DE102004055429B3 - Dichtungseinrichtung für eine insbesondere im Stillstand geschmierte Lagerung einer Rotorwelle - Google Patents
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Abstract
Um die Dichtheit einer Dichtungseinrichtung für eine insbesondere im Stillstand geschmierte Lagerung einer Rotorwelle (1), die ein Lagergehäuse insbesondere eines Abgasturboladers gegen ein zugeführtes Schmiermittel in axialer Richtung abdichtet, zu verbessern, ist vorgesehen, dass auf der Rotorwelle (1) eine erste Dichtung (11) in Form eines Spaltes, eines Labyrinths oder eines Kolbenrings (11) und eine zweite Dichtung (12) in Form eines engen Spaltes (33) oder eines Labyrinths zwischen sich einen sich ringförmig um den Umfang der Rotorwelle (1) erstreckenden Ölablaufkanal (13, 14) einschließt, der mittels einer gehäuseseitigen Ölablaufnut (13) und einer in achsgleicher Position angeordneten wellenseitigen Ölablaufnut (14) aufgebaut ist, und dass im Ölablaufkanal (13, 14) ein in radialer Richtung der Rotorwelle (1) mit einem Ende frei in den ringförmigen Ölablaufkanal (13, 14) ragender ringförmiger Dichtsteg (15) vorgesehen ist, der eine in axialer Richtung wirkende Barriere für in den Ölablaufkanal eindringendes Schmiermittel darstellt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung für eine geschmierte Lagerung einer Rotorwelle, die ein Lagergehäuse gegen ein zugeführtes Schmiermittel in axialer Richtung abdichtet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Wellendichtungen sind schon seit langem bekannt und sollen beispielsweise unter anderem verhindern, dass insbesondere Abgas aus dem Turbinengehäuse über unvermeidliche Leckstellen, bzw. Lagerspiele, d. h. minimale Spalte zwischen Lagergehäuse oder Lagerkörper und Welle in das Lagergehäuse strömt und/oder dass bei höheren Drehzahlen und höherem Ladedruck angesaugte Luft oder bei einem Gasmotor das Gas-Luft-Gemisch aus dem Verdichtergehäuse über die verdichterseitige Dichtungseinrichtung ins Lagergehäuse strömt. Außerdem soll bekanntlich auch verhindert werden, dass bei niedrigen Ladedrücken und hohen Drehzahlen ölhaltiges Luft-/Abgasgemisch aus dem jeweiligen Lagergehäuse in Richtung Turbinen- und/oder Verdichtergehäuse strömt und dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
- Die Dichtungseinrichtung kann eine Labyrinthdichtung oder ein in dieser Weise verwendeter Kolbenring sein. So beschreibt beispielsweise die
DE 25 13 582 C2 eine Wellendichtung im Wellendichtungsgehäuse eines Abgasturboladers, das zwischen einem Turbinengehäuseteil für höheren Druck und einem Turbinengehäuseteil für niedrigeren Druck angeordnet ist und von einem Arbeitsmittel-Leckstrom (Fluid) axial durchströmt wird. - Diese Wellendichtung bildet ein Labyrinth mit in Strömungsrichtung des Fluids hintereinander angeordneten Drosselstellen aus, die wiederholte Umlenkung des Fluids erzwingen. Das Labyrinth kann bekanntlich auch mittels eines im Lagergehäuse oder Lagerkörpers vorgesehenen Kolbenrings realisiert sein, der z. B. in eine Nut der Rotorwelle eintaucht.
- Solche Dichtungseinrichtungen haben bisher den Nachteil, dass während dem Nach- bzw. Vorschmiervorgang insbesondere im Zusammenhang mit einem Saugzug (Unterdruck) im Turbinen- und Verdichterströmungsraum Schmieröl aus dem mittleren Lagergehäuse gesaugt wird. Dies kann eine erhebliche Beschädigung bis hin zum Totalschaden des Abgasturboladers zur Folge haben.
- Desweiteren ist beispielsweise aus der
DE 17 75 833 A eine Dichtungseinrichtung für eine im Stillstand schmierbare Lagerung einer Rotorwelle, die ein Lagergehäuse gegen ein zugeführtes Schmiermittel in axialer Richtung abdichtet, wobei auf der Rotorwelle erste Dichtungen in Form eines Spaltes, eines Labyrinths und eines Rings und zweite Dichtungen in Form eines Längenspaltes und eines Labyrinths zwischen sich zwei sich ringförmig um den Umfang der Rotorwelle erstreckende Ölablaufkanäle einschließen, die mittels einer gehäuseseitigen Ölablaufnut bzw. einer in achsgleicher Position angeordneten wellenseitigen Ölablaufnut aufgebaut sind und wobei in einem Ölablaufkanal ein in radialer Richtung der Rotorwelle mit einem Ende frei in den ringförmigen Ölablaufkanal ragender ringförmiger Dichtsteg vorgesehen ist, der eine in axialer Richtung wirkende Barriere für in den Ölablaufkanal eindringendes Schmiermittel darstellt, bekannt. - Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, die Dichtheit einer Dichtungseinrichtung eingangs beschriebener Art, die insbesondere bei einem Abgasturbolader mit einer Rotorwelle wie ebenfalls eingangs beschrieben angewendet werden kann, insbesondere im Stillstand der Rotorwelle zu verbessern.
- Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Dadurch wird vermieden, dass eben während dem Nach- bzw. Vorschmiergang insbesondere im Zusammenhang mit Saugzug (Unterdruck) Schmieröl aus dem Lagergehäuse durch die zweite Dichtung kommend über den Ölablaufkanal zur ersten Dichtung gelangen kann. Somit wird eine Verbesserung der Öldichtheit im Stillstand erreicht, so dass unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen keine Leckage auftreten kann.
- In besonders vorteilhafter Weise ist der Dichtsteg in der wellenseitigen Ölablaufnut an der Rotorwelle angeformt und dessen Höhe bis zum radial nach außen gerichteten Ende maximal mit der Gehäusebohrung fluchtent oder kürzer ausgeführt. Es kann aber auch der Dichtsteg in der gehäuseseitigen Ölablaufnut angeformt sein, wobei dann dessen Höhe bis zum radial nach innen gerichteten Ende maximal mit der Gehäusebohrung fluchtent oder eben kürzer ausgeführt ist.
- Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Dichtung in Form einer die wellenseitige Ölablaufnut begrenzenden und nach radial außen gerichtet gegenüber der Gehäusebohrung verkürzten Wandung und einer sich dazu in achsgleicher Position befindlichen, die gehäuseseitige Ölablaufnut begrenzenden und nach radial innen gerichtet gegenüber der Gehäusebohrung entsprechend verlängerten Wandung ausgeführt ist, wobei beide Wandungen einen Spalt einschliessen, so dass das freie Ende des Dichtsteges in radialer Richtung diesen Spalt überdeckt. D.h., die Gehäusebohrung hat an der Achsposition der zweiten Dichtung einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser ist, den die Rotorwelle mit angeformten Dichtsteg erreicht.
- Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es nicht wesentlich ist, ob nun Dichtsteg und Wandungen separate Bauteile sind, oder als angedrehte oder angefräste Bestandteile von Gehäuse oder Rotorwelle ausgebildet sind.
- Damit in vorteilhafter Weise im Anwendungsfall des Abgasturboladers sichergestellt wird, dass das Schmiermittel, d. h. Öl um den Umfang der ringförmigen Ölablaufnut läuft und über einen unteren Anstich ablaufen kann, ist die zweite Dichtung in axialer Richtung zwischen dem mittleren Lagergehäuse und der ersten Dichtung der turbinengehäuseseitigen Lageranordnung und/oder zwischen dem mittleren Lagergehäuse und der ersten Dichtung der verdichterseitigen Lageranordnung angeordnet.
- Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung am Anwendungsbeispiel eines Abgasturboladers anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
-
1 einen Axialschnitt durch die wesentlichen Teile eines Abgasturboladers, und -
2 eine Detaildarstellung X gemäss der1 einer erfindungsgemässen Dichtungseinrichtung der Rotorwelle innerhalb einer turbinengehäuseseitigen Lageranordnung. - Wie
1 zeigt, weist ein Abgasturbolader in üblicher Weise ein Turbinengehäuse2 und ein damit verbundenes Verdichtergehäuses5 auf, in diese eine Rotorwelle1 eingebracht ist. Das Turbinengehäuse2 weist einen etwa ringförmigen Zufuhrkanal28 für Abgas auf, um dem Turbinenrad4 Abgas aus einem Verbrennungsmotor zuzuführen. Auf diese Weise wird über die Rotorwelle1 ein auf der Rotorwelle1 am anderen Ende sitzendes Verdichterrad7 angetrieben. Dieses Verdichterrad7 saugt Luft über einen ihn umgebenden Zufuhrkanal29 an, verdichtet sie und bläst sie wieder aus. - Die Rotorwelle
1 ist durch eine Gehäusebohrung3 hindurch im Turbinengehäuse2 geführt, wo das Turbinenrad4 an ihrem Ende befestigt ist. In einem mittleren Lagergehäuse10 zwischen dem Turbinengehäuse2 und dem Verdichtergehäuse5 befinden sich in der Regel die Lager19 ,20 der Rotorwelle1 , denen Schmiermittel mit Überdruck über einen vertikalen Ölzulaufstutzen26 und davon ausgehende Ölzulaufbohrungen27 zugeführt wird. - Um zu verhindern, dass dieses Schmiermittel aus dem mittleren Lagergehäuse
10 etwa über das Lagerspiel zwischen einem Lagerkörper19 , einer Lagerbüchse20 und der Rotorwelle1 zum Turbinengehäuse2 gelangt, ist die nachfolgend anhand der2 beschriebene Dichtungseinrichtung vorgesehen. - Eine Dichtungseinrichtung beispielhaft innerhalb einer turbinengehäuseseitigen Lageranordnung (analog dazu wäre eine Dichtungseinrichtung einer verdichtergehäuseseitigen Lageranordnung auszugestalten) umfasst eine erste
11 und eine zweite Dichtung12 , die zwischen einer Gehäusewand des Turbinengehäuses2 und eines Radiallagers19 ,20 der Rotorwelle angeordnet ist. Das Radiallager umfasst bekanntlich einen Lagerkörper19 des mittleren Lagergehäuses10 , der mittels einer Lagerbüchse20 an die Rotorwelle1 angeschlossen ist. In axialer Richtung der Rotorwelle1 ist zwischen Lagerkörper19 und Turbinengehäuse2 ein Innenraum21 vorgesehen, an diesen sich in Richtung des Turbinengehäuses2 die zweite Dichtung12 anschliesst, gefolgt von einer gehäuseseitigen Ölablaufnut13 , die zusammen mit einer wellenseitigen Ölablaufnut14 einen sich ringförmig über den Umfang der Rotorwelle1 ersteckenden Ölablaufkanal ausbildet, in diesem ein in radialer Richtung der Rotorwelle1 mit einem Ende frei in den ringförmigen Ölablaufkanal13 ,14 ragender ringförmiger Dichtsteg15 angeordnet ist, und daran sich wiederum im axialen Abstand die erste Dichtung11 in Form eines sich an die Innenwand der Turbinengehäusebohrung3 anlegenden Kolbenrings11 anschließt. - Der Kolbenring
11 ist zur Abdichtung gegenüber eines eventuell eindringenden Fluids in eine Nut18 der Rotorwelle1 oder eines mit ihr verbundenen Drehteils eingelegt. Der Dichtsteg15 ist in der wellenseitigen Ölablaufnut14 an der Rotorwelle1 angeformt, wobei dessen Höhe bis zum radial nach außen gerichteten Ende maximal mit der Gehäusebohrung3 des Turbinengehäuses2 fluchtet oder wie hier etwas kürzer ausgeführt ist. - Selbstverständlich könnte der Dichtsteg
15 auch in der gehäuseseitigen Ölablaufnut13 angeordnet sein und dessen Höhe bis zum radial nach innen gerichteten Ende maximal mit der Gehäusebohrung3 des Turbinengehäuses2 fluchtend oder eben kürzer ausgeführt sein. In diesem Zusammenhang denkbar wären auch je ein Dichtsteg in der gehäuseseitigen und in der wellenseitigen Ölablaufnut, die in radialer Richtung sich überdeckend zusammenwirken. - Zur Ausbildung der zweiten Dichtung
12 ist die wellenseitige Ölablaufnut14 mit einer dem Turbinenrad4 abgewandten und nach radial außen gerichtet gegenüber der Flucht der Turbinengehäusebohrung3 verkürzten Wandung31 ausgeführt und die gehäuseseitige Ölablaufnut13 mit einer dem Turbinenrad4 abgewandten und nach radial innen gerichtet gegenüber der Flucht der Turbinengehäusebohrung3 entsprechend verlängerten Wandung32 ausgeführt, wobei beide Wandungen31 ,32 einen Spalt33 einschliessen, so dass das freie Ende des Dichtsteges15 in radialer Richtung diesen Spalt überdeckt, um die Weiterbeförderung des Schmiermittels durch den Spalt33 über den Ölablaufkanal13 ,14 zur ersten Dichtung11 weitestgehend zu verhindern. - In bevorzugter Weise ist das freie Ende des Dichtstegs
15 gegenüber der Flucht der jeweiligen Gehäusebohrung3 oder6 um beispielsweise 45° angeschrägt ausgeführt, um zu verhindern, dass ein etwa am Dichtsteg15 hängen bleibender Tropfen eines durch den Spalt33 der zweiten Dichtung12 durchgekommenen Schmiermittels per Saugzug doch noch zum Kolbenring der ersten Dichtung11 gelangen kann. - Das voranbeschriebene Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich der vorgesehenen Art und Weise der Montage ausgerichtet, nämlich um die Rotorwelle
1 zuerst durch das Turbinengehäuse2 und dann in das mittlere Lagergehäuse10 einzuführen und das Verdichterrad7 im Verdichtergehäuse5 dem Rotorwellenstumpf aufzusetzen. - Dies ist der Grund, weshalb im Ausführungsbeispiel die Höhe des Dichtstegs
15 (Pfeil a) nicht über die Flucht der Gehäusebohrung (Pfeil b) hinausragen darf, weshalb die verkürzte Wandung31 (Pfeil c) und die verlängerte Wandung32 (Pfeil d) einen Spalt33 begrenzen und der Durchmesser der Rotorwelle1 im Turbinengehäuse2 größer als der Durchmesser der Rotorwelle1 im Bereich der zweiten Dichtung12 und dieser wiederum größer als der Durchmesser der Rotorwelle im mittleren Lagergehäuse10 in diesem Ausführungsbeispiel ist. Der Dichtsteg15 sollte also möglichst in radialer Richtung der Rotorwelle1 mit großer Höhe ausgebildet sein, um den Spalt33 durch den Schmieröl in den Ölablaufkanal13 ,14 eindringt in axialer Richtung abzudecken, darf jedoch die Flucht der turbinenseitigen Gehäusebohrung3 nicht übergreifen, damit die Rotorwelle1 montierbar bleibt.
Claims (8)
- Dichtungseinrichtung für eine geschmierte Lagerung einer Rotorwelle, die ein Lagergehäuse gegen ein zugeführtes Schmiermittel in axialer Richtung abdichtet, wobei auf der Rotorwelle eine erste Dichtung (
11 ) in Form eines Spaltes, eines Labyrinths oder eines Kolbenrings und eine zweite Dichtung (12 ) in Form eines engen Spaltes oder eines Labyrinths zwischen sich einen sich ringförmig um den Umfang der Rotorwelle (1 ) erstreckenden Ölablaufkanal (13 ,14 ) einschließen und im Ölablaufkanal (13 ,14 ) ein in radialer Richtung der Rotorwelle (1 ) mit einem Ende frei in den ringförmigen Ölablaufkanal (13 ,14 ) ragender ringförmiger Dichtsteg (15 ) vorgesehen ist, der eine in axialer Richtung wirkende Barriere für in den Ölablaufkanal eindringendes Schmiermittel darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Dichtsteg (15 ) in einem Ölablaufkanal vorgesehen ist, der mittels einer gehäuseseitigen ablaufnut (13 ) und einer in achsgleicher Position angeordneten wellenseitigen Ölablaufnut (14 ) aufgebaut ist und dass die zweite Dichtung (12 ) in Form einer die wellenseitige Ölablaufnut (14 ) begrenzenden und nach radial außen gerichtet gegenüber der Gehäusebohrung (3 und/oder6 ) verkürzten Wandung (31 ) und einer sich dazu in achsgleicher Position befindlichen, die gehäuseseitige Ölablaufnut (13 ) begrenzenden und nach radial innen gerichtet gegenüber der Gehäusebohrung (3 und/oder6 ) entsprechend verlängerten Wandung (32 ) ausgeführt ist, wobei beide Wandungen (31 ,32 ) einen Spalt (33 ) einschliessen, so dass das freie Ende des Dichtsteges (15 ) in radialer Richtung diesen Spalt (33 ) überdeckt. - Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Abgasturbolader, bei dem die Rotorwelle (
1 ) an einem Ende in einem Turbinengehäuse (2 ) in einer Gehäusebohrung (3 ) geführt ein Turbinenrad (4 ) und am anderen Ende in einem Verdichtergehäuse (5 ) in einer Gehäusebohrung geführt ein Verdichterrad (7 ) trägt, wobei innerhalb einer turbinengehäuseseitigen und/oder einer verdichtergehäuseseitigen Lageranordnung der Rotorwelle (1 ) die Dichtungseinrichtung vorgesehen ist, um das Turbinengehäuse (2 ) und/oder das Verdichtergehäuse (5 ) gegen ein von einem mittleren Lagergehäuse (10 ) zwischen Turbinen- (2 ) und Verdichtergehäuse (5 ) ausgehendes, der turbinengehäuseseitigen und/oder verdichtergehäuseseitigen Lageranordnung zugeführtes Schmiermittel abzudichten. - Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass der Dichtsteg (
15 ) in der wellenseitigen Ölablaufnut (14 ) an der Rotorwelle (1 ) angeformt ist und dessen Höhe bis zum radial nach außen gerichteten freien Ende maximal mit der Gehäusebohrung (3 ,6 ) des Turbinengehäuses (2 ) und/oder Verdichtergehäuses (5 ) fluchtend oder kürzer ausgeführt ist. - Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (
15 ) in der gehäuseseitigen Ölablaufnut (13 ) angeformt ist und dessen Höhe bis zum radial nach innen gerichteten Ende maximal mit der Gehäusebohrung (3 ,6 ) des Turbinengehäuses (2 ) und/oder Verdichtergehäuses (5 ) fluchtend oder kürzer ausgeführt ist. - Dichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (
11 ) als Labyrinthdichtung ausgeführt ist. - Dichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (
11 ) in Form eines sich an die Innenwand der Gehäusebohrung (3 und/oder6 ) anlegenden Kolbenrings (11 ) ausgeführt ist. - Dichtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (
11 ) in eine Nut (18 ) der Rotorwelle (1 ) oder eines mit ihr verbundenen Drehteils eingelegt ist. - Dichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Dichtsteges (
15 ) gegenüber der Flucht der jeweiligen Gehäusebohrung (3 ,6 ) angeschrägt ist.
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