welle 1 herausgezogen werden kann. Die Dichtung 5 ist somit radial innerhalb des äußersten Radius des Dichtspalts 4 in die Umfangsnut 6 hinein verschoben und reicht damit nicht mehr in die Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 hinein.With further shifting of the shaft 1 relative to the housing 2 becomes the seal designed as a piston ring 5 in cooperation with the edge of the circumferential groove 7 of the housing 2 substantially radially inwardly (against a biasing force acting as a restoring force of the piston ring) in the circumferential groove 6 the wave 1 shifted (right representation in 2 ). The surface 8th slides along the edge of the circumferential groove 7 in the circumferential groove 6 the wave 1 into it. As a result, the self-locking between groove bottom and outer peripheral surface of the seal 5 canceled. Here is the seal 5 in the position shown so far in the circumferential groove 6 the wave 1 pushed in that from the sealing gap 4 out at the circumferential groove 7 of the housing 2 along with the wave 1 can be pulled out. The seal 5 is thus radially within the outermost radius of the sealing gap 4 in the circumferential groove 6 shifted into it and no longer reaches into the circumferential groove 7 of the housing 2 into it.

3 zeigt in einem Halbschnitt durch die Drehachse 3 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für eine Abgasturbine gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist, wie in 1, lediglich das dem Turbinenrad 13 zugewandte Ende der Welle 1 gezeigt, jedoch sind zwei axial beabstandete Dichtungen 5, 5 vorgesehen. Sich entsprechende Bauelemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. 3 shows in a half section through the axis of rotation 3 a seal assembly according to the invention for an exhaust gas turbine according to another embodiment. It is, as in 1 , only that the turbine wheel 13 facing end of the shaft 1 however, there are two axially spaced seals 5 . 5 intended. Corresponding components are provided with corresponding reference numerals.

Im vorliegenden Falle sind die zwei axial zueinander beabstandeten Dichtungen 5 konzentrisch zueinander angeordnet und weisen unterschiedliche Außendurchmesser auf. Alternativ könnte lediglich eine oder auch mehr als zwei Dichtungen, insbesondere an einem Wellenende der Welle 1, vorgesehen sein. Natürlich könnte jede Dichtung 5 aus einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten, konzentrischen Kolbenringen bestehen, wobei diese wiederum am Umfang eine von einem Umfangsspalt gebildeten Stoß umfassen würden, und sich jeweils zwei Stoßenden des Kolbenrings gegenüberstehen würden.In the present case, the two axially spaced apart seals 5 arranged concentrically to each other and have different outer diameter. Alternatively, only one or even more than two seals could, in particular at a shaft end of the shaft 1 , be provided. Of course, every seal could 5 consist of a plurality of successively arranged, concentric piston rings, which would in turn comprise on the periphery of an impact formed by a circumferential gap, and would each face two butt ends of the piston ring.

Beide Dichtungen 5 greifen dabei jeweils in eine Umfangnut 6, 7 ein. Jede Umfangsnut 6, 7 wird dabei von einer ersten Nutflanke 6.1, 7.1 sowie einer zweiten Nutflanke 6.2, 7.2 und einem Nutboden 6.3 und 7.3 begrenzt. Dabei wird die erste Oberfläche 8 von einer ersten Seitenflanke der Dichtung 5 gebildet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 2 weist die Umfangsnut 6 der Welle 1 eine zu der ersten Oberfläche komplementär ausgeführte zweite Oberfläche 9 auf. Diese wird jeweils von der ersten Nutflanke 6.1 der Umfangsnut 6 der Welle 1 ausgebildet. Die Nutflanke 6.1 verläuft somit in dem gezeigten Axialschnitt schräg zur Drehachse 3 und parallel zur ersten Oberfläche 8. Man könnte auch sagen, die Oberfläche 9 ist im Axialschnitt hakenförmig ausgebildet, um form- oder kraftschlüssig in die Dichtung 5 einzugreifen.Both seals 5 in each case grab in a circumferential groove 6 . 7 one. Each circumferential groove 6 . 7 is from a first groove flank 6.1 . 7.1 and a second groove flank 6.2 . 7.2 and a groove bottom 6.3 and 7.3 limited. This will be the first surface 8th from a first side flank of the gasket 5 educated. In contrast to the embodiment according to 2 has the circumferential groove 6 the wave 1 a second surface complementary to the first surface 9 on. This is in each case from the first groove flank 6.1 the circumferential groove 6 the wave 1 educated. The groove flank 6.1 thus runs in the axial section shown obliquely to the axis of rotation 3 and parallel to the first surface 8th , You could also say the surface 9 is hook-shaped in axial section to form or force fit into the seal 5 intervene.

Die zu der ersten Oberfläche 8 komplementäre zweite Oberfläche 9, dient dazu, beim Ausziehen der Welle 1 aus dem Gehäuse 2 mit der ersten Oberfläche 8 verklemmt zu werden. Die im Axialschnitt hakenförmig ausgebildete Oberfläche 9 dient mit der Welle 1 selbst beim Herausziehen der Welle 1 aus dem Gehäuse 2 somit zum Verklemmen der Dichtung 5. Die Dichtung 5, wird wiederum gemäß dem in 2 erläuterten Prinzip beim Herausziehen der Welle 1 durch Entlanggleiten der Oberfläche 8 hier jedoch an der Oberfläche 9 in Richtung der ersten Umfangsnut 6 (in Richtung auf die Drehachse 3) verschoben. Eine in Richtung der Drehachse 3 wirkende axiale Auszugskraft bewirkt damit wiederum eine Anpresskraft der Dichtung 5, welche entgegen der als Rückstellkraft wirkenden Vorspannkraft der Dichtung 5 wirkt.The to the first surface 8th complementary second surface 9 , serves to take off the shaft 1 out of the case 2 with the first surface 8th to be jammed. The hook-shaped in axial section surface 9 serves with the wave 1 even when pulling out the shaft 1 out of the case 2 thus for jamming the seal 5 , The seal 5 , again according to the in 2 explained principle when pulling out the shaft 1 by sliding along the surface 8th but here on the surface 9 in the direction of the first circumferential groove 6 (in the direction of the axis of rotation 3 ) postponed. One in the direction of the axis of rotation 3 acting axial pull-out force thus again causes a contact pressure of the seal 5 , which counter to the biasing force acting as restoring force of the seal 5 acts.

Weiterhin wird eine dritte Oberfläche 10 von der zweiten Nutflanke 7.2 der Umfangsnut 7 des Gehäuses 2 gebildet. Dabei stehen sich bevorzugt die erste Nutflanke 6.1 und die zweite Nutflanke 7.2 diametral gegenüber. Die zweite Nutflanke 7.2 (rechte Dichtung 5) dient dabei vorliegend als Axialbegrenzung für eine mögliche Axialbewegung der Dichtung 5 in Richtung auf das Turbinenrad 13.Furthermore, a third surface 10 from the second groove flank 7.2 the circumferential groove 7 of the housing 2 educated. In this case, preferably the first groove flank 6.1 and the second groove flank 7.2 diametrically opposite. The second groove flank 7.2 (right seal 5 ) serves in this case as Axialbegrenzung for a possible axial movement of the seal 5 in the direction of the turbine wheel 13 ,

Wie man erkennt, weist vorliegend lediglich das Gehäuse 2 die dritte Oberfläche 10 auf, die in einem Axialschnitt durch die Drehachse 3 gesehen schräg zur Drehachse 3 und insbesondere auch zu der ersten und zweiten Oberflächen 8, 9 steht.As can be seen, in this case has only the housing 2 the third surface 10 on, in an axial section through the axis of rotation 3 seen obliquely to the axis of rotation 3 and in particular to the first and second surfaces 8th . 9 stands.

Wie in 3 gezeigt, ist zwischen den zwei axial beabstandeten Dichtungen 5 ein Sperrraum 11 angeordnet, welcher durch die beiden Dichtungen 5 abgedichtet wird. Zwischen den beiden Dichtungen 5 mündet im Sperrraum 11 ein Sperrmediumkanal 12, welcher über eine nicht dargestellte Sperrmediumversorgung zur Druckbeaufschlagung des Sperrraums 11 mit Sperrmedium beaufschlagbar ist. Letzteres kann beispielsweise Luft sein. Durch die Beaufschlagung mit Sperrmedium, insbesondere höheren Druckes als dem, welcher im Bereich des Turbinenrades 13 beziehungsweise des Lagers 15 (1) herrscht, wird einerseits ein Übertritt von Schmiermittel aus dem Lager 15 in den Sperrraum 11 und andererseits ein Übertritt von Abgas aus dem Ringraum 14 (1) in den Sperrraum 1 vermieden. Durch die Druckbeaufschlagung werden beide Dichtungen 5 im Normalbetrieb in Axialrichtung voneinander weg gedrückt, sodass zunächst die linke Dichtung 5 mit ihrer ersten Oberfläche 8 an die erste Nutflanke 6.1 der Welle 1 anschlägt, wohingegen die rechte Dichtung 5 mit ihrer der ersten Oberfläche 8 gegenüberliegenden Oberfläche an die zweite Nutflanke 6.2 der Welle 1 anschlägt. Da hier beide Dichtungen 5 im Gehäuse 2 verspannt sind und sich somit nicht mit der Welle 1 mitdrehen, werden sie im Betrieb der Abgasturbine von der umlaufenden Welle 1 abgerieben. Der daraus folgende Verschleiß der Dichtungen 5 an den Nutflanken 6.1 der Welle 1 geht solange, bis die eingeschliffene Dichtung 5 aufgrund der Sperrmediumbeaufschlagung mit ihrer Oberfläche 8 an die erste Nutflanke 7.1 (linke Dichtung 5) oder mit der der Oberfläche 8 abgewandten Oberfläche an die von der zweiten Nutflanke 7.3 gebildete dritte Oberfläche 10 des Gehäuses 2 (rechte Dichtung 5) anschlägt.As in 3 is shown between the two axially spaced seals 5 a lock room 11 arranged, which by the two seals 5 is sealed. Between the two seals 5 flows into the restricted area 11 a barrier medium channel 12 , Which via a non-illustrated barrier medium supply for pressurizing the lock chamber 11 With barrier medium can be acted upon. The latter can be for example air. By the admission with barrier medium, in particular higher pressure than that, which in the range of the turbine wheel 13 or the camp 15 ( 1 ) prevails, on the one hand, a transfer of lubricant from the camp 15 in the lock room 11 and on the other hand, a passage of exhaust gas from the annulus 14 ( 1 ) in the lock room 1 avoided. By pressurizing both seals 5 in normal operation in the axial direction pushed away from each other, so first the left seal 5 with their first surface 8th to the first groove flank 6.1 the wave 1 strikes, whereas the right seal 5 with their first surface 8th opposite surface to the second groove flank 6.2 the wave 1 strikes. Because here are both seals 5 in the case 2 are tense and thus not with the wave 1 They turn in the operation of the exhaust gas turbine from the rotating shaft 1 abraded. The consequent wear of the seals 5 at the groove edges 6.1 the wave 1 goes until the ground gasket 5 due to the Sperrmediumbeaufschlagung with its surface 8th to the first groove flank 7.1 (left seal 5 ) or with the surface 8th remote from the surface of the second groove edge 7.3 formed third surface 10 of the housing 2 (right seal 5 ) strikes.

Nutflanken 7.1 und 7.3 dienen damit sowohl zur Abdichtung des Sperrraums 11 als auch als Anschlag zur Begrenzung einer weiteren Axialbewegung und stoppen damit einen weiteren Verschleiß der nicht mit der Welle 1 mitdrehenden Dichtung 5, welche sonst weiter von den Nutflanken 6.1 im Betrieb der Dichtungsanordnung (Beaufschlagung mit Sperrmedium) abgeschliffen würde.flanks 7.1 and 7.3 thus serve both to seal the lock chamber 11 as well as stop to limit further axial movement and thus stop further wear of the not with the shaft 1 co-rotating seal 5 , which otherwise from the groove flanks 6.1 would be abraded during operation of the seal assembly (exposure to barrier medium).

Dabei können die verbleibenden Nutflanken 6.2 und 7.1 in einem Axialschnitt durch die Drehachse 3 gesehen im Wesentlichen rechtwinklig zu der Drehachse 3 verlaufen.In this case, the remaining groove flanks 6.2 and 7.1 in an axial section through the axis of rotation 3 seen substantially perpendicular to the axis of rotation 3 run.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wellewave
22: Gehäusecasing
33: Drehachseaxis of rotation
44: Dichtspaltsealing gap
55: Dichtringseal
66: erste Umfangsnutfirst circumferential groove
6.16.1: erste Nutflankefirst groove flank
6.26.2: zweite Nutflankesecond groove flank
6.36.3: Nutbodengroove bottom
77: zweite Umfangsnutsecond circumferential groove
7.17.1: erste Nutflankefirst groove flank
7.27.2: zweite Nutflankesecond groove flank
7.37.3: Nutbodengroove bottom
88th: erste Oberflächefirst surface
99: zweite Oberflächesecond surface
1010: dritte Oberflächethird surface
1111: Sperrraumblocking space
1212: SperrmediumkanalBarrier fluid channel
1313: Turbinenradturbine
1414: Ringraumannulus
1515: Lagercamp

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3737932 A1 [0007]

Claims

Sealing arrangement, in particular for an exhaust gas turbine, 1.1 with a shaft ( 1 ); 1.2 with a housing ( 2 ), which is the wave ( 1 ), whereby the wave ( 1 ) relative to the housing ( 2 ) over a rotation axis ( 3 ) or vice versa; 1.3 Housing ( 2 ) and wave ( 1 ) together define a sealing gap ( 4 ), in which at least one seal ( 5 ) is introduced; 1.4 the seal ( 5 ) engages in a first circumferential groove ( 6 ) in the wave ( 1 ) and at the same time in a second, opposite circumferential groove ( 7 ) in the housing ( 2 ) one; 1.5 the housing ( 2 ) and the wave ( 1 ) are by moving the housing ( 2 ) and / or the wave ( 1 ) in the direction of the axis of rotation ( 3 ) removable; characterized in that 1.6 the seal ( 5 ), the wave ( 1 ) and / or the housing ( 2 ) has at least one in an axial section through the axis of rotation ( 3 ) seen obliquely to the axis of rotation ( 3 ) first surface ( 8th ), which during disassembly by moving the housing ( 2 ) and / or the wave ( 1 ) in the direction of the axis of rotation ( 3 ) a contact pressure on the seal ( 5 ) in the direction of the first or the second circumferential groove ( 6 . 7 ) into it.

Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the first surface ( 8th ) of the seal ( 5 ) is formed and the housing ( 2 ) and / or the wave ( 1 ) a complementary second surface ( 9 ).

Sealing arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the housing ( 2 ) and / or the wave ( 1 ) a third surface ( 10 ), which in an axial section through the axis of rotation ( 3 ) seen obliquely to the axis of rotation ( 3 ) and as Axialbegrenzung for the seal ( 5 ) during operation of the seal assembly is used.

Sealing arrangement according to claim 3, characterized in that the first and third surfaces ( 8th . 10 ) and / or the second and third surfaces ( 9 . 10 ) in an axial section through the axis of rotation ( 3 ) seen at an angle to each other.

Sealing arrangement according to one of claims 3 or 4, characterized in that each circumferential groove ( 6 . 7 ) of a first and a second groove flank ( 6.1 . 6.2 . 7.1 . 7.2 ) and a groove bottom ( 6.3 . 7.3 ) is limited; and 5.1 the first surface ( 8th ) from a first side edge of the seal ( 5 ), the second surface ( 9 ) from the first groove flank ( 6.1 ) the wave ( 1 ) and the third surface ( 10 ) from the second groove flank ( 7.2 ) of the housing ( 2 ) is formed; 5.2, the first groove flank ( 6.1 ) of the shaft and the second groove flank ( 7.2 ) of the housing ( 2 ) are diametrically opposed.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first, second and / or third surface ( 8th . 9 . 10 ) is designed as a flat slope / are or forms a lateral surface of a cone / form.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the seal ( 5 ) is formed by at least one piston ring which comprises on its periphery a shock formed by a circumferential gap, against which two butt ends of the piston ring face,

Sealing arrangement according to claim 7, characterized in that the piston ring in axial section through the axis of rotation ( 3 ) is three-, four- or polygonal.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least two along the axis of rotation ( 3 ) the wave ( 1 ) axially spaced seals ( 5 ) are provided, which are arranged concentrically to each other and which a lock space ( 11 ) seal; 9.1 between the two seals ( 5 ) opens in the restricted area ( 11 ) a barrier medium channel ( 12 ) for pressurizing the lock space ( 11 ) with barrier medium.

Sealing arrangement according to one of claims 5 to 9, characterized in that the first groove flank ( 7.1 ) in an axial section through the axis of rotation ( 3 ) seen substantially at right angles to the axis of rotation ( 3 ) and as Axialbegrenzung for the seal ( 5 ) during operation of the sealing voltage is used.