DE102019101258A1

DE102019101258A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102019101258A1
Application number: DE102019101258.9A
Authority: DE
Inventors: Raphael Hofer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Läuferwelle, an die einerseits ein Turbinenrad und andererseits ein Verdichterrad anordenbar ist, wobei die Antriebswelle in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei ein Schmierabschnitt in einem mittigen Bereich der Läuferwelle vorgesehen ist, der verdichterseitig von einem Axialanschlag gegen das Gehäuse abgedichtet ist, der von einer über die Läuferwelle schiebbaren Hülse gebildet ist, wobei zwischen dem Axialanschlag und dem Verdichterrad zumindest eine radial umlaufende Dichtung zwischen der Hülse und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Hülse und/oder das Gehäuse zwischen dem Axialanschlag und der Dichtung eine umlaufende Vertiefung aufweist.Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Abgasturboladers wird vermieden, dass Schmiermittel von der Lagerstelle der Läuferwelle in den Luftansaugbereich überströmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird bspw. auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 207 173 A1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Turbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Lagergehäuse, in dem ein Turboladerläufer drehbar um die Läuferdrehachse seiner Läuferwelle in dem Lagergehäuse gelagert ist. Ein Turbinenrad ist drehfest auf der Läuferwelle und in einem am Lagergehäuse festgelegten Turbinengehäuse angeordnet. Zwischen der Läuferwelle und dem Lagergehäuse ist die Abdichtung des Lagergehäuses gegenüber dem Turbinengehäuse, zwischen dem Turbinenrad und einem dem Turbinenrad zugeordneten Radiallager ist eine Öldichtung angeordnet.
Weiter wird auf die europäische Patentanmeldung EP 2 166 259 A1 hingewiesen.
Aus dieser Patentanmeldung ist eine Vorrichtung zum Abdichten eines Lagergehäuses eines Abgasturboladers bekannt. Die Vorrichtung dient dem Abdichten des Lagergehäuses eines Abgasturboladers, aus dem ein Rotor in einem mit einem Massenstrom belasteten Raum des Lagers geführt ist. Die Vorrichtung weist einen in einer Nut des Rotors angeordneten Dichtungsring auf, einen auf dem Lagergehäuse angeordneten Sitz, auf dem der vorgespannte Dichtungsring mit einer nach außen weisenden Mantelfläche festgesetzt ist, sowie einen ringförmig um die Drehachse des Rotors geführten, radial erstreckenden Trennungsspalt, der von zwei aufeinander liegenden Gleitflächen begrenzt ist, von denen die erste auf einer ersten Stirnseite des Dichtungsrings und die zweite auf einer ersten Flanke der Nut angeordnet ist. Um beim Betrieb des Abgasturboladers durch Anschleifen des Dichtungsrings verursachten Wärmeeintrag in den Dichtungsring zu reduzieren, ist die zweite Flanke der Nut oder in eine an die zweite Flanke der Nut führbare zweite Stirnseite des Dichtungsrings ein Profil angeformt, welches der Reduzierung der Größe der Anschleiffläche dient, die beim Anschlagen des Dichtungsringes an die zweite Nutflanke entsteht.
Weiter ist aus der deutschen Patentschrift DE 10 2004 055 429 B3 eine Dichtungseinrichtung für eine, insbesondere im Stillstand geschmierte Lagerung einer Rotorwelle bekannt. Um die Dichtheit der Dichtungseinrichtung für die Rotorwelle, die ein Lagergehäuse, insbesondere eines Abgasturboladers gegen ein zugeführtes Schmiermittel in axialer Richtung abdichtet, zu verbessern, ist vorgesehen, dass auf der Rotorwelle eine erste Dichtung in Form eines Spaltes, eines Labyrinths oder eines Kolbenringes und eine zweite Dichtung in Form eines engen Spaltes oder eines Labyrinths zwischen sich eine sich ringförmig um den Umfang der Rotorwelle erstreckenden Ölablaufkanal einschließt, der mittels einer gehäuseseitigen Ölablaufnut und einer in achsgleicher Position angeordneten wellenseitigen Ölablaufnut aufgebaut ist, und dass im Ölablaufkanal eine in radialer Richtung der Rotorwelle mit einem Ende in den ringförmigen Ölablaufkanal ragender ringförmiger Dichtung vorgesehen ist, der eine in axialer Richtung wirkende Barriere für in den Ölablaufkanal eindringendes Schmiermittel darstellt.
Der vermehrte Einsatz unterschiedlichster Sonderbetriebsarten für Brennkraftmaschinen (z. B. Partikelfilterregeneration, Katalysatorheizen, ...) zur Einhaltung der Abgasemissionsvorschriften wirkt sich in schwachlastigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine negativ auf die Druckbilanz zwischen Verdichter- und Lagerseite aus, sodass bei einem positiven Druckgradienten vom Lagergehäuse über die Dichtungsbuchse / Kolbenringe Schmiermittel auf die Verdichterseite und in weiterer Folge in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangt. Dies führt in nachteiliger Weise zu einer Versottung des Ansaugtraktes.
Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn das Verdichterrad eine sehr niedrige oder keine Drehzahl aufweist, sodass das Schmiermittel an der Schmiermittelstelle der Läuferwelle über die Dichtungsringe, wie bspw. Kolbenringe, hindurchgedrückt wird und in Folge das Schmiermittel in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die verhindert, dass Schmiermittel in den oben genannten, niedriglastigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und des Abgasturboladers in den Ansaugtrakt gelangen kann.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Anstelle der zylindrischen Form der Hülse bzw. der Läuferwelle (bei einstückiger Ausführung) ist eine umlaufende Vertiefung in der Hülse und/oder dem Gehäuse vorgesehen, dadurch kann der größtmögliche Freiraum zwischen Hülse und Verdichterrückwand dargestellt werden. In kritischen Betriebssituationen wird nun das übertretende Schmiermittel in die umlaufende(n) Vertiefung(en) gedrückt und sobald das Verdichterrad wieder an Drehzahl gewinnt, wird das Schmiermittel aus der umlaufenden Vertiefung aufgrund der dann vorherrschenden Druckverhältnisse (Überdruck im Verdichterraum) wieder zurück in den Schmierabschnitt gefördert.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 hat sich in Prüfstandsversuchen als besonders wirksam herausgestellt ohne die Hülse, bzw. die Läuferwelle mechanisch zu sehr zu schwächen.
Bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 dient die umlaufende Vertiefung im Gehäuse gleichzeitig als Einführphase für die umlaufende Dichtung bei der Montage der Hülse, sodass die Dichtungsringe, bspw. Kolbenringe, ohne Schaden zu nehmen zusammengedrückt werden können.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 lässt sich mechanisch in einfacher Weise bspw. mittels Drehen oder Schleifen herstellen.
Die Nutgrundausführungen gemäß Patentanspruch 5 sind besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, wobei ein bogenförmiger oder radiusförmiger Nutgrund besonders bevorzugt ist, da durch diese Formgebung die inneren Spannungen deutlich reduziert werden.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform, bei der die Hülse entweder einstückig mit der Läuferwelle produziert wird oder die Hülse auf die Läuferwelle aufgeschraubt oder verlötet oder verschweißt wird.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen Abgasturbolader.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen Abgasturbolader. Es handelt sich um einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Der Ausschnitt zeigt im Wesentlichen einen Teil eines Verdichterrades 2 sowie einen Teil einer Läuferwelle 1.
Der Abgasturbolader weist die drehbar gelagerte Läuferwelle 1 auf, an die einerseits ein nicht dargestelltes Turbinenrad und andererseits das dargestellte Verdichterrad 2 anordenbar ist. Anordenbar deshalb, weil ein Verdichterrad 2 üblicherweise auf die Läuferwelle 1 aufgeschrumpft und anschließend axial mit diesem verschraubt wird. Die Antriebswelle 1 ist in einem Gehäuse 3 des Abgasturboladers drehbar gelagert. In etwa mittig zwischen Turbinenrad und Verdichterrad 2 befindet sich ein Schmierabschnitt 4, in dem die Läuferwelle 1 mit Schmiermittel versorgt und somit geschmiert wird. Der Schmierabschnitt 4 wird verdichterseitig von einem Axialanschlag 5, der von einer Hülse 6 und dem Gehäuse 3 gebildet wird, abgedichtet. Der Axialanschlag 5 ist somit einerseits von der über die Läuferwelle 1 schiebbaren Hülse 6 und dem Gehäuse 3 gebildet. Zwischen dem Axialanschlag 5 und dem Verdichterrad 2 ist zumindest eine radial umlaufende Dichtung 7 vorgesehen, die sich zwischen der Hülse 6 und dem Gehäuse 3 erstreckt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei umlaufende Dichtungen 7 vorgesehen, die jeweils in einer Nut 9 geführt sind. Bei dieser umlaufenden Dichtung 7 handelt es sich vorzugsweise um Kolbenringe.
Erfindungsgemäß weist die Hülse 6 und/oder das Gehäuse 3 zwischen dem Axialanschlag 5 und der Dichtung 7 eine umlaufende Vertiefung 8 auf. Im vorliegenden Fall weisen die Hülse 6 und das Gehäuse 3 eine Vertiefung 8 auf. Diese Vertiefung 8 nimmt Schmiermittel auf, welches aus dem Schmierabschnitt 4 bei fast stehendem Verdichterrad 2 über den Axialanschlag 5 hindurchgedrückt wird, wodurch erfindungsgemäß vermieden ist, dass dieses Schmiermittel in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine dringen und diesen Ansaugbereich versotten kann. Sobald das Verdichterrad 2 wieder auf eine höhere Drehzahl gebracht wird, wird das in der umlaufenden Vertiefung 8 gesammelte Schmiermittel aufgrund der vorherrschenden Druckverhältnisse (Überdruck im Verdichtergehäuse) wieder zurück in den Schmierbereich 4 gedrückt.
Bevorzugt weist die umlaufende Vertiefung 8 maximal die 1,5 fache Tiefe der Nut 9 auf. Mit dieser Ausgestaltung wird die mechanische Festigkeit der Läuferwelle 1 bzw. der Hülse 6 nicht negativ beeinflusst.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die umlaufende Vertiefung 8 im Gehäuse 3 angeordnet ist, kann die umlaufende Vertiefung auch eine hyperbolische oder konische Kontur aufweisen, die sich in Richtung Schmierabschnitt 4 aufweitet. Somit ist auch gleichzeitig bei der Montage des Verdichters eine Schlupfphase für die umlaufenden Dichtungen 7 dargestellt.
Wie in 1 ersichtlich ist, ist die umlaufende Vertiefung 8 in der Hülse 6 eine Nut. Dies erlaubt eine besonders einfache Fertigung bspw. durch Drehen oder Schleifen. Hierbei kann der Nutgrund bogenförmig oder rechteckig sein, wobei ein bogenförmiger Nutgrund bzw. ein runder Nutgrund besonders bevorzugt wird, da bei dieser Ausführungsform die inneren Spannungen in der Läuferwelle 1 oder der Hülse 6 minimiert werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Läuferwelle 1 und die Hülse 6 einstückig ausgebildet. Dies kann bspw. durch Aufschrumpfen der Hülse 6 auf das Läuferrad 1 erfolgen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Hülse 6 auch auf die Läuferwelle 1 aufgelötet oder angeschweißt sein.
Mit der vorgeschlagenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist nun sicher vermieden, dass bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Verdichterrades 2, Schmiermittel aus dem Schmierabschnitt 4 in den nicht dargestellten Ansaugabschnitt der Brennkraftmaschine gelangen kann.
Bezugszeichenliste

1.: Läuferwelle
2.: Verdichterrad
3.: Gehäuse
4.: Schmierabschnitt
5.: Axialanschlag
6.: Hülse
7.: umlaufende Dichtung
8.: umlaufende Vertiefung
9.: Nut

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 102017207173 A1 [0002]
EP 2166259 A1 [0003]
DE 102004055429 B3 [0004]

Claims

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Läuferwelle (1), an die einerseits ein Turbinenrad und andererseits ein Verdichterrad (2) anordenbar ist, wobei die Antriebswelle (1) in einem Gehäuse (3) drehbar gelagert ist, wobei ein Schmierabschnitt (4) in einem mittigen Bereich der Läuferwelle (1) vorgesehen ist, der verdichterseitig von einem Axialanschlag (5) gegen das Gehäuse (3) abgedichtet ist, der von einer über die Läuferwelle (1) schiebbaren Hülse (6) gebildet ist, wobei zwischen dem Axialanschlag (5) und dem Verdichterrad (2) zumindest eine radial umlaufende Dichtung (7) zwischen der Hülse (6) und dem Gehäuse (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) und/oder das Gehäuse (3) zwischen dem Axialanschlag (5) und der Dichtung (7) eine umlaufende Vertiefung (8) aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtung (7) in einer Nut (9) in der Hülse (6) angeordnet ist und die umlaufende Vertiefung (8) maximal eine Tiefe des 1,5 fachen einer Tiefe der Nut aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Vertiefung (8) im Gehäuse (3) eine hyperbolische Kontur aufweist, die sich in Richtung Schmierabschnitt (4) aufweitet.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Vertiefung (8) in der Hülse (6) eine Nut ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nutgrund bogenförmig oder rechteckig ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferwelle (1) und die Hülse (6) einstückig ausgebildet sind.