DE112011102932T5

DE112011102932T5 - Turbolader-Gehäusedichtung

Info

Publication number: DE112011102932T5
Application number: DE112011102932T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Van Saun
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-07-18
Also published as: WO2012030783A2; CN103069128B; CN103069128A; US20130154194A1; RU2013112160A; KR20130143018A; WO2012030783A3; KR101867491B1

Abstract

Um den Austritt von Abgas und Ruß von einem Turbolader zu verhindern, wird ein wärmebeständiges Dichtungsmaterial auf eine Kontaktoberfläche zwischen einem Turbolader-Lagergehäuse und einem zentralen Gehäuse aufgebracht und gehärtet oder getrocknet, um eine dünne verfestigte Beschichtung auszubilden. Das Endgehäuse wird dann am Lagergehäuse montiert, wodurch die Beschichtung eine Gas- und Rußdichtung zwischen dem Lagergehäuse und dem Endgehäuse schafft. Die erfindungsgemäße Dichtung könnte jedoch auch verwendet werden, um die Verbindung zwischen zwei Turbinenstufen oder beliebiger Teile, die an einem Turbolader-Endgehäuse befestigt sind und einem Druck ausgesetzt sind, abzudichten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist auf das Problem eines Austritts von Gas und Ruß an die Atmosphäre von einem Turbolader, insbesondere in dem Bereich, in dem das Turbinengehäuse oder Kompressorgehäuse mit dem Lagergehäuse verbunden ist, gerichtet. Die erfindungsgemäße Dichtung könnte jedoch auch verwendet werden, um die Verbindung zwischen zwei Turbinenstufen abzudichten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Turbolader liefern Luft mit größerer Dichte, als es in der nicht aufgeladenen Konfiguration möglich wäre, zum Motoreinlass, was ermöglicht, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird, wobei somit die Leistung des Motors ohne signifikante Erhöhung des Motorgewichts verstärkt wird. Ein kleinerer Motor mit Turbolader kann einen nicht aufgeladenen Motor mit einer größeren physikalischen Größe ersetzen, wobei somit die Masse und aerodynamische Frontfläche eines Fahrzeugs verringert werden.
Turbolader sind ein Typ von Aufladesystem, das die Abgasströmung, die in das Turbinengehäuse vom Motorauslasskrümmer eintritt, verwendet, um ein Turbinenrad (10) anzutreiben, das in einem Turbinengehäuse (2) angeordnet ist. Das Turbinenrad ist fest an einer Welle befestigt, so dass dies zur Wellen- und Radanordnung wird. Die Hauptfunktion der Welle und des Rades ist das Gewinnen von Leistung aus dem Abgas und die Verwendung dieser Leistung, um den Kompressor anzutreiben.
Die Kompressorstufe besteht aus einem Kompressorrad und seinem Gehäuse (5). Das Kompressorrad ist an einem Wellenstumpfende der Wellen- und Radanordnung montiert und wird durch die Klemmlast von einer Kompressormutter in der Position gehalten. Gefilterte Luft wird durch die Drehung des Kompressorrades mit sehr hoher Drehzahl axial in den Einlass der Kompressorabdeckung gesaugt. Die Turbinenstufe treibt das Kompressorrad an, um eine Kombination von statischem Druck mit gewisser restlicher kinetischer Energie und Wärme zu erzeugen. Das Druckgas verlässt die Kompressorabdeckung durch einen Kompressorauslass und wird gewöhnlich über einen Zwischenkühler zu einem Motoreinlas zugeführt.
Die rotierende Anordnung des Turboladers ist in einem Lagergehäuse (3) drehbar angebracht und die Endgehäuse, d. h. das Turbinengehäuse (2) und das Kompressorgehäuse (5), sind an der Lagergehäuseanordnung befestigt.
Die Endgehäuse sind entlang ihrer Umfangspassoberfläche so geformt, dass sie geklemmt werden und unter dem Klemmdruck einen bündigen Sitz an einer komplementären Oberfläche des Lagergehäuses bilden. Die radiale Ausrichtung der Endgehäuse auf das Lagergehäuse wird typischerweise durch ein komplementäres Paar von maschinell bearbeiteten diametralen Führungen gemanagt, die in sowohl das Lagergehäuse als auch die vorstehend erwähnten Endgehäuse entweder gedreht oder gefräst sind. Die axiale Ausrichtung und Befestigung beider Endgehäuse wird typischerweise durch eines von zwei Verfahren gemanagt.
Ein erstes Verfahren zur Befestigung des Endgehäuses am Lagergehäuse geschieht durch V-Bänder (40). Die V-Bänder sind geformte Edelstahlbänder mit Halteabschnitten (41), die in Form eines V geformt sind. Die Halter (41) sind an einem Band (42) montiert. Der Halter kann ein Stück oder mehrere Stücke sein. Das V-Band besteht typischerweise aus Folgendem: dem Band (42) mit dem Halter (41); einer T-Schraube (43) mit einem Gewindepfosten an einem Ende des Bandes; und einem Drehzapfen (44), der am entgegengesetzten Ende des Bandes befestigt ist. Wenn sie zusammengefügt werden, wird der Gewindepfosten der T-Schraube durch den Drehzapfen geführt. Das Schrauben einer Mutter (45) auf den Gewindepfosten und das Festziehen der Mutter zieht die entgegengesetzten Enden des V-Bandes zusammen. Das V-Band kommt mit einem Paar von verjüngten ”Halbflanschen” (20, 30) in Eingriff, die, wenn sie zusammen angeordnet werden, sich unter Bildung eines ”ganzen” Flanschs, der im Allgemeinen einen dreieckigen Querschnitt aufweist, kombinieren. Jeder ”Halbflansch” erstreckt sich aus dem jeweiligen Gehäuseteil, der durch das V-Band ergriffen ist. In 3A umfasst die linke Seite einen Lagergehäuse-”Halbflansch” (30) und die rechte Seite umfasst einen Turbinengehäuse-”Halbflansch” (20). Durch Festziehen der Mutter am V-Band wird der V-Band-Umfang verringert und die Umfangskraft wird durch eine Keilwirkung in eine axiale Kraft umgesetzt, was die zwei Hälften zusammenzieht und zumindest in der Theorie eine Dichtung erzeugt.
Die radiale Ausrichtung und die Fähigkeit, in Bezug aufeinander gedreht zu werden (zur Orientierung), der zwei durch das V-Band zusammengezogenen Teile wird typischerweise mit einer diametralen Aussparung, die in ein Teil geschnitten ist, und einem Steckervorsprung, der in den anderen Teil hergestellt ist, bewerkstelligt. In 3A ist das Lagergehäuse maschinell bearbeitet, um einen positiven Vorsprung (31) zu erzeugen, der in eine komplementäre Aussparung passt, die in das Turbinengehäuse geschnitten ist.
Das zweite Verfahren zur Befestigung der Endgehäuse am Lagergehäuse geschieht durch eine Kombination von Klemmplatten mit Schrauben, wie in 4 dargestellt. In dieser Konfiguration werden Löcher im Gehäuse mit einem Gewinde versehen und Schrauben (36) werden in die Gewindelöcher eingefügt, wobei eine Klemmplatte (35) eingeschlossen wird, die dann der Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Endgehäuse die Klemmkraft verleiht. Wie in 4 dargestellt, passt ein Führungsflansch (30) in eine komplementäre Aussparung, wobei somit das Lagergehäuse koaxial zur Bohrung im Turbinengehäuse (2) radial angeordnet wird.
Obwohl dies ein effektives Verfahren zum Halten des Lagergehäuses am Turbinengehäuse ist (die meisten Motorinstallationen montieren das Turbinengehäuse am Motorkrümmer und der Rest des Turboladers hängt vom Turbinengehäuse herab, was erfordert, dass diese Verbindung eine Überhangmasse trägt), ist es ziemlich schwierig, eine geeignete Klemmlast über ein breites Temperaturspektrum beizubehalten, wobei jede Komponente in der Anordnung einen anderen Ausdehnungskoeffizienten, eine andere Streckgrenze, Dehnung und Ermüdungseigenschaft über diesen unterschiedlichen Temperaturbereich aufweist. Aufgrund dieser Komplikation wird die Dichtungsfähigkeit dieser Verbindung häufig beeinträchtigt, was ein Problem hinsichtlich Druckdifferenzen zwischen den Innenräumen des Turboladers und der Atmosphäre aufwerfen kann.
Ein Vergleich zwischen Verfahren zum axialen Klemmen ergibt, dass für zwei Turbolader mit ähnlicher Größe, einen, in dem das Turbinengehäuse am Lagergehäuse mit einem V-Band montiert ist, und den anderen, bei dem das Turbinengehäuse am Lagergehäuse mit Schrauben und Klemmplatten montiert ist, die Klemmplattenverbindung eine axiale Kapazität von 51000 N aufweist und die V-Band-Verbindung eine axiale Kapazität von 30000 N bei Umgebungstemperatur aufweist.
Die Temperaturverteilung zwischen den Komponenten in der Turbinengehäuse-Lagergehäuse-Verbindungsgrenzfläche kann ziemlich breit sein. Abgas kann in Abhängigkeit vom Kraftstofftyp und Motortyp über 760°C bis 1100°C liegen. Die Klemmfläche der Turbinengehäuse-Lagergehäuse-Verbindung liegt häufig nur einige Millimeter von diesem Abgas, so dass die heiße Seite der Verbindung nicht weniger als 500°C bis 600°C heißer sein kann als die Materialtemperatur des Gegenstücks des Lagergehäuses.
In der Praxis werden eines oder beide Verfahren zum Befestigen der Endgehäuse am Lagergehäuse verwendet. Es ist nicht unüblich, Turbinengehäuse, die am Lagergehäuse mit Klemmplatten und Schrauben montiert sind, und Kompressorgehäuse, die am Lagergehäuse mit V-Bändern montiert sind, zu sehen. Das Verfahren zum Montieren wird durch viele Faktoren bestimmt, wobei einige sind:

– Der axiale Raum am Motor, der für den Turbolader zugewiesen ist. V-Band-Verbindungen erfordern typischerweise mehr axiale Länge als Klemmplatten- und geschraubte Verbindungen.
– Das Herstellungsverfahren (Gehäuse werden manchmal überwiegend durch Drehen und manchmal durch Fräsen maschinell bearbeitet): Drehen macht die maschinelle Bearbeitung eines Flanschs kosteneffizient; Fräsen macht das Bohren und Gewindebohren von Schraubenlöchern wirtschaftlich. Typischerweise sind V-Bänder teurer als Klemmplatten und Schrauben, aber die Kosten zur maschinellen Bearbeitung sind das Gegenteil, so dass die ”gesamten Herstellungskosten” häufig der treibende Faktor werden.
– Der Bedarf zu ermöglichen, dass der Motorkunde die Orientierung von einem oder beiden Endgehäusen zum Lagergehäuse ändert, so dass die Einlassoder Auslasskanäle des Endgehäuses auf Gegenmerkmale am Motor oder Fahrzeug ausrichten. Dieser Bedarf wird durch die Anforderung gesteuert, ein Minimum von Turboladerteilezahlen zu haben, gekoppelt mit der Situation, in der ein Basisturbolader an mehreren Motor/Fahrzeug-Konfigurationen verwendet wird.

Alle OE-Turbolader müssen Bruch- und Eindämmungsanforderungen aus Haftungsgründen erfüllen. V-Bändern muss es ermöglicht sein, sich aufzuspreizen, um die axialen Lasten zu absorbieren, die der Verbindung durch die Bruchaktivität verliehen werden. Bei Schrauben und Klemmen muss sich die Klemme etwas biegen und die Schrauben/Gewinde-Kombination muss etwas nachgeben, um die Anforderung zu erfüllen.
Zusätzlich zum Schaffen einer mechanischen Befestigung muss die Verbindung zwischen dem Endgehäuse und dem Lagergehäuse auch Auslasskomponenten wie z. B. Abgas und Ruß innerhalb des Turboladers eindämmen können, was folglich den Austritt der Verbrennungsprodukte verhindert. Da die Verbindung des Lagergehäuses mit dem Endgehäuse häufig in Richtung des radialen Umfangs des Turboladers liegt, ist der Endgehäuse-Lagergehäuse-Verbindungsdurchmesser relativ groß, so dass irgendwelche Ablenkungen, die durch Vibration des Turboladers, Vibration des Motors verursacht werden, und Ablenkungen aufgrund der Trägheit des Turboladers, die einer Bewegung des Fahrzeugs Widerstand leistet, sich über einen beträchtlichen Abstand zeigen und verursachen, dass dieses Paar von Passoberflächen schlechte Dichtungen sind. Es sind bei dieser Verbindung Klemmkriterien zu erfüllen, so dass, um diese Kriterien zu erfüllen, diese Grenzflächen häufig mit Gleitmittel (in Pasten- oder flüssiger Form) behandelt werden. Das Gleitmittel hilft auch bei der Unterstützung der Drehung des Endgehäuses am Lagergehäuse für die Orientierung. Sobald das Abgas durch die Verbindung bläst, wird die Gleitmittelverbindung aus der Verbindung in den Motorraum ausgeblasen.
In der heutigen Emissionsumgebung ist dem Turbolader nicht erlaubt, irgendein Gas oder Ruß anders zur Motorraum-Außenumgebung zu leiten als durch das Auslasssystem. Gas oder Ruß durch Verbindungen im Turbolader zu leiten bedeutet, dass diese ausgetretenen Materialien nicht durch irgendeine Abgasnachbehandlung hindurchgehen, so dass die Emissionen nicht gesteuert werden. Ausgetretenes Abgas kann in die Fahrerkabine sickern und für den Fahrzeugfahrer gefährlich sein. Ausgetretener Ruß ist für die Ästhetik des Motorraums schädlich. Somit haben viele Motorhersteller Qualifikationsstandards, die keinen anderen Austritt von Gas oder Ruß aus dem Turbolader als am typischen Turbolader-Fahrzeug-Kanal, beispielsweise vom Turbinengehäuse zum Auspuffrohr, erlauben.
Turboladerkonstruktionen verwenden typischerweise Turbinenwärmeabschirmungen (80), um die Wärmeströmung von den Turbinengasen und vom Turbinenrad zum Lagergehäuse zu begrenzen. Die typische Turbinenwärmeabschirmung, wie in 2A und 2B dargestellt, ist ein hohles Prägeteil oder manchmal ein maschinell bearbeitetes Metallteil. Bei der Herstellung mit hohem Volumen wird die Turbinenwärmeabschirmung aus einem Edelstahlblech geprägt. Die Turbinenseitenfläche der Turbinenwärmeabschirmung liegt in unmittelbarer Nähe zur Rückseite des Turbinenrades, wie in 1 zu sehen ist, was bedeutet, dass die Turbinenwärmeabschirmung Strahlungswärme vom Turbinenrad zusätzlich zum Leitungseffekt von Abgas, das auf das Material der Turbinenwärmeabschirmung auftrifft, ausgesetzt ist. Die Temperatur an den Klemmflächen (84 _C und 84 _T) der Turbinenwärmeabschirmung ist ein Produkt der abgestrahlten und geleiteten Wärme, die im Hauptkörper der Turbinenwärmeabschirmung absorbiert wird, abzüglich der Wärmeenergie, die von der Wärmeabschirmung durch Kontakt mit dem Turbinengehäuse auf der Turbinenseite und dem Lagergehäuse auf der Lagergehäuseseite abgeleitet wird.
Die Druckgradienten zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse und zwischen dem Kompressorgehäuse und dem Lagergehäuse stellen ein dynamisches System dar, das nicht nur durch die Turbinenraddrehzahl, sondern auch Lastfaktoren, die den Motor betreffen, gesteuert wird. Der Gasdurchgang vom Lagergehäuse zum Turbinengehäuse und umgekehrt wird vorwiegend durch einen Turbinenendkolbenring (78) gesteuert, der in einer Nut in der Drehwelle und im Rad montiert ist und gegen die statische Lagergehäusebohrung (32) und die Drehbacken der Kolbenringnut abdichtet.
Es ist auch ein Gasdurchgang zur Außenumgebung außerhalb des Turboladers durch die kleinen Öffnungen, die aufgrund von Materialrauheit und Variationen bei der maschinellen Bearbeitung unvermeidlich sind, zwischen den Klemmoberflächen (22) des Turbinengehäuse mit der Turbinenseitenoberfläche (84 _T) der Turbinenwärmeabschirmung und der Kompressorseitenoberfläche (84 _C) der Turbinenwärmeabschirmung und der Lagergehäuseoberfläche (33) vorhanden. Materialien (Gase und Ruß), die durch diese Dichtungsgrenzfläche hindurchtreten, können durch den Weg (90), der durch die benachbarten Flächen des Lagergehäuses und des Turbinengehäuses gebildet ist, durch das V-Band und in den Motorraum austreten. Da das V-Band 360° Kontakt und einen ausreichenden axialen Zwischenraum (damit Raum für das V-Band vorhanden ist) erfordert, liegt der Radius des V-Band-Flanschs typischerweise nahe oder ist größer als der maximale Radius des Diffusors von der Turboladermittellinie. Folglich liegt die Oberfläche von jeder der benachbarten Flächen von ungefähr dem Außendurchmesser (82) der Turbinenwärmeabschirmung zum maximalen Durchmesser des V-Band-Flanschs (34) in der Größenordnung von 4-mal jenem des Durchmessers der Turbinenwärmeabschirmung.
Eine Methode zum Verhindern dieses Gas- und Rußaustritts ist in US 6 415 846 , Steve O'Hara, zu sehen, das den Austritt von Gas und Ruß an die Außenumgebung verwehrt, indem keine mechanischen Verbindungen zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse vorhanden sind, da das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse als einziges Teil gegossen sind. Solche einheitlichen Gussstücke ermöglichen jedoch nicht, dass der Motorkunde die Orientierung von einem oder beiden Endgehäusen zum Lagergehäuse ändert, um die Ausrichtung der Einlass- oder Auslasskanäle des Endgehäuses auf Passmerkmale an irgendeiner gegebenen Motor- oder Fahrzeugkonfiguration zu ermöglichen. Folglich müsste eine unterschiedliche Form für jede unterschiedliche Fahrzeugkonfiguration erzeugt werden.
Viele Lösungen für dieses Problem des Verhinderns des Austritts von Abgasen und Ruß aus dem Turbolader an die Außenumgebung erfordern zusätzliche Komponenten, wie z. B. Dichtungsringe oder imprägnierte Graphitdichtungen, um eine wirksame Dichtung zu erzeugen. Das Hinzufügen einer anderen Komponente stellt zusätzliche Teile, potentielle Ausfallpunkte und Arbeits- und Handhabungskosten für den Hersteller dar.
Somit ist zu sehen, dass ein Bedarf an einer besseren Dichtung für die Verbindung der Endgehäuse, insbesondere des Turbinengehäuses, mit dem Lagergehäuse besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern des Austritts von Abgas und Ruß aus einem Turbolader und bewerkstelligt dies durch die Konstruktion und Implementierung einer vorab auf existierende Teile aufgebrachten gehärteten oder getrockneten Beschichtung, um eine Gas- und Rußdichtung zwischen dem Lagergehäuse und dem Endgehäuse und insbesondere dem Turbinengehäuse eines Turboladers zu erzeugen.
Es ist gut bekannt, dass das Turbolader-Turbinengehäuse nicht nur Abgas mit sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, sondern auch mit dem Motorauslasskrümmer verbunden ist und dass das Kompressorgehäuse dagegen Zufuhrluft mit viel kühleren Temperaturen ausgesetzt ist und dass das Lagergehäuse ein Metallwärmeleiter ist, der die zwei Endgehäuse überbrückt. Da das Turbinengehäuse durch das Abgas erhitzt wird, erhitzt sich das Turbinengehäuse ferner ungleichmäßig auf, was eine thermisch induzierte Verformung verursacht. Folglich sind die Mittel zum Verbinden des Turbinengehäuses mit dem Lagergehäuse dazu ausgelegt, eine geringe Menge an sowohl axialem als auch radialem Gleitkontakt zu ermöglichen. Diejenigen, die auf diesem Gebiet arbeiten, setzen folglich voraus, dass die Metallkontaktoberflächen sauber gehalten werden und gleiten können. Es ist überraschend, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein geeignetes Dichtungsmaterial, das auf eine Kontaktoberfläche aufgebracht wird und getrocknet oder gehärtet wird, um eine Beschichtung zu bilden vor der Montage der Endgehäuse am Lagergehäuse, an der Stelle bleibt, um den Auslassleckspalt effektiv abzudichten.
Die getrocknete oder gehärtete Beschichtung wird vorzugsweise vielmehr auf den Kontaktflächen einer Wärmeabschirmung als am Lagergehäuse oder Endgehäuse ausgebildet. Eine Wärmeabschirmung, die vergleichsweise leichtgewichtig ist und eine geringe Masse aufweist, wird in einem Ofen leicht getrocknet oder gehärtet. Eine solche durch eine Beschichtung modifizierte Wärmeabschirmung kann in derselben Weise wie irgendeine herkömmliche Wärmeabschirmung während der Montage des Turboladers gehandhabt werden, wobei somit keine Änderung in die Montagelinie eingeführt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist als Beispiel und nicht zur Begrenzung in den begleitenden Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile angeben und in denen:
1 einen Schnitt einer typischen Turboladeranordnung darstellt;
2A, B zwei Ansichten einer typischen Turbinenwärmeabschirmung mit einem aufgebrachten trockenen Dichtungsmittel darstellen;
3A, B zwei Ansichten eines typischen V-Bandes darstellen;
4 die Geometrie einer typischen Schrauben- plus Klemmplatten-Verbindung darstellt;
5 die Geometrie einer typischen V-Band-Verbindung darstellt; und
6 eine mehrstufige Turboladerkonfiguration darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder haben erkannt, dass mikroskopische Fehler und Unvollkommenheiten bei der maschinellen Bearbeitung eine Gelegenheit darstellten, dass Abgas oder Druckluft an den Klemmoberflächen oder an der Dichtungsgrenzfläche zwischen dem Endgehäuse und dem Lagergehäuse austritt, aber ein hoher Schwierigkeitsgrad bei der Abdichtung entweder einer V-Band-Verbindung an einem relativ großen Radius von der Turboladermittellinie oder einer Klemmplatten- und Schrauben-Verbindung in einem geringeren Durchmesser bestand, ohne eine separate Dichtung einzuführen, um eine Abdichtung zu bewirken. Aufgrund der Dicke einer solchen Dichtung; der zusätzlichen Schritte, die am Einführen einer solchen Dichtung während der Turboladermontage erforderlich sind; und der Tatsache, dass Dichtungen sich gewöhnlich mit dem Wärmezyklus locker, wurde diese Methode mit Problemen in Verbindung gebracht und wurde nicht weitgehend industriell übernommen.
Die vorliegenden Erfinder entwickelten ein Verfahren zum Abdichten, das Folgendes beinhaltet: (a) Identifizieren von komplementären Kontaktoberflächen zwischen einem Lagergehäuse und einem Endgehäuse, zwischen denen z. B. im Fall des Turbinenendes Abgas und Ruß während des Turboladerbetriebs austreten können; und (b) Aufbringen eines Dichtungsmaterials auf mindestens eine der komplementären Oberflächen; (c) Härten des Dichtungsmaterials, um einen Teil mit einer trockenen oder gehärteten Beschichtung auszubilden; und (d) Montieren des Turboladers, so dass die Beschichtung eine Barriere gegen den Austritt von Abgas und Ruß bildet.
In Anbetracht der Gesamtheit von potentiellen Dichtungsmaterialien, aus denen auszuwählen ist, um eine Gas- und Rußdichtung zwischen z. B. dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse eines Turboladers zu erzeugen, ist es erforderlich, dass das ausgewählte Dichtungsmaterial bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften aufweist, einschließlich der Fähigkeit, die hohen Temperaturen zu tolerieren, die mit Turbinengehäusen von Turboladern verbunden sind, und der Fähigkeit, wiederholte Zyklen einer differentiellen Wärmeausdehnung zwischen benachbarten Teilen zu überleben, die mit verschiedenen Raten erhitzt und gekühlt werden und verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dichtungsmaterialien können im Allgemeinen in ”fließfähig”, ”geformter Einsatz” und ”vorab verfestigt” gruppiert werden.
Fließfähige Dichtungsmaterialien
Dichtungsmaterialien (”Dichtungsmittel”) sind bekannt, die in fließfähiger Form (Flüssigkeit, Gel, Paste usw. – eine Form, die bei Raumtemperatur fließt) aufgebracht werden und die so ausgelegt sind, dass sie sich zumindest zu der Zeit, zu der die gegenüberliegenden Oberflächen abgedichtet und zusammengebracht werden, in dieser fließfähigen Form befinden.
Solche Dichtungsmittel werden üblicherweise auf Auspuffrohrdichtungen, Katalysatoren, Gasturbinenmotoren oder Brennstoffzellen in fließfähiger Form aufgebracht und die Teile werden unter Druck verbunden (geklemmt, verschraubt), wonach das Dichtungsmittel getrocknet oder gehärtet wird, gewöhnlich durch Brennen in einem Ofen oder durch ”Einlaufen” des Teils unter gesteuerten Bedingungen.
Das Dichtungsmaterial vom fließfähigen Typ ist jedoch mit gewissen Problemen verbunden. Das Hinzufügen einer Station zu einer Montagelinie, um ein fließfähiges Dichtungsmaterial auf eines oder beide des Lagergehäuses und Turbinengehäuses aufzubringen, stellt eine zusätzliche Investition in Kapital und Arbeitskraft dar. Das Sicherstellen, dass das Dichtungsmaterial gleichmäßig ohne Blasen oder Hohlräume aufgebracht wird und dass das fließfähige Dichtungsmittel nicht durch Kontakt im Montageprozess abgerieben oder abgewischt wird, kann eine umfangreiche Qualitätskontrollausrüstung erfordern. Ferner stellt die begrenzte Aussetzungszeit des Materials vor dem Trocknen von Dichtungsmitteln auf Wasserbasis oder Härten von Dichtungsmittel auf Polymerbasis Probleme von Eile dar und solche Teile können zwischen Schichten oder, wenn sie über Nacht belassen werden, schuppen oder härten. Häufig ist es erforderlich, die Atmosphäre und Temperatur zu steuern, um Trocknen oder Härten von solchen Teilen zu verhindern. Im Fall, dass das Dichtungsmaterial so ausgelegt ist, dass es getrocknet oder gehärtet wird, nachdem die Teile verbunden sind, würde dies schließlich signifikante Zeit- und Energieanforderungen darstellen, da es viel Energie erfordert, um ein Turboladergehäuse auf eine Hartungs- oder Trocknungstemperatur zu erhitzten.
Geformter Einsatz
Ein separater Einsatz, der aus einem festen Material besteht, beispielsweise eine Graphitdichtung, ein O-Ring, eine Kupferlaminatdichtung usw., bei dem wahlweise eine oder beide Dichtungsoberflächen mit einem weiteren Dichtungsmaterial beschichtet sein können, kann verwendet werden, um eine Dichtung auszubilden. Ein solches zusätzliches Teil führt jedoch auch neue Konstruktionsprobleme, Haltbarkeitserwägungen und Montagekosten ein und könnte folglich nicht als optimales Verfahren zum Abdichten von Lecks in einem Turbolader in Betracht kommen.
Vorab verfestigtes Dichtungsmaterial
Um den Problemen auszuweichen, die mit den fließfähigen Dichtungsmaterialien und den geformten Einsätzen verbunden sind, experimentierten die Erfinder mit dem Aufbringen einer dünnen Schicht eines fließfähigen, aber verfestigbaren Dichtungsmittels auf mindestens eine Kontaktoberfläche und Trocknen und Härten des Dichtungsmittels an der Stelle, um eine feste Beschichtung vor der Zeit der Zusammenfügung der Kontaktoberflächen zu bilden, so dass die verfestigte Beschichtung sich auf mindestens einem Teil befindet, das ansonsten ein herkömmliches Teil des Turboladers ist, wie zur Montagestation geliefert. Solche Beschichtungen werden relativ leicht aufgebracht (z. B. gesprüht, siebgedruckt, gebürstet), laufen nicht, da sie dünn aufgetragen und an der Stelle unter gesteuerten Bedingungen getrocknet oder gehärtet werden. Sie werden nicht leicht entfernt (tatsächlich können sie schwierig zu entfernen sein). Die verfestigten Dichtungsmittel, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind durch Beständigkeit gegen Hochtemperaturalterung, Beständigkeit gegen eine Korrosionsatmosphäre, Beständigkeit gegen Schwefel- und Salpetersäure und Beständigkeit gegen Öle und andere Kohlenwasserstoffe gekennzeichnet. Dichtungsmittel, die herkömmlich in ähnlichen Anwendungen mit äußerst hoher Temperatur verwendet werden, wie z. B. Kraftfahrzeug-Auslassdichtungs-Beschichtungsmaterialien, können als geeignete Kandidaten zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, wobei sich die vorliegende Erfindung von der herkömmlichen Methodologie darin unterscheidet, dass das Dichtungsmaterial vor der Verbindung der Teile getrocknet oder gehärtet wird, wohingegen das herkömmliche Verfahren zum Abdichten einer Auspuffrohrdichtung das Aufbringen eines Dichtungsmittels und dann Verbinden der Teile mit Klemmdruck, der gegen das fließfähige Dichtungsmittel presst, beinhaltet.
Dichtungsmittel können auf verschiedenen Hauptbestandteilen wie z. B. Molybdändisulfid (MoS₂), Graphit oder Versionen von Fluorpolymeren, z. B. Fluorkunststoffen oder Fluorelastomeren, basieren. Dichtungsmaterialien, die bei Temperaturen oberhalb 500°C wirksam sind, sind in den Katalogen von verschiedenen Herstellern oder Verteilern von Dichtungsmaterialien zu finden. Die exakte Zusammensetzung des Dichtungsmittels ist nicht wichtig; was wichtig ist, ist, dass das Dichtungsmittel von dem Typ ist, der vorab aufgebracht werden kann, z. B. auf die Wärmeabschirmung, und an der Stelle gehärtet werden kann, um eine feste Beschichtung zu bilden, und dass das Dichtungsmittel wirksam bleibt und Temperaturen im Bereich von mindestens 550°C bis 600°C aushält.
Für eine größere Bequemlichkeit und um Vorsichtsmaßnahmen wie z. B. Ausschluss von Licht zu vermeiden und auch die Kosten und den Aufwand einer zusätzlichen Ausrüstung, die mit UV-härtenden, lichthärtenden oder durch Elektronenstrahl härtenden Dichtungsmitteln verbunden ist, werden die üblichen und kommerziell leicht erhältlichen Dichtungsmittel in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine 0,5 bis 1,2 mm dicke (im trockenen oder gehärteten Zustand) Beschichtung von ”Sandstrom L277” MoS₂/Graphit-Material (ein durch Sprühen aufgebrachtes Material auf Wasserbasis mit einem Feststoffgehalt von 40% mit 5–10 Gew.-% Kieselsäurenatriumsalz, 20–25 Gew.-% Molybdändisulfid, 1–5 Gew.-% Kohlenstoff und Rest Wasser) auf beide ”Halbflansch”-Kontaktoberflächen der Wärmeabschirmung (84 _T und 84 _C) aufgebracht und getrocknet, vorzugsweise in einer erhitzten trockenen Atmosphäre, vorzugsweise unter Umluft bei 60–150°C für 15 Minuten, wonach das beschichtete Teil in bewegter Luft für 15 Minuten abkühlen lassen wird. Das so beschichtete Teil kann ohne Befürchtung von Abrieb der Beschichtung gehandhabt werden.
Das Hochtemperatur-Dichtungsmittel könnte auch ein Material vom Klebstofftyp sein, wie im US-Patent 6 648 597 oder 7 150 099 offenbart, d. h. ein Hochtemperatur-Keramikklebstoff, wie z. B. von Cotronics Corporation in Brooklyn, N. Y., erhältlich (insbesondere jene Produkte, die unter den Produktbezeichnungen 907F, 7020, 954, 952, 7032, Resbond 989 oder 904 vertrieben werden); Aremco (Ceramabond 503, 600 oder 516), Sauerizon (Klebstoffe auf Phosphatbasis) oder Zircar (ZR-COM) oder Variationen an diesen grundlegenden Klebstofftypen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Material auf eine Oberfläche aufgebracht und vor, nicht nach der Montage des Turboladers getrocknet oder gehärtet.
Alternativ könnten Produkte von Unifrax Corporation in Niagara Falls, N. Y., verwendet werden, die unter den Handelsmarken UNIFRAX LDS, FIBERMAX CAULK oder TOPCOAT 3000 vertrieben werden. Andere Alternativen umfassen Hercules High-Heat Furnace Cement #35-515, erhältlich von Hercules Inc., und Rutland #77/78 Stove Gasket Cement.
Es ist erwünscht, dass das Dichtungsmittel einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der ungefähr derselbe wie jener des Turboladergehäuse- und Wärmeabschirmungsmaterials ist. Mit ”ungefähr derselbe” ist gemeint, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der zwei Materialien innerhalb etwa 25% zueinander liegt. Im Allgemeinen gilt, je genauer die Ausdehnungskoeffizienten angepasst sind, desto besser. Bei Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 500°C ist die Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten sicherlich wichtig beim Fördern der Langzeithaltbarkeit der Dichtung. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtungsmittels kann durch Mischen des Dichtungsmittels mit kleinen Partikeln aus Metall oder mit Metallpulvern eingestellt werden. Falls die Dichtungsmaterialien hauptsächlich keramisch sind, weisen solche Materialien einen viel niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als jenen der Metallpartikel auf. Das Mischen der Metallpartikel oder des Metallpulvers mit der Keramik kann daher ein Produkt mit einem Ausdehnungskoeffizienten ergeben, der sich dem Koeffizienten für die Wärmeabschirmung oder das Turboladergehäuse nähert.
Schließlich ist New Pyro-Putty 950, ein gegen hohe Temperatur und hohen Druck beständiges Dichtungsmittel, das von Aremco Products, Inc., entwickelt wurde, für die Verwendung als Ersatz für Dichtungen und zum Reparieren von rauen, geritzten oder unregelmäßigen Oberflächen zum Abdichten von Hochtemperaturkomponenten, wie z. B. Siedekesseln, Kompressoren, Wärmetauschern, Feuerungsanlagen, Öfen, Auslasskrümmern und Turbinen, für Betriebsbedingungen bis zu 510°C vorgesehen. Der Hersteller lehrt, dass eine Verbindung durch Erwärmen auf 204°C für 1 Stunde gehärtet werden kann. Im Gegensatz zu den Anweisungen des Herstellers wird jedoch in der vorliegenden Erfindung das Dichtungsmittel in einer dünnen Schicht aufgebracht und vor dem Ausbilden der Verbindung gehärtet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Wie in 2A und 2B dargestellt, wird eine typische Turbinenwärmeabschirmung (80) aus Edelstahlblechmaterial gezogen und gestanzt. Die Wärmeabschirmung könnte natürlich gewalzt oder sogar aus einem Feststoff maschinell bearbeitet werden und könnte eine Vielfalt von Formen von einem sehr flachen Stanzteil bis gerippt annehmen. Der Flansch der Wärmeabschirmung weist einen Außendurchmesser (82) auf, der sich entweder in einer Aussparung im Lagergehäuse oder Turbinengehäuse anordnet, um die Wärmeabschirmung konzentrisch relativ zum Turbolader anzuordnen. In dem in 4 dargestellten Fall befindet sich die Aussparung im Turbinengehäuse und das Lagergehäuse weist einen Führungsdurchmesser auf, der sich auch radial in dieser Aussparung ausrichtet. Der Ort der Führung und Aussparung könnte ebenso gut umgekehrt sein. Ein Loch ist in die Mitte der Wärmeabschirmung gestanzt, um zu ermöglichen, dass die Welle und das Rad durch die Wärmeabschirmung hindurchgehen. Folglich befindet sich ein Ring zwischen der Welle und dem Rad und der Wärmeabschirmung, was ermöglicht, dass Abgas und Ruß durch das Loch in der Wärmeabschirmung hindurchtreten. An der Wellen- und Radanordnung ist ein Kolbenring (78) montiert, der an seinen Wangenflächen mit der Kolbenringnut in der Welle und im Rad abdichtet und an seinem Außendurchmesser mit der Kolbenringbohrung (32) im Lagergehäuse abdichtet, wie in 1 dargestellt. Die Kolbenringdichtung verhindert die Strömung von Abgas und Ruß von der Turbinenradseite des Kolbenrings zur Lagergehäuseseite des Kolbenrings.
Bei Abwesenheit der vorliegenden Erfindung können dieses Abgas und dieser Ruß, die im Raum auf der Lagergehäuseseite der Wärmeabschirmung unter Druck stehen können, aus dem inneren Teil des Turboladers durch einen Leckweg entweichen, der zwischen der dem Kompressor zugewandten Flanschoberfläche (84 _C) der Wärmeabschirmung und der der Turbine zugewandten Führungsoberfläche (33) des Lagergehäuses gebildet ist.
Das Abgas und der Ruß können auch an die Außenumgebung durch den Raum auf der Turbinengehäuseseite der Wärmeabschirmung entweichen. Der Leckweg liegt durch die Verbindung, die zwischen der der Turbine zugewandten der Flanschoberfläche (84 _T) der Wärmeabschirmung und der dem Kompressor zugewandten Führungsoberfläche (22) des Turbinengehäuses gebildet ist, und dann durch die Lücken zwischen den Klemmplatten zur Umgebungsatmosphäre.
In einer V-Band-Konfiguration, wie in 5 dargestellt, werden die Konstruktionstoleranzen im Lagergehäuse und Turbinengehäuse typischerweise so bestimmt, dass, wenn die axial gewandten benachbarten Kontaktoberflächen (22, 33) des Turbinengehäuses (2) und des Lagergehäuses (3) gegen den Flansch der Wärmeabschirmung geklemmt sind, ein Spalt (90) zwischen der diametral äußeren dem Kompressor zugewandten Oberfläche (91) des Turbinengehäuses (2) und der diametral äußeren der Turbine zugewandten Oberfläche (89) des Lagergehäuses (3) bleibt (d. h. zwischen den Außendurchmessern der V-Band-Flansche (34) und ungefähr dem Außendurchmesser der Wärmeabschirmung).
In einer Verbindung vom Klemmplatten- und verschraubten Typ, wie in 4 dargestellt, ist die Summe der Dicke des Flanschs (30) des Lagergehäuses (3) und der Dicke des Flanschs der Wärmeabschirmung typischerweise größer als die Tiefe der Aussparung im Turbinengehäuse, um zu ermöglichen, dass die Schraube (36) die Klemmplatte (35) ablenkt, um eine Klemmlast auf sowohl den Kontakt des Lagergehäuses (3) mit dem Turbinengehäuse (2) als auch den Kontakt des Lagergehäuses (3) mit der Wärmeabschirmung (80) mit dem Turbinengehäuse (2) aufzubringen.
In beiden Konfigurationen, Klemmplatten und Schrauben oder V-Band, können die Oberflächenunvollkommenheiten an den Kontaktoberflächen Leckwege bilden, die einen Austritt von Gas oder Ruß ermöglichen. Sobald sie durch einen dieser zwei Leckwege (90) gelangt sind, wie in 4 und 5 dargestellt, können das Gas und der Ruß in die Außenumgebung eintreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert das Dichtungsmittel, das aufgebracht und verfestigt (getrocknet oder gehärtet) wird, um eine feste Beschichtung in den Kontaktflächen vor der Montage des Turboladers zu bilden, diesen Austritt.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Dichtungsmaterial als dünne Schicht auf sowohl die dem Kompressor zugewandte Oberfläche (84 _C) als auch die der Turbine zugewandte Oberfläche (84 _T) der Flansche der Turbinenwärmeabschirmung (80) vorab aufgebracht. Die zu beschichtenden Oberflächen sind die zwei Oberflächen, die durch den Außendurchmesser der Turbinenwärmeabschirmung (82) und die Radien, die den Flansch mit den im Allgemeinen zylindrischen Wandoberflächen verbinden, die den Flansch mit der geringfügig konischen Oberfläche benachbart zum Turbinenrad verbinden, begrenzt sind. Die dünne Schicht von Dichtungsmaterial wird dann gehärtet oder getrocknet, um eine verfestigte Beschichtungsschicht zu bilden. Bei der Montage, während ein Turbolader gebaut wird, wird die dem Kompressor zugewandte Oberfläche (84 _C) durch die der Turbine zugewandte Oberfläche (33) des Lagergehäuses eingeschränkt und die der Turbine zugewandte Oberfläche (84 _T) wird durch die dem Kompressor zugewandte Oberfläche (22) des Turbinengehäuses eingeschränkt.
Da die Dichtungszusammensetzung vorgetrocknet oder gehärtet wird, sind die Teile nicht gegen Berührung empfindlich, können leicht auf Beschichtungskonsistenz untersucht werden, können im Fall, dass Defekte bemerkt werden, neu bearbeitet werden, sind leicht zu handhaben und laufen nicht. Folglich kann die Turboladermontage in herkömmlicher Weise vor sich gehen, ohne spezielle Vorsichtsmaßnahmen oder spezielles Training zu erfordern. Gemäß der vorliegenden Erfindung können ferner, da die Beschichtung eine trockene feste Beschichtung ist, Turboladerteile gewartet, z. B. zerlegt und erneut zusammengefügt werden, ohne die Dichtung zu zerbrechen oder zu beschädigen.
Das Testen durch den Erfinder, um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Dichtungsprotokolls zu messen, zeigte, dass ein Turbolader in der unbeschichteten Wärmeabschirmungskonfiguration mit abgedichtetem Kompressoreinlass und Turbinenauslass, der auf bis zu 2,7 Atmosphären gepumpt wurde, 50% des Testdrucks in weniger als 2 Minuten verlor, während das Testen eines ähnlich konfigurierten Turboladers mit der vorher aufgebrachten trockenen beschichteten Wärmeabschirmung zeigte, dass keine Teststücke bis auf 50% des Testdrucks nach 10 Minuten leckten, selbst bei Turboladern, die eine mehrfache Demontage und Neumontage der Wärmeabschirmung durchliefen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird für ein wassergekühltes Turbinengehäuse oder einen Turbolader, der keine typische Turbinenwärmeabschirmung verwendet, das Dichtungsmaterial auf eine oder beide der direkten Kontaktoberflächen des Turbinengehäuses mit dem Lagergehäuse aufgebracht und getrocknet oder gehärtet, um eine feste Beschichtung vor der Montage zu bilden. Als Beispiel: für eine Klemmplatten- und geschraubte Konfiguration würde das Dichtungsmittel auf die dem Kompressor zugewandte Oberfläche (22) des Widerlagers in der Aussparung im Turbinengehäuse und auf die der Turbine zugewandte Oberfläche (33) des Flanschs (30) des Lagergehäuses aufgebracht und dann getrocknet oder gehärtet werden. In diesem Fall wäre keine Turbinenwärmeabschirmung in dieser Verbindung vorhanden, so dass die zwei Flächen der zwei Gehäuse in Kontakt stehen würden, wobei somit eine Dichtungsoberfläche ausgebildet wird. Eine Dichtung, wenn auch eine weniger effiziente Dichtung, könnte auch durch vorheriges Aufbringen der Beschichtung auf irgendeine andere komplementäre benachbarte Oberfläche oder Oberflächen entlang des Leckweges (90) gebildet werden.
In einer Alternative zur zweiten Ausführungsform der Erfindung wird für ein wassergekühltes Turbinengehäuse oder einen Turbolader, der keine Turbinenwärmeabschirmung verwendet, die trockene Beschichtung vor der Montage auf die direkten Grenzflächen des Turbinengehäuses mit dem Lagergehäuse aufgebracht. Als Beispiel: für eine V-Band-Konfiguration würde das Dichtungsmittel auf die dem Kompressor zugewandte Oberfläche (22) des Widerlagers in der Aussparung im Turbinengehäuse und auf die der Turbine zugewandte Oberfläche (33) des Flanschs (30) des Lagergehäuses vor der Montage aufgebracht und dann getrocknet oder gehärtet werden. In diesem Fall wäre keine Turbinenwärmeabschirmung in dieser Verbindung vorhanden, so dass die zwei Flächen in Kontakt stehen würden und folglich eine Dichtungsoberfläche bilden würden. Eine Dichtung, wenn auch eine weniger effiziente Dichtung, könnte auch durch vorheriges Aufbringen der trockenen Beschichtung auf beliebige andere komplementäre benachbarte Oberflächen entlang des Leckweges (90) gebildet werden. In einigen Fällen werden für V-Band-Konfigurationen die äußeren komplementären benachbarten Flächen (33, 91) entlastet, um eine ausreichende Klemmlast an der primären inneren Grenzfläche (22, 33) der Führung und Aussparung sicherzustellen, wie vorstehend erläutert. Im Fall für ein entlastetes Paar von Oberflächen oder eine einzeln entlastete Oberfläche wäre diese Zone nicht mehr für eine vorher aufgebrachte und getrocknete oder gehärtete Beschichtung anwendbar.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, in einer Konfiguration, in der mehrere Turbolader vorhanden sind, wie z. B. Reihen- oder geregelte zweistufige Turbolader, wird eine Beschichtung auf die komplementären benachbarten Oberflächen der Gleitverbindung aufgebracht und dann vor der Montage an einer Konfiguration, die die Turbolader mit dem Turbinenkanal verbindet, der das Abgas vom Exducer der ersten Turbinenstufe zum Einlass der zweiten Turbinenstufe führt, gehärtet oder getrocknet. In einer Konfiguration, in der eine Gleitverbindung vorliegt, an der der Turbinenkanal in oder über die stromabseitige Turbinenstufe gleitet, würde dann die vorher aufgebrachte und gehärtete oder getrocknete Beschichtung auf die komplementäre benachbarte Oberfläche dieser Gleitverbindung aufgebracht werden.
Wie in 6 dargestellt, weist ein Turbolader der ersten Stufe ein Turbinengehäuse (50) auf, von dem Abgas das Turbinenrad (10A) durch den Exducer (23) verlässt und aus dem Turbinengehäuse (50) der ersten Stufe in einen Turbinenkanal (52) strömt. Der Turbinenkanal (52) verbindet fluidtechnisch vom Exducer (23) des Turbinengehäuses der ersten Stufe mit dem Eingang des Turbinengehäuses (51) der zweiten Stufe, wo er das Abgas vom Exducer (23) der ersten Stufe zum Turbinenrad (10B) des Turboladers der zweiten Stufe leitet. Der Turbinenkanal weist den inneren Abschnitt einer Gleitverbindung mit der Oberfläche (55) eines Außendurchmessers in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche (54) eines Innendurchmessers des äußeren Abschnitts der Gleitdichtung auf. Eine Beschichtung ist auf einer oder beiden benachbarten Oberflächen der Gleitverbindung (54, 55) ausgebildet, um eine Dichtung zu bilden, um den Durchgang von Gas oder Ruß vom Abgas zur Außenumgebung zu blockieren. Der innere Teil der Gleitverbindung und der äußere Teil der Gleitverbindung können nebeneinander gestellt sein. Was wichtig ist, ist, dass das Dichtungsmaterial auf die aktiven Oberflächen der Gleitverbindung aufgebracht und vor dem Verbinden der Teile gehärtet wird, um die Verbindung zu bilden.
In einer Variation der dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine ”C”-Dichtung oder ein Dichtungsring, der zu einer Metallversion eines ”O”-Rings ähnlich ist, in der Gleitverbindung enthalten und ein Dichtungsmaterial wird auf die aktiven Komponenten der Gleitverbindung (die Oberflächen der inneren und äußeren Komponenten und den Dichtungsring) aufgebracht und vor der Montage gehärtet oder getrocknet, um eine Dichtung für das Abgas und den Ruß zu erzeugen, die an die Außenumgebung austreten können.
In der vierten Ausführungsform der Erfindung wird ein Dichtungsmittel auf die Verbindungsoberflächen eines Gehäuses aufgebracht, das ein Ventil oder einen anderen ähnlichen Mechanismus enthält, wobei das Gehäuse am Turbinengehäuse montiert wird, und vor der Montage gehärtet oder getrocknet. In einer Weise ähnlich zur Führungs- und Widerlagerkonfiguration des Lagergehäuses im Turbinengehäuse, wie vorstehend beschrieben, wird das ”Zubehör”-Gehäuse am Turbinengehäuse montiert, wobei die vorab verfestigte Beschichtung auf den geeigneten, benachbarten Oberflächen der Verbindung ausgebildet ist.
In einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird ein Dichtungsmittel auf die Verbindungsoberflächen zwischen Komponenten des Turboladers und anderen Motor- oder Fahrzeugkomponenten aufgebracht und getrocknet oder gehärtet. Ein Beispiel einer solchen Verbindung ist die Marmon-Verbindung vom Exducer des Turbinengehäuses mit dem Fahrzeugabgasvorrohr (die Verbindung vom Turbolader mit dem Auspuffrohr). Ein weiteres Beispiel der fünften Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung des Turbolader-Turbinengehäuses mit dem Auslasskrümmer des Motors.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6415846 [0020]
US 6648597 [0044]
US 7150099 [0044]

Claims

Verfahren zum Befestigen eines Turboladerendgehäuses (2, 5) an einem Turbolader-Lagergehäuse (3), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Identifizieren von komplementären Kontaktoberflächen zwischen dem Endgehäuse und dem Lagergehäuse, (b) Aufbringen eines fließfähigen Dichtungsmaterials auf mindestens eine der komplementären Oberflächen, (c) Trocknen oder Härten des Dichtungsmaterials, um eine getrocknete oder gehärtete verfestigte Beschichtung zu bilden, und (d) Montieren des Turboladers, so dass die Beschichtung eine Gasbarriere bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Endgehäuse ein Turbinengehäuse (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Wärmeabschirmung (80) zwischen dem Lagergehäuse (3) und dem Turbinengehäuse (2) vorgesehen ist und wobei die komplementären Kontaktoberflächen die Oberflächen sind, an denen die Wärmeabschirmung mit dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Dichtungsmaterial auf den Kontaktoberflächen der Wärmeabschirmung bei einer Temperatur oberhalb 50°C getrocknet oder gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Dichtungsmaterial auf den Kontaktoberflächen der Wärmeabschirmung bei einer Temperatur oberhalb 100°C getrocknet oder gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,5 bis 1,2 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die komplementären Kontaktoberflächen die Oberflächen sind, an denen das Lagergehäuse (3) mit dem Turbinengehäuse (2) in Kontakt steht, und wobei das Dichtungsmaterial auf das Lagergehäuse aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die komplementären Kontaktoberflächen die Oberflächen sind, an denen das Lagergehäuse (3) mit dem Turbinengehäuse (2) in Kontakt steht, und wobei das Dichtungsmaterial auf das Turbinengehäuse aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die komplementären Kontaktoberflächen die Oberflächen sind, an denen das Lagergehäuse (3) mit dem Kompressorgehäuse (2) in Kontakt steht, und wobei das Dichtungsmaterial auf das Kompressorgehäuse oder Lagergehäuse aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dichtungsmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem auf Molybdändisulfid basierenden Dichtungsmaterial, einem auf Graphit basierenden Dichtungsmaterial, einem auf Keramik basierenden Dichtungsmaterial und einem auf Fluorpolymer basierenden Dichtungsmaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Endgehäuse mit dem Lagergehäuse durch eine Verbindung vom Klemmplatten- und verschraubten Typ oder eine V-Band-Verbindung verbunden wird.
Verfahren zum Ausbilden einer Befestigung an einem Turbolader-Endgehäuse (2, 5), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Identifizieren von komplementären Kontaktoberflächen zwischen dem Endgehäuse und einem mit dem Endgehäuse zu verbindenden Teil, (b) Aufbringen eines fließfähigen Dichtungsmaterials auf mindestens eine der komplementären Oberflächen, (c) Trocknen oder Härten des Dichtungsmaterials, um eine getrocknete oder gehärtete verfestigte Beschichtung zu bilden, und (d) Montieren des Turboladers, so dass die Beschichtung eine Gasbarriere zwischen dem Turbolader-Endgehäuse und dem Teil bildet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Endgehäuse ein Turbinengehäuse ist und wobei das Teil ein Kanal ist, der das Turbinengehäuse mit einem zweiten Turbinengehäuse verbindet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Teil ein Turbinenkanal ist, der das Abgas von einem Exducer der ersten Turbine zum Einlass einer zweiten Turbine führt, und wobei die komplementären Kontaktoberflächen dazu ausgelegt sind, eine Gleitverbindung zu bilden.