DE112013002154T5

DE112013002154T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112013002154T5
Application number: DE201311002154
Authority: DE
Inventors: Sven Liebl; Sebastian Mack; Johannes Hornbach
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2015-02-05
Also published as: IN2014DN10370A; KR102044186B1; JP2015518114A; CN104302891A; JP2018021558A; US9784281B2; KR20150020562A; JP6212546B2; WO2013180959A1; CN104302891B; US20150110600A1; JP6622266B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) umfassend ein Lagergehäuse (2), eine im Lagergehäuse 2 gelagerte Welle (3), ein auf der Welle (3) angeordnetes Verdichterrad (5) und ein auf der Welle (3) angeordnetes Turbinenrad (4), ein das Verdichterrad (5) oder das Turbinenrad (4) umschließendes Gehäusebauteil (7), und einen Dichtring (14) zwischen dem Lagergehäuse (2) und dem Gehäusebauteil (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (14) zur Entfaltung seiner Dichtwirkung in Richtung senkrecht zur Welle (3) verpresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines Abgasturboladers.
4 zeigt einen Abgasturbolader 100 gemäß dem Stand der Technik. Auf der linken Seite ist ein Schnitt durch den gesamten Abgasturbolader 100 dargestellt. Die rechte Darstellung zeigt einen Ausschnitt. Das Gehäuse des vorbekannten Abgasturboladers 100 setzt sich zusammen aus einem Lagergehäuse 102 in dem eine Welle 103 gelagert ist. Auf der einen Seite ist das Lagergehäuse 102 durch ein Verdichtergehäuse 108 verschlossen. Auf der anderen Seite des Lagergehäuses 102 befindet sich ein Turbinengehäuse 107. Die Detaildarstellung zeigt die Verbindung zwischen dem Lagergehäuse 102 und dem Turbinengehäuse 107. Das Turbinengehäuse 107 ist üblicherweise über eine Verschraubung 126 fest mit dem Lagergehäuse 102 verbunden. Zwischen den beiden Gehäusebauteilen befindet sich ein Dichtring 114. Der Dichtring ist V-förmig ausgestaltet. Die V-Form öffnet sich in Richtung senkrecht zur Welle 103. In vorbekannten Turboladern 100 wird zur Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen dem Turbinengehäuse 107 und dem Lagergehäuse 103 ein axialdichtender Formdichtring (zum Beispiel der Dichtring 114) oder alternativ eine Halbsickendichtung verwendet. Da beide Varianten axial verbaut werden, werden auch Schraubenkräfte der Verschraubung 126 benötigt um die Dichtung zu verpressen. Die Dichtungen leben von ihrer Linienpressung, welche von Anzahl, Größe und Anzugsmoment der Verschraubungen 126 sehr stark abhängig ist. Aufgrund von Packageanforderungen und Werkzeugzugängen für die Schrauber während der Montage kommt es meist zu einem Kompromiss zwischen Montierbarkeit und Dichtheit.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, dessen Gehäusebauteile möglichst gut gegeneinander abgedichtet sind, wobei der Abgasturbolader kostengünstig herstellbar und montierbar sein soll. Des Weiteren ist es Aufgabe ein entsprechendes Verfahren zur Montage des Abgasturboladers anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Erfindungsgemäß wird der Dichtring nicht mehr axial verpresst. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Dichtring zur Entfaltung einer Dichtwirkung in Richtung senkrecht zur Welle, also in Radialrichtung, verpresst wird. Erfindungsgemäß wird diese Anordnung für einen Dichtring zwischen dem Lagergehäuse und einem Gehäusebauteil verwendet. Das Gehäusebauteil kann sowohl das Turbinengehäuse als auch das Verdichtergehäuse sein. Entscheidend ist, dass der Dichtring so ausgebildet wird und so angeordnet wird, dass vor Setzen der axialen Verschraubung bereits die entsprechende Verformung zur Herstellung der Dichtigkeit am Dichtring ausgeführt wird.
Durch die erfindungsgemäße radiale Anordnung bzw. radiale Verpressung des Dichtrings gibt es keinen Einfluss mehr auf die Schraubenkräfte der Verschraubung zur Verbindung des Lagergehäuses mit dem Gehäusebauteil. Die Schraubenkräfte können also vollständig zum Verspannen des Lagergehäuses mit dem Gehäusebauteil verwendet werden. Da der Dichtring zur Entfaltung seiner Dichtwirkung keine Schraubenkräfte mehr benötigt, welche im Stand der Technik benötigt wurden, um eine ausreichend große Linienpressung auf den Dichtring zu erzeugen, können teilweise Schrauben entfallen und/oder so angeordnet werden, dass die Schrauben ungleichmäßig verteilt sind, um eine einfachere Erreichbarkeit während des Montageprozesses zu gewährleisten. Hierdurch wird auch die Montagezeit reduziert. Da der erfindungsgemäße Dichtring vor dem Zusammenstecken des Lagergehäuses und des Gehäusebauteils innen oder außen zentriert aufgeschoben wird, ist automatisch auch ein verliersicherer Einbau gewährleistet, sodass Montage und Prozessfähigkeit optimiert sind.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Dichtrings gibt es keinen Kompromiss mehr zwischen Dichtheit und Montierbarkeit, sondern jede Anforderung für sich kann optimal ausgeführt werden.
Es bietet sich an, den Dichtring zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse anzuordnen und somit einen Austritt von Abgas zu vermeiden. Jedoch ist es auch vorgesehen, den Dichtring zwischen Lagergehäuse und Verdichtergehäuse zu verwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wichtig, dass der Dichtring durch das Zusammenschieben von Lagergehäuse und Gehäusebauteil in radialer Richtung deformiert wird. Erst anschließend erfolgt die Verschraubung des Gehäuses.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
4 einen Abgasturbolader gemäß dem Stand der Technik.
Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgasturboladers 1 erläutert. 3 zeigt ein Detail des Abgasturboladers 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Wie 1 zeigt, ist das Gehäuse des Abgasturboladers 1 aus drei Hauptbestandteilen zusammengesetzt. In der Mitte befindet sich ein Lagergehäuse 2. In diesem Lagergehäuse 2 ist eine Welle 3 drehbar gelagert. An das Lagergehäuse 2 sind ein Turbinengehäuse 7 und ein Verdichtergehäuse 8 angeflanscht. Auf der Welle 3 sitzt auf einer Seite ein Turbinenrad 4. Auf der anderen Seite sitzt ein Verdichterrad 5. In dem Turbinengehäuse 7 ist ein Zulaufkanal 9 für Abgas ausgebildet. In dem Verdichtergehäuse 8 ist ein Ausstoßkanal 10 für verdichtete Luft ausgebildet.
Über den Zulaufkanal 9 zuströmendes Abgas treibt das Turbinenrad 4 an. Mit dem Turbinenrad 4 rotiert, verbunden über die Welle 3, auch das Verdichterrad 5. Das Verdichterrad 5 saugt Luft an und stößt die verdichtete Luft über den Ausstoßkanal 10 aus.
Das Turbinengehäuse 7 und das Verdichtergehäuse 8 werden auch allgemein als „Gehäusebauteil” bezeichnet. Im Nachfolgenden wird insbesondere die Dichtung zwischen dem Gehäusebauteil und dem Lagergehäuse 2 gezeigt. Die Ausführungsbeispiele zeigen dabei die Dichtung zwischen dem Turbinengehäuse 7 und dem Lagergehäuse 2, da insbesondere an dieser Stelle die Dichtung vorteilhaft zum Einsatz kommt.
Bezugszeichen 11 in 1 zeigt den Detailausschnitt, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist.
2 zeigt den Flansch zwischen Lagergehäuse 2 und Turbinengehäuse 7. Zur exakten Montage ist ein Zentrierstift 12 vorgesehen, der sowohl in das Lagergehäuse 2 als auch in das Turbinengehäuse 7 hineinreicht. Eine nicht dargestellte Verschraubung zwischen dem Turbinengehäuse 7 und dem Lagergehäuse 2 verläuft parallel zu diesem Zentrierstift 12.
Im Lagergehäuse 2 und im Turbinengehäuse 7 ist jeweils eine Nut ausgebildet. Diese beiden Nuten sind so angeordnet, dass sie im montierten Zustand einen Hohlraum 13 ausbilden. Dieser Hohlraum 13 ist vollumfänglich um die gesamte Welle 3 ausgebildet. Im Hohlraum 13 sitzt ein Dichtring 14, ausgebildet als Formdichtring in V-Form.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 2 nicht die gesamte Welle 3 sondern lediglich die Längsachse 15 der Welle 3 dargestellt. Die V-Form des Dichtrings 14 öffnet sich in einer Richtung parallel zur Welle 3 bzw. zur Längsachse 15 der Welle 3.
Der Dichtring 14 ist eingequetscht bzw. verpresst zwischen einer ersten Ringfläche 16 und einer zweiten Ringfläche 19. Die beiden Ringflächen 16, 19 stehen parallel zur Welle 3. Die erste Ringfläche 16 ist am Lagergehäuse 2 ausgebildet. Die zweite Ringfläche 19 ist am Turbinengehäuse 7 ausgebildet. Unabhängig von einer Verspannung, beispielsweise durch eine Verschraubung in Längsrichtung der Welle 3, wird der Dichtring 14 zwischen den beiden Ringflächen 16, 19 deformiert und entfaltet somit seine Dichtwirkung. Man spricht daher auch von einer radialen Anordnung des Dichtrings 14.
Die Nut zur Aufnahme des Dichtrings 14 im Lagergehäuse 2 ist gebildet durch die erste Ringfläche 16. Die erste Ringfläche 16 ist auf einer Seite begrenzt durch eine erste Wandung 17, die als kleiner Absatz ausgebildet ist. Auf der anderen Seite ist die erste Ringfläche 16 durch eine zweite Wandung 18 begrenzt. Durch diese Ausgestaltung kann der Dichtring 14, vor dem Zusammenfügen von Lagergehäuse 2 und Turbinengehäuse 7, auf das Lagergehäuse 2 aufgesteckt bzw. vormontiert werden. Durch die erste Wandung 17 wird ein Herunterrutschen des Dichtrings 14 verhindert.
An der zweiten Ringfläche 19 ist eine Abschrägung 20 ausgebildet. Diese Abschrägung 20 verhindert ein Beschädigen des Dichtrings 14 beim Zusammenschieben von Lagergehäuse 2 und Turbinengehäuse 7.
In 2 ist eine Hohlraumhöhe 21 eingezeichnet. Die Hohlraumhöhe 21 steht senkrechts zur Welle 3. Des Weiteren ist eine Hohlraumbreite 22 und eine Dichtringbreite 23 gezeigt. Die Hohlraumbreite 22 und die Dichtringbreite 23 stehen parallel zur Welle 3. Die Hohlraumbreite 22 ist größer als die Dichtringbreite 23. Es erfolgt also keine Deformation des Dichtrings 14 durch eine Pressung in Axialrichtung der Welle 3. Im unmontierten Zustand, d. h. bevor das Lagergehäuse 2 und das Turbinengehäuse 7 zusammen geschoben werden, ist eine Höhe des Dichtrings 14 größer als die dargestellte Hohlraumhöhe 21. Erst durch das Zusammenschieben von Lagergehäuse 2 und Turbinengehäuse 7 wird der Dichtring 14 auf die Hohlraumhöhe 21 verpresst und entfaltet somit seine Dichtwirkung.
3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel im Detail. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Nut im Lagergehäuse 2 eine der ersten Ringfläche 16 gegenüberliegende Wandung 24 auf. Die Breite 25 der gegenüberliegenden Wandung 24, gemessen parallel zur Welle 3, ist wesentlich kleiner als die gesamte Hohlraumbreite 22. Diese Ausbildung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vergrößert den Hohlraum 13 und ermöglicht somit das Einsetzen eines relativ großen Dichtrings 14.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage des Abgasturboladers 1 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel ist es entscheidend, dass der Dichtring 14 während des Zusammenschiebens von Lagergehäuse 2 und Turbinengehäuse 7 verpresst wird. Dabei erfolgt die Krafteinwirkung auf den Dichtring 14 in einer Richtung senkrecht zur Welle 3. Erst nachdem der Dichtring 14 vollständig deformiert ist, erfolgt eine übliche Verschraubung, wie dies beispielsweise mit Bezugszeichen 126 in 4 dargestellt wird. Erfindungsgemäß hat jedoch diese Verschraubung keinerlei Auswirkung auf den Dichtring 14 und verändert auch nicht die Dichtwirkung des Dichtrings 14.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Lagergehäuse
3: Welle
4: Turbinenrad
5: Verdichterrad
7: Turbinengehäuse
8: Verdichtergehäuse
9: Zulaufkanal
10: Ausstoßkanal
11: Detail
12: Zentrierstift
13: Hohlraum
14: Dichtring
15: Wellenachse
16: Erste Ringfläche
17: Erste Wandung
18: Zweite Wandung
19: Zweite Ringfläche
20: Abschrägung
21: Hohlraumhöhe
22: Hohlraumbreite
23: Dichtringbreite
24: Gegenüberliegende Wandung
25: Wandbreite der gegenüberliegenden Wandung

Claims

Abgasturbolader (1) umfassend – ein Lagergehäuse (2), – eine im Lagergehäuse (2) gelagerte Welle (3), – ein auf der Welle (3) angeordnetes Verdichterrad (5) und ein auf der Welle (3) angeordnetes Turbinenrad (4), – ein das Verdichterrad (5) oder das Turbinenrad (4) umschließendes Gehäusebauteil (7), und – einen Dichtring (14) zwischen dem Lagergehäuse (2) und dem Gehäusebauteil (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (14) zur Entfaltung seiner Dichtwirkung in Richtung senkrecht zur Welle (3) verpresst ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (14) vollumfänglich um die Welle (3) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (14) im Querschnitt V- oder U-förmig ist, wobei sich die V- oder U-Form in Richtung parallel zur Welle (3) öffnet.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen durch das Lagergehäuse (2) und das Gehäusebauteil (7) gebildeten Hohlraum (13) zur Aufnahme des Dichtrings (14), mit einer Hohlraumhöhe (21) senkrecht zur Welle (3) und einer Hohlraumbreite (22) parallel zur Welle (3), wobei der Dichtring (14) eine Dichtringhöhe senkrecht zur Welle (3) und eine Dichtringbreite (23) parallel zur Welle (3) aufweist, und wobei die Hohlraumbreite (22) im fertig montierten Zustand des Abgasturboladers (1) größer der Dichtringbreite (23) ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumhöhe (21) kleiner ist als die Dichtringhöhe des unmontierten Dichtrings (14).
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (14) zwischen einer ersten Ringfläche (16) des Lagergehäuses (2) und einer zweiten Ringfläche (19) des Gehäusebauteils (7) verpresst ist, wobei die erste und zweite Ringfläche (16, 19) parallel zur Welle (3) angeordnet sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringfläche (16) oder die zweite Ringfläche (19) beidseitig durch je eine vorstehende Wandung (17, 18) begrenzt ist, und der Dichtring (14) zwischen den beiden vorstehenden Wandungen (17, 18) vormontierbar ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verbindungselemente, vorzugsweise Schrauben, zwischen dem Lagergehäuse (2) und dem Gehäusebauteil (7).
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (7) als Turbinengehäuse mit einem integrierten Zulaufkanal (9) für Abgas ausgebildet ist.
Verfahren zur Montage eine Abgasturboladers (1), umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Lagergehäuses (2), wobei das Lagergehäuse (2) zur Lagerung einer ein Turbinenrad (4) mit einem Verdichterrad (5) verbindenden Welle (3) ausgebildet ist, – Bereitstellen eines das Verdichterrad (5) oder das Turbinenrad (4) umschließenden Gehäusebauteils (7), – Einsetzen eines Dichtrings (14) in eine in Richtung senkrecht zur Welle (3) offene Nut im Lagergehäuse (2) oder im Gehäusebauteil (7), – Zusammenschieben von Lagergehäuse (2) und Gehäusebauteil (7) in Richtung parallel zur Welle (3) und gleichzeitiges Verpressen des Dichtrings (14), und – Verschrauben von Lagergehäuse (2) und Gehäusebauteil (7) nachdem der Dichtring (14) vollständig verpresst ist.