DE112011103886T5 - Federvorbelastetes Abdichtungsverfahren für eine Betätigungswelle - Google Patents

Federvorbelastetes Abdichtungsverfahren für eine Betätigungswelle Download PDF

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Abstract

Die Neigung für einen Gas- und Rußaustritt um eine Welle, die sich durch eine Bohrung erstreckt, die Volumina mit verschiedenen Drücken verbindet, z. B. ein Turbolader-Turbinengehäuse und die Umgebungsluft, wird mit dem Hinzufügen eines Paars von Dichtungsringen, die durch eine Feder axial vorbelastet sind, minimiert, um eine kontinuierliche Gas- und Rußdichtung zu schaffen. Die Feder kann die Dichtungsringe auseinander oder zueinander hin vorbelasten.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung behandelt den Bedarf an einer verbesserten Wellenabdichtungskonstruktion für eine Turboladerwelle, die durch die Wände eines Turbinengehäuses verläuft.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Turbolader sind ein Typ von Aufladesystem. Sie liefern Luft mit größerer Dichte, als es in der nicht aufgeladenen Konfiguration möglich wäre, zum Kraftmaschineneinlass, was ermöglicht, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird, wobei somit die Leistung der Kraftmaschine ohne signifikante Erhöhung des Kraftmaschinengewichts verstärkt wird. Eine kleinere Kraftmaschine mit Turbolader, die eine nicht aufgeladene Kraftmaschine mit einer größeren physikalischen Größe ersetzt, verringert die Masse und kann die aerodynamische Frontfläche des Fahrzeugs verkleinern.
  • Turbolader verwenden die Abgasströmung vom Kraftmaschinenauslasskrümmer, um ein Turbinenrad (21) anzutreiben, das im Turbinengehäuse (2) angeordnet ist. Sobald das Abgas durch das Turbinenrad hindurchgeströmt ist und das Turbinenrad Energie vom Abgas gewonnen hat, verlässt das verbrauchte Abgas das Turbinengehäuse und wird zum Fahrzeugflammrohr und gewöhnlich zu Nachbehandlungsvorrichtungen wie z. B. Katalysatoren, Partikelfallen und NOx-Fallen geleitet.
  • In einem Turbolader mit Ladedruckbegrenzer ist der Turbinendiffusor mit dem Turbinenexducer durch einen Umleitungskanal fluidtechnisch verbunden. Eine Strömung durch den Umleitungskanal wird durch ein Ladedruckbegrenzerventil (61) gesteuert. Da der Einlass des Umleitungskanals sich auf der Einlassseite des Diffusors befindet, die stromaufwärts vom Turbinenrad liegt, und der Auslass des Umleitungskanals auf der Exducerseite des Diffusors liegt, die stromabwärts vom Turbinenrad liegt, umgeht die Strömung durch den Umleitungskanal, wenn er sich im Umleitungsmodus befindet, das Turbinenrad, wobei somit das Turbinenrad nicht angetrieben wird. Um den Ladedruckbegrenzer zu betreiben, muss eine Betätigungs- oder Steuerkraft von außerhalb des Turbinengehäuses, durch das Turbinengehäuse zum Ladedruckbegrenzerventil innerhalb des Turbinengehäuses übertragen werden. Eine Ladedruckbegrenzer-Drehwelle erstreckt sich durch das Turbinengehäuse. Außerhalb des Turbinengehäuses ist ein Aktuator (73) mit einem Ladedruckbegrenzerarm (62) über ein Gestänge (74) verbunden und der Ladedruckbegrenzerarm (62) ist mit der Ladedruckbegrenzer-Drehwelle (63) verbunden. Innerhalb des Turbinengehäuses ist die Drehwelle (63) mit dem Ladedruckbegrenzerventil (61) verbunden. Die Betätigungskraft vom Aktuator wird in eine Drehung der Drehwelle (63) umgesetzt, was das Ladedruckbegrenzerventil (61) innerhalb des Turbinengehäuses bewegt. Die Ladedruckbegrenzer-Drehwelle dreht sich in einer zylindrischen Buchse (68) oder steht direkt mit dem Turbinengehäuse in Kontakt. Da ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Welle und der Bohrung der Buchse existiert, in der sie angeordnet ist, ist ein Austritt von heißem, toxischem Abgas und Ruß aus dem mit Druck beaufschlagten Turbinengehäuse durch diesen Zwischenraum möglich.
  • Turbinengehäuse erfahren einen großen Temperaturfluss. Die Außenseite des Turbinengehäuses ist der Umgebungslufttemperatur zugewandt, während die Diffusoroberflächen mit Abgasen im Bereich von 740°C bis 1050°C in Abhängigkeit vom verwendeten Kraftstoff in der Kraftmaschine in Kontakt stehen. Es ist wesentlich, dass der Aktuator über die vorstehend beschriebenen umgesetzten Bewegungen den Ladedruckbegrenzer steuern kann, um dadurch die Strömung zum Turbinenrad in einer genauen, reproduzierbaren, nicht hemmenden Weise zu steuern.
  • Eine VTG wird nicht nur verwendet, um die Strömung von Abgas zum Turbinenrad zu steuern, sondern auch um den Turbinengegendruck zu steuern, der erforderlich ist, um AGR-Abgas gegen einen Druckgradienten in das Kompressorsystem zu treiben, damit es erneut in die Brennkammer eingelassen wird. Der Gegendruck innerhalb des Turbinensystems kann im Bereich von bis zu 500 kPa liegen. Dieser hohe Druck innerhalb der Turbinenstufe kann zum Austritt von Abgas an die Atmosphäre durch irgendwelche Öffnungen oder Spalte führen. Der Durchgang von Abgas durch diese Öffnungen ist gewöhnlich von einem schwarzen Rußrückstand auf der Austrittsseite des Gasaustrittspfades begleitet. Diese Rußablagerung ist von einem kosmetischen Standpunkt unerwünscht und der Austritt des Abgases, das CO, CO2 und andere toxische Chemikalien enthält, kann eine Gesundheitsgefahr für die Insassen des Fahrzeugs sein. Dies macht Abgaslecks zu einer besonders heiklen Angelegenheit in Fahrzeugen wie z. B. Krankenwägen und Bussen. Von einem Emissionsstandpunkt werden die Gase, die aus der Turbinenstufe entweichen, nicht durch die Kraftmaschinen/Fahrzeug-Nachbehandlungssysteme eingefangen und behandelt.
  • Typischerweise wurde einiges des Austritts von Gas und Ruß durch den Ring, der durch eine Welle gebildet ist, die sich innerhalb einer zylindrischen Bohrung dreht, toleriert, da die Endflächen der Buchse gewöhnlich mit entweder dem Innenflansch des Ventilarms oder dem Außenflansch oder der äußeren Oberfläche des Antriebsarms des Ladedruckbegrenzer-Steuermechanismus in Kontakt stehen, wobei somit der Austritt eine gewisse Zeit blockiert wird.
  • Dichtungsmittel wie z. B. Dichtungsringe, die manchmal auch Kolbenringe genannt werden, werden üblicherweise innerhalb eines Turboladers verwendet, um eine Dichtung zwischen dem statischen Lagergehäuse und der dynamischen Drehanordnung (d. h. Turbinenrad, Kompressorrad und Welle) zu erzeugen, um den Durchgang von Öl und Gas vom Lagergehäuse in sowohl die Kompressor- als auch Turbinenstufe und umgekehrt zu steuern. BorgWarner hatte Dichtungsringe für diesen Zweck seit mindestens 1954 in Produktion, als die ersten Turbolader serienmäßig hergestellt wurden. Für eine Welle mit einer Dichtungsringnabe von 19 mm Durchmesser, die sich mit 150000 min–1 dreht, liegt die relative Reibungsgeschwindigkeit zwischen der Dichtungsringwange und der Seitenwand der Dichtungsringnut in der Größenordnung von 149225 mm/s.
  • Dichtungsringe der Vielfalt, die verwendet werden, wie vorstehend beschrieben, werden manchmal als Dichtungsvorrichtung für sich relativ langsam drehende Wellen verwendet (im Vergleich zu den Turbolader-Drehanordnungsdichtungen mit 150000 min–1). Diese sich langsam drehenden Wellen bewegen sich mit Drehzahlen in der Größenordnung von 15 min–1, was einer relativen Reibungsgeschwindigkeit von 7 bis 8 mm/s entspricht.
  • Dichtungsringe, wie in Turboladern verwendet, erzeugen eine Dichtung durch Kontaktieren eines Teils der Seitenwand des Dichtungsrings mit einer Seitenwand der Dichtungsringnut und Kontaktieren des Außendurchmessers des Dichtungsrings mit dem Innendurchmesser der Bohrung, in der sich die Welle befindet. Damit der Ring an der Welle montiert wird und dann die Welle und der Ring in einer Bohrung montiert werden, muss die Tiefe der Dichtungsringnut derart sein, dass der Ring im Außendurchmesser (und folglich effektiven Umfang und Innendurchmesser) einsinken kann, so dass der Außendurchmesser des Dichtungsrings ungefähr den Innendurchmesser der Bohrung, in der er arbeitet, annehmen kann. 2A stellt einen Dichtungsring (80) in einem natürlich ausgedehnten Zustand dar, wenn auch an der Welle durch zwangsweises Ausdehnen des Rings über den Durchmesser der Welle (63) und dann Ermöglichen, dass sich der Ring in die Nut entspannt, montiert. Wenn die Welle, an der der Ring montiert ist, in die Bohrung der Buchse (68) geschoben wird, komprimiert eine Abschrägung (69) den Ring, bis der Außendurchmesser des Rings in den Innendurchmesser (70) der Buchse gleiten kann. Der nun komprimierte Ring dichtet gegen den Innendurchmesser der Buchse in irgendeiner axialen Position der Welle ab.
  • In diesem Zustand, wie in 3 dargestellt, kann der Dichtungsring (80) sich axial in irgendeiner axialen Position innerhalb der Grenzen der Ringnut befinden, wobei die Dichtungsringnut definiert ist als: das Volumen zwischen den radialen Elementen des Außendurchmessers der Welle (86) und dem Durchmesser des Bodens (82) der Dichtungsringnut; und der Abstand zwischen der inneren (83) und der äußeren (81) Wand der Dichtungsringnut. Mit dieser Definition der Dichtungsringnut ist zu sehen, dass immer ein Volumen unter dem Ring existiert (d. h. zwischen dem Innendurchmesser (84) des komprimierten Kolbenrings und dem Durchmesser des Bodens (82) der Dichtungsringnut. Es kann auch ein Volumen zwischen der Innenwand (83) der Dichtungsringnut und der nahen Wand des Dichtungsrings existieren. Auf der entgegengesetzten Seite der Dichtungsringnut kann auch ein Volumen zwischen der Außenwand (81) der Dichtungsringnut und der nahen Wand des Dichtungsrings existieren. 3 stellt einen Zustand dar, in dem der Dichtungsring (80) einigermaßen zwischen der inneren und der äußeren Wand (83 und 81) der Dichtungsringnut zentriert ist, was folglich einen Durchgang von Gas und Ruß (86) um den Dichtungsring ermöglicht. Da die axiale Position des Dichtungsrings durch die Reibung zwischen dem Innendurchmesser der Bohrung in der Buchse gesteuert wird und der Ring nur durch irgendeinen Kontakt mit einer Seitenwand einer Nut bewegt wird, existiert ein nahezu vollständiger Abdichtungszustand nur dann, wenn die Dichtungsringseitenwand mit einer Dichtungsringnutseitenwand in direktem Kontakt steht. In irgendeinem anderen axialen Zustand existiert der in 3 dargestellte Leckpfad.
  • Verschiedene Anordnungen von Dichtungsringen sind bekannt, wobei jede Anordnung in einer geringfügig unterschiedlichen Weise arbeitet. Im Fall eines einzelnen Dichtungsrings, wie in 3 gezeigt, strömt das Fluid (z. B. Abgas) vom höheren Druck zum niedrigeren Druck. Ein signifikanter Druckabfall würde über den Dichtungsring auftreten. Um die Wirksamkeit der Dichtung zu verbessern, ist es bekannt, zwei oder mehr von solchen Dichtungsringen der Reihe nach zu verwenden, wobei jeder Ring typischerweise in seiner eigenen Nut sitzt. In einem solchen Fall, wenn der Druck sich in einer Richtung über die Dichtungen bewegt, bestünde ein Druckabfall über jeden Dichtungsring und der Effekt wäre kumulativ. Zusätzlich zu solchen ”passiven” Dichtungen sind auch ”aktive” Dichtungen bekannt. Diese führen ein geringfügiges Niveau an Druck oder Unterdruck in den Raum zwischen zwei Ringen ein, wodurch die Strömung von Abgas über die sequentiellen Dichtungen unterbrochen wird. Ein solches System von ”aktiven Dichtungen” erfordert jedoch Bohrungen und/oder eine Rohrleitung zum Verbinden des Raums zwischen den zwei Ringdichtungen mit einer Druck- oder Unterdruckquelle. Ferner wird nur der geringfügige Druck oder Unterdruck, der erforderlich ist, um den gewünschten ”Strömungsunterbrechungs”-Effekt zu erreichen, verwendet. Das Problem der Abgasströmung an den individuellen Ringdichtungen vorbei wird durch dieses System nicht angegangen oder gelöst.
  • Es wäre vorteilhaft, ein Dichtungssystem zu haben, das gegenüber den bekannten Systemen verbessert wäre. Es wäre auch vorteilhaft, einen Turbolader mit einem verbesserten Dichtungssystem nachrüsten zu können, ohne eine umfangreiche Modifikation des Turboladers zu erfordern.
  • Folglich ist zu sehen, dass ein Bedarf an einer Konstruktion besteht, um eine vollständige Gasdichtung für z. B. Ladedruckbegrenzer- und VTG-Drehwellen in Turboladern zu erzeugen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung löst die obigen Probleme durch Eingliedern eines Federmittels in das Dichtungsmittel für eine Aktuatorwelle in einem Turbolader, wobei das Federmittel mehrere Dichtungsringe in Dichtungskontakt drängt, um eine kontinuierliche Gas- und Rußdichtung zwischen einer Kammer, die intern mit Abgas und Ruß mit Druck beaufschlagt wird, und der Umgebung außerhalb zu schaffen.
  • Die Erfindung wird weitgehend durch einen Turbolader mit einem Betätigungsmechanismus, der sich außerhalb des Turboladers befindet, zum Betätigen einer Vorrichtung innerhalb eines Turbinengehäuses, mit einer Welle, die drehbar in einer Bohrung angebracht ist, die sich durch das Turbinengehäuse erstreckt, zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung bewerkstelligt, wobei die Welle und/oder die Bohrung einem Umfangsraum mit einem ersten und einem zweiten axialen Ende zugeordnet sind, wobei mindestens zwei im Allgemeinen ringförmige Dichtungselemente in dem Raum angeordnet sind, und wobei ein mechanisches Federmittel beide Dichtungselemente axial federvorbelastet.
  • Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Ausbilden einer Dichtung zwischen einem Betätigungsmechanismus, der außerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und einer Vorrichtung innerhalb des Gehäuses bewerkstelligt, wobei der Druck innerhalb des Gehäuses vom Druck außerhalb des Gehäuses verschieden ist, wobei eine Welle drehbar in einer Bohrung angebracht ist, wobei sich die Bohrung durch das Gehäuse erstreckt, wobei die Welle mit dem Betätigungsmechanismus außerhalb des Gehäuses und mit der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung verbunden ist, wobei das Verfahren in einer beliebigen Reihenfolge Folgendes umfasst:
    • (a) Ausbilden eines axialen Widerlagers in der Welle oder Bohrung;
    • (b) Einführen von mindestens zwei Dichtungsringen und einer mechanischen Feder zum axialen Vorbelasten der Dichtungsringe auf die Welle oder in die Bohrung;
    • (c) einen Abstandhalter auf die Welle oder in die Bohrung, so dass die Dichtungsringe und die mechanische Feder zwischen dem Widerlager und dem Abstandhalter angeordnet sind;
    • (d) Einführen der Welle in die Bohrung; und
    • (e) Verbinden der Welle mit dem Betätigungsmechanismus außerhalb des Gehäuses und mit der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung.
  • 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 den Schnitt für einen typischen Ladedruckbegrenzer-Turbolader darstellt;
  • 2A, B zwei Schnitte darstellen, die eine Dichtungsringkompression zeigen;
  • 3 eine Schnittansicht darstellt, die einen Gasleckdurchgang zeigt;
  • 4 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dichtung in einer Ladedruckbegrenzer-Konfiguration darstellt;
  • 5 eine vergrößerte Schnittansicht von 4 darstellt;
  • 6 eine Ansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
  • 7 eine Ansicht der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gas- und Rußaustritt aus dem Inneren eines Turboladers an die saubere Umgebungsluft, die einen Turbolader umgibt, wird von Kraftmaschinenherstellern nicht zugelassen. Turboladerhersteller haben Kolbenringe oder Dichtungsringe verwendet, um Gase und Öl von der Verbindung zwischen dem Lagergehäusehohlraum und einer oder beiden der Turbinen- und Kompressorstufe abzudichten, seitdem Turbolader zum ersten Mal in den 1950-er Jahren in der Massenproduktion in Dieselkraftmaschineen waren. Somit ist die Konstruktion und Anwendung einer solchen Dichtung für irgendeine Gas- oder Materialdichtung an weniger anspruchsvollen Orten an einem Turbolader logisch.
  • Ein Schnitt durch einen typischen montierten Dichtungsring, wie in 2 und 3 dargestellt, senkrecht zur Achse der Welle gesehen, an der er montiert ist, weist einen schmalen rechteckigen Querschnitt auf, der teilweise entweder in einer ringförmigen Nut in der Welle oder in der Bohrung, in der sich die Welle dreht, angeordnet ist, wobei beide Verfahren ein Niveau an Abdichtung zwischen der Welle und ihrer Bohrung schaffen. Axial ist der Dichtungsring vorzugsweise in Richtung einer der Seitenwände der Dichtungsringnut angeordnet. Die Nut weist typischerweise einen rechteckigen Schnitt auf, wobei eine radiale Tiefe der Nut größer ist als die Länge der entsprechenden Seite des Dichtungsrings. Falls sich die Dichtungsringnut in der Bohrung befindet, ermöglicht dies die Montage des Dichtungsrings in der Dichtungsringnut durch Ausdehnung des Dichtungsrings, was folglich ermöglicht, dass die passende Welle durch die Bohrung der Komponente verläuft. Im Fall, dass sich die Dichtungsringnut in der Welle befindet, ermöglicht dies die Montage des Dichtungsrings in der Dichtungsringnut in der Welle durch Kontraktion des Dichtungsrings, was folglich ermöglicht, dass die passende Welle und der kontrahierte Dichtungsring durch die Bohrung der Komponente verlaufen, bis der Dichtungsring sich in seiner montierten Konfiguration ausdehnen lassen wird, wie in 2A und 2B dargestellt. Die Breite der rechteckigen Nut liegt idealerweise nahe der Breite des Dichtungsrings, um eine optimale Abdichtung zu schaffen. Typischerweise gilt, je näher die Breiten der Nut und des Dichtungsrings sind, desto besser ist die Dichtungsfähigkeit, aber desto größer ist die Neigung, dass der Dichtungsring in der Nut steckenbleibt.
  • Die Konstruktion des Dichtungsrings ist derart, dass der ungefähre Durchmesser der entspannten Form des Rings in Ruhe größer ist als der Durchmesser der Bohrung (70), in der er montiert wird, so dass im montierten Zustand die Federkraft des kontrahierten Rings die nach außen gewandte Oberfläche des teilweisen Umfangs des Dichtungsrings gegen die nach innen gewandte Oberfläche der Bohrung drängt, in der er angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform könnte die Nut natürlich auch in der nach innen gewandten Oberfläche der Bohrung angeordnet sein, wobei der Dichtungsring vielmehr eine kontrahierende Federkraft als eine expandierende Federkraft aufweist.
  • Aufgrund der feindlichen thermischen und chemischen Umgebung ist die Drehwelle typischerweise nicht direkt in eine Bohrung im Turbinengehäuse an sich eingefügt, sondern häufiger in eine Bohrung einer stationären Buchse oder eines Lagers (68), das wiederum in einer Bohrung im Turbinengehäuse (2) angeordnet ist. Dies dient dazu, die Wärmeausdehnungskoeffizienten besser anzupassen (um enge Zwischenräume aufrechtzuerhalten) und das Kaltverschweißungspotential, das stark ist, zwischen dem Material der Drehwelle und dem Material des Turbinengehäuses zu hemmen. Die Buchse ist typischerweise axial durch einen Stift (59) durch eine Bohrung senkrecht zur Achse der Buchse eingeschränkt, die sowohl den Außendurchmesser der Buchse als auch die Bohrung im Turbinengehäuse durchbohrt, wobei somit die Buchse im Turbinengehäuse eingeschränkt wird.
  • In einer erfindungsgemäßen Konfiguration, die mehrere Dichtungsringe, wobei jeder Dichtungsring in seiner Dichtungsringnut angebracht ist, an einer Ladedruckbegrenzer- oder VTG-Drehwelle verwendet, entwickelten die Erfinder eine Konstruktion unter Verwendung von mindestens zwei Dichtungsringen, wobei ein Ring sich auf jeder Seite einer Feder befindet, wobei jeder Dichtungsring folglich eine Seitenfläche proximal zur Feder und eine Seitenfläche distal zur Feder aufweist, wobei die Dichtungsringe axial durch die Feder auseinander gedrängt werden, um einen direkten Kontakt zwischen einer ringförmigen distalen Seitenfläche von jedem der Dichtungsringe und einer ringförmigen Kontaktseitenfläche an jedem der Einschränkungswiderlager zu erzeugen.
  • In der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in 4 dargestellt und als vergrößerte Ansicht in 5 dargestellt, sind zwei Dichtungsringe (80) um eine drehbare Drehwelle (63) angeordnet und axial auf einer Seite durch ein ringförmiges Widerlager (66) an der Welle und auf der anderen Seite durch die proximale ringförmige Endfläche (64) eines Abstandhalters (72) angeordnet. Der Abstandhalter (72) ist radial durch die Welle angeordnet, auf die er aufgesetzt ist, und axial durch die Grenzfläche der ringförmigen distalen Fläche (73) des Abstandhalters (72) und die komplementäre Fläche (67) des Ladedruckbegrenzersteuerarms (62) eingeschränkt. Der Ladedruckbegrenzersteuerarm ist typischerweise mechanisch oder chemisch/metallurgisch an der Drehwelle durch eine Stauchung oder eine Schweißstelle (60) befestigt. Eine Druckfeder (30) ist zwischen den zwei Dichtungsringen (80) angeordnet, so dass sie die Dichtungsringe auseinander drängt. Die Feder könnte eine beliebige Konstruktion aufweisen, wie z. B. ein Drahtgeflecht oder eine Wellfeder oder eine Tellerfeder, und könnte aus einer oder mehreren Federn bestehen, und wenn es mehrere Federn sind, könnten die Federn ”gestapelt” sein oder könnten um den Ring angeordnet sein. Es liegt durchaus innerhalb der Fähigkeit des Fachmanns auf diesem Gebiet, die dargestellte Schraubenfeder gegen andere Federmittel auszutauschen. Die Federkraft der Feder könnte breit ausgewählt werden, aber es wurde festgestellt, dass eine Druckkraft von etwa 10 N zufriedenstellend arbeitet.
  • Die Federkraft, die zwischen den Dichtungsringen aufgebracht wird, drängt die Dichtungsringe axial auseiander, bis die nach außen gewandten Oberflächen der Dichtungsringe (80) die komplementären ringförmigen Dichtungsoberflächen des Widerlagers (66) der Welle (63) und des Endes oder Widerlagers (64) des Abstandhalters (72) kontaktieren, während sie mit der einwärts gewandten Oberfläche der Bohrung (70) der Buchse (68) in Umfangskontakt stehen, wobei somit eine Gas- und Rußdichtung um die Drehwelle und die Bohrung, in der sie angebracht ist, geschaffen wird. Diese erfindungsgemäße Dichtung schafft eine Gas- und Rußdichtung zwischen dem Inneren des Turboladers und der Umgebung außerhalb des Turboladers.
  • In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie in 6 dargestellt, sind mehrere Dichtungsringe (80 und 80a) um eine drehbare Drehwelle (63) in abwechselnder Reihenfolge auf Innendurchmesserbasis und Außendurchmesserbasis angeordnet. Für einen Dichtungsring auf Innendurchmesserbasis nähert sich der Innendurchmesser des Dichtungsrings im zusammengefallenen Zustand dem Außendurchmesser der Welle und ein Volumen existiert zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Dichtungsrings und dem Innendurchmesser der Bohrung, in die er eingesetzt ist. Für einen Dichtungsring auf Außendurchmesserbasis nähert sich der Außendurchmesser des Dichtungsrings im zusammengefallenen Zustand dem Innendurchmesser der Bohrung, in die er eingesetzt ist, und ein Volumen existiert zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Dichtungsrings und der Welle, um die er montiert ist.
  • Eine Feder (30) schafft eine axiale Druckkraft an dem Stapel von Dichtungsringen (80) gegen ein Widerlager (66) in der Drehwelle (63). Die Reaktion der Feder gegen den Stapel von Dichtungsringen und das Widerlager ist durch eine proximale Endoberfläche (64) eines Abstandhalters (72) eingeschränkt. Wie in anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Position des distalen Endes des Abstandhalters durch die untere Oberfläche (67) des Ladedruckbegrenzersteuerarms (62) gesteuert, der mechanisch an der Drehwelle durch eine Schweißstelle oder Stauchung (60) befestigt ist. Abstandhalter (32) können zwischen den individuellen Dichtungsringen und zwischen dem Dichtungsringstapel und der Feder hinzugefügt sein.
  • In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wie in 7 dargestellt, sind die mehreren Dichtungsringe an einem Halter (35) vormontiert, um die Montage von sehr kleinen Komponenten zu erleichtern, die schwierig als korrekt montiert zu identifizieren sind. Am Turbolader-Montagepunkt wird der Halter vollständig mit Dichtungsringen und Feder, was nun als ”Dichtungssatz” bekannt ist, am Turbolader montiert.
  • Der Halter (35) weist eine im Allgemeinen zylindrische Bohrung (36) auf, die radial den Halter an einem im Allgemeinen zylindrischen Durchmesser (37) in der Drehwelle (63) anordnet. Ein Widerlager (38) an der Drehwelle (63) schafft einen unteren axialen Ort und eine Dichtung für die axial nach außen gewandte untere ringförmige Endfläche des Halters. In einer Weise ähnlich zu jener der oberen Grenzfläche des Abstandhalters (72) und des Ladedruckbegrenzerarms (62) der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die obere Fläche des Halters (35) axial durch die Grenzfläche der ringförmigen distalen Fläche des Halters (35) und die komplementäre Fläche (67) des Ladedruckbegrenzersteuerarms (62) eingeschränkt. Die Federkraft, die zwischen den Dichtungsringen aufgebracht wird, drängt die Dichtungsringe axial auseinander, bis die nach außen gewandten Oberflächen der Dichtungsringe (80) die komplementären nach innen gewandten ringförmigen Dichtungsoberflächen des Widerlagers (66) des Halters (35) und des nach innen gewandten unteren (wie in 5 gezeigt) ringförmigen Widerlagers (64) des Halters (35) kontaktieren.
  • Der ”Dichtungssatz” wird in die Bohrung in der Buchse (68) des Turboladers durch Komprimieren der entspannten Dichtungsringe eingesetzt, so dass sie in die Bohrung (70) der Buchse (68) passen, und dann wird der Halter an das axiale Widerlager (38) an der Drehwelle angefügt. Die zwei Dichtungsringe stehen nun in Umfangskontakt mit der einwärts gewandten Oberfläche der Bohrung (70) der Buchse (68), wobei somit eine Gas- und Rußabdichtung um die Drehwelle und die Bohrung, in der sie angebracht ist, geschaffen wird.
  • Diese erfindungsgemäße Dichtung schafft eine konstante, zuverlässige Gas- und Rußdichtung zwischen dem Inneren des Turboladers und der Umgebung außerhalb des Turboladers.
  • In einer Abwandlung an sowohl der ersten als auch dritten Ausführungsform der Erfindung können mehrere Dichtungsringe an der Stelle der einzelnen Dichtungsringe eingefügt werden, um den Verschleiß zu verringern.

Claims (19)

  1. Turbolader mit einem Aktuator (73), der außerhalb des Turboladers angeordnet ist, zum Betätigen einer Vorrichtung innerhalb eines Turbinengehäuses, mit einer Welle (63), die drehbar in einer Bohrung angebracht ist, die sich durch das Turbinengehäuse erstreckt, zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung, wobei die Welle und/oder die Bohrung einem axial länglichen Umfangsraum mit einem ersten und einem zweiten axialen Ende zugeordnet sind, wobei mindestens zwei im Allgemeinen ringförmige Dichtungselemente (80) in dem Raum angeordnet sind, und wobei ein mechanisches Federmittel (30) vorgesehen ist, um beide Dichtungselemente axial federvorzubelasten.
  2. Turbolader nach Anspruch 1, wobei der Raum eine Nut ist, die axial durch ein ringförmiges Widerlager (66) an einem Ende und eine ringförmige Endfläche (64) eines Abstandhalters (72) am anderen Ende definiert ist.
  3. Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Federmittel mindestens zwei Dichtungselemente in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
  4. Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Federmittel zumindest ein erstes und ein zweites Dichtungselement in derselben Richtung vorbelastet und wobei das erste Dichtungselement einen anderen Außendurchmesser und einen anderen Innendurchmesser als das zweite Dichtungselement aufweist.
  5. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Dichtungselemente Dichtungsringe sind.
  6. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Welle in einer Bohrung im Turbinengehäuse angebracht ist.
  7. Turbolader nach Anspruch 6, wobei die Nut in der Bohrung im Turbinengehäuse definiert ist.
  8. Turbolader nach Anspruch 6, wobei die Nut in der Welle definiert ist.
  9. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Welle in einer Bohrung in einer Buchse angebracht ist, die sich durch das Turbinengehäuse erstreckt.
  10. Turbolader nach Anspruch 9, wobei die Nut in der Bohrung in der Buchse vorgesehen ist.
  11. Turbolader nach Anspruch 9, wobei die Nut in der Welle vorgesehen ist.
  12. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Ladedruckbegrenzer ist, wobei ein Aktuator (73) mit einem Ladedruckbegrenzerarm (62) über ein Gestänge (74) verbunden ist und der Ladedruckbegrenzerarm (62) mit der Ladedruckbegrenzer-Drehwelle (63) verbunden ist, und wobei sich die Ladedruckbegrenzer-Drehwelle durch das Turbinengehäuse erstreckt und mit dem Ladedruckbegrenzerventil (61) verbunden ist.
  13. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Vorrichtung mit variabler Turbinengeometrie (VTG) mit einem Vereinigungsring zum Betätigen von Flügeln, die Düsendurchgänge bilden, ist, wobei ein VTG-Aktuator mit einem Arm an der Aktuatorwelle verbunden ist, und wobei sich die Aktuatorwelle durch das Turbinengehäuse erstreckt und mit einem Verbindungsarm verbunden ist, der mit dem Vereinigungsring verbunden ist.
  14. Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Federmittel aus Schraubenfedern, Drahtgeflechtfedern, Wellfedern und Tellerfedern ausgewählt ist.
  15. Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Federmittel mehrere Federn in entweder einer ”gestapelten” Anordnung oder um den Ring angeordnet umfasst.
  16. Turbolader nach Anspruch 1, der ferner mindestens eine Beilagscheibe umfasst, die mit dem Federmittel oder mindestens einem Dichtungselement in Kontakt steht.
  17. Turbolader nach Anspruch 1, wobei sich die Nut im Turbinengehäuse befindet.
  18. Turbolader nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungsringe an einem Halter (35) vormontiert sind, um einen Dichtungssatz zu bilden.
  19. Verfahren zum Ausbilden einer Dichtung zwischen einem Betätigungsmechanismus, der außerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und einer Vorrichtung innerhalb des Gehäuses, wobei der Druck innerhalb des Gehäuses vom Druck außerhalb des Gehäuses verschieden ist, wobei eine Welle drehbar in einer Bohrung angebracht ist, wobei sich die Bohrung durch das Gehäuse erstreckt, wobei die Welle mit dem Betätigungsmechanismus außerhalb des Gehäuses und mit der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses verbunden ist, zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung, wobei das Verfahren in einer beliebigen Reihenfolge Folgendes umfasst: (a) Ausbilden eines axialen Widerlagers in der Welle oder Bohrung; (b) Einführen von mindestens zwei Dichtungsringen und einer mechanischen Feder zum axialen Vorbelasten der Dichtungsringe auf die Welle oder in die Bohrung; (c) eines Abstandhalters auf die Welle oder in die Bohrung, so dass die Dichtungsringe und die mechanische Feder zwischen dem Widerlager und dem Abstandhalter angeordnet sind; (d) Einführen der Welle in die Bohrung; und (e) Verbinden der Welle mit dem Betätigungsmechanismus außerhalb des Gehäuses und mit der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses zum Übertragen einer Betätigungsbewegung vom Betätigungsmechanismus zur Vorrichtung.
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