DE102009040196A1 - Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird der als Hitzeschild fungierende, abgasseitige Opferdichtring durch einen im Gehäuse (4) und in der Nabe (9) ausgeformten Absatz (20, 21) ersetzt, der die Funktion eines Hitzeschilds anstelle des Opferdichtrings übernimmt. Durch diese konstruktive Maßnahme sind die Herstellungskosten um die Kosten für den Opferdichtring reduziert.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Die
DE 10 2004 057138 A1 offenbart einen solchen gattungsgemäßen Abgasturbolader, umfassend ein abgasseitiges Turbinenrad, ein ansaugseitiges Verdichterrad und eine Welle, wobei das Verdichterrad auf der Welle sitzt und das Turbinenrad durch Schweißen mit der Welle verbunden ist. Eine Verbindungsstelle zwischen einer Nabe des Turbinenrades und der Welle ist dabei in der Umgebung der Lagerung angeordnet ist. Des Weiteren werden auf der Nabe angearbeitete Kühlrippen beschrieben, zwischen denen zur Wärmeabfuhr ein Kühlfluid, wie Luft, Wasser oder Öl, durchgeleitet wird, so dass weniger Wärme in den Bereich der Wellenlagerung gelangt. Die zwei in den Nuten der Nabe gelagerten Wellenabdichtungen verhindern eine aus der Lagerung austretende Ölleckage. Die abgasseitige Wellenabdichtung kann bei diesem Aufbau als Opferdichtring fungieren. Diese Konstruktion ist material- und kostenaufwendig. - Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit dem Problem, für einen solchen Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich aufgrund konstruktiver Optimierung reduzierte Herstellungs- und/oder Monatgekosten ergeben.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen als Hitzeschild fungierenden abgasseitigen und aus dem Stand der Technik bekannten Opferdichtring durch einen im Gehäuse und in der Nabe ausgeformten Absatz zu ersetzen, der die Funktion eines Hitzeschilds anstelle des Opferdichtrings übernimmt. Durch die Einsparung des Opferdichtrings sind die Herstellungskosten um die Kosten für diesen Opferdichtring reduziert. Da des Weiteren der Opferdichtring unter der Hitzeeinwirkung der Abgase leidet und somit im Laufe der Zeit verschleißt, was bei dem als Absatz ausgebildeten Hitzeschild nicht der Fall ist, ist die Ausfallsicherheit der Gesamtkomponente durch Weglassen störanfälliger Einzelkomponenten verbessert.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch
-
1 einen abgasseitigen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader, -
2 eine vergrößerte Abbildung des Längsschnitts durch einen Abgasturbolader im Bereich der Nabe mit einem Nabenabsatz und einem Gehäuseabsatz, -
3 eine Darstellung wie in2 , jedoch mit einem zum Nabenabsatz hin geneigten Gehäuseabsatz, -
4 den Abgasturbolader ohne Ölschleudernut und mit einer Scaniastufe im Bereich der Nabe, -
5 den Abgasturbolader ohne Ölschleudernut und ohne Scaniastufe im Bereich der Nabe, -
6 den Abgasturbolader mit einer speziell ausgebildeten Ölschleudernut, -
7 den Abgasturbolader mit einer im Bereich der Nabe angeordneten Labyrinthdichtung. - Entsprechend der
1 , umfasst ein Abgasturbolader1 für einen Verbrennungsmotor ein abgasseitiges Turbinenrad2 , eine Welle3 , die das Turbinenrad2 mit einem nicht gezeigten Verdichterrad drehfest verbindet sowie ein Gehäuse4 . Die Welle3 ist in einem Lagerbereich5 gelagert, wobei die Lagerung eine Lagereinrichtung6 ,6' in einem Lager-Gehäuseabschnitt7 und einem Lager-Wellenabschnitt8 , eine zwischen Lagerbereich5 der Welle3 und Turbinenrad2 liegende Nabe9 der Welle3 und einen die Nabe3 umgebenden Naben-Gehäuseabschnitt10 sowie eine Schmiermittelversorgungseinrichtung11 zur Versorgung des Lagerbereiches5 der Welle3 mit Schmiermittel umfasst. - Das Turbinenrad
2 ist mit der Nabe9 der Welle3 über eine Verbindungseinrichtung12 mit der Welle3 verbunden. In eine Nut13 der Nabe9 ist dabei ein Dichtring14 eingesetzt, damit ein Einfließen des Schmiermittels zur Schmierung der Lagereinrichtung6 ,6' über den Dichtring14 hinaus in Richtung des Turbinenrades2 verhindert wird. Wenn das Schmiermittel, beispielsweise Öl, mit heißem Abgas in Berührung kommt, kann es verkoken und aufgrund der Verkokungsprodukte die Schmierung der Welle3 nicht mehr gewährleisten. - Ein vergrößerter Teilausschnitt
15 der1 ist in2 dargestellt. Durch die Vergrößerung ist die Einlagerung des Dichtrings14 in die Nut13 der Nabe9 besser zu erkennen. Aufgrund des an den Dichtring14 dicht anliegenden Naben-Gehäuseabschnitts10 , wird der lagerbereichseitige, ölführende, zwischen Nabe9 und Naben-Gehäuseabschnitt10 angeordnete Zwischenraum16 gegenüber dem turbinenradseitigen, abgasführenden Zwischenraum17 abgedichtet. Nach dem Dichtring14 hin zum Lagerbereich5 ist im Naben-Gehäuseabschnitt10 eine Ringnut18 , insbesondere hier als Scaniastufe19 dargestellt, ausgeformt. Da der Dichtring14 auf der Seite des abgasführenden Zwischenraums17 mit dem heißen Abgas des Verbrennungsmotors in Berührung kommt, muss dieser Dichtring14 mit einem Hitzeschutzschild gegen zu große Hitzeeinwirkung geschützt werden. Zu diesem Zweck wird in der Nabe9 ein radialer Nabenabsatz20 und in dem Naben-Gehäuseabschnitt10 ein radialer, mit dem radialen Nabenabsatz20 kommunizierender Gehäuseabsatz21 ausgebildet. Der radiale Nabenabsatz20 im Zusammenwirken mit dem radialen Gehäuseabsatz21 bildet einen wirksamen Hitzeschutzschild für den Dichtring14 gegen die heißen Abgase aus. - Bei Benutzung des Abgasturboladers
1 gelangen die heißen Abgase des Verbrennungsmotors in den abgasführenden Zwischenraum17 zwischen der Nabe9 und dem Naben-Gehäuseabschnitt10 . Dort prallen sie mit hoher Ge schwindigkeit auf den Gehäuseabsatz21 und werden auf den gegenüberliegenden Nabenabsatz20 zurückgeworfen. Durch diese Führung des Abgases im abgasführenden Zwischenraum17 treten Verwirbelungen auf, der Strömungswiderstand ist erhöht und die Geschwindigkeit, mit der das Abgas auf den Dichtring14 auftrifft, erheblich vermindert. Naben-20 und Gehäuseabsatz21 wirken somit in Art einer Labyrinthdichtung und der Dichtring14 ist damit gegen die direkte Hitzeeinwirkung des Abgases besser geschützt. Dabei versteht es sich von selbst, dass der abgasführende Zwischenraum17 mit dem Gehäuseabsatz21 und dem Nabenabsatz20 hinsichtlich der oben ausgeführten Wirkung als Hitzeschild optimiert ist. - Wie in
1 gezeigt, kann die Welle3 zwischen dem Lager-Wellenabschnitt8 und der Nut13 mit einer Ölschleudernut22 ausgestattet sein. Diese Ölschleudernut22 hat den Vorteil, dass von der Schmiermittelversorgungseinrichtung11 in Richtung des Dichtringes14 eindringendes und über die Ölschleudernut22 wanderndes Öl bei Rotation der Welle3 so von der Ölschleudernut22 weggeschleudert wird, dass ein Eindringen des Öls in den ölführenden Zwischenraum16 zumindest verringert ist (vgl.2 ). - Aus der
2 geht hervor, dass zwischen dem Nabenabsatz20 und dem Gehäuseabsatz21 ein erster Zwischenraum23 angeordnet ist. Eine axiale Länge des Zwischenraums23 zwischen dem Nabenabsatz20 und dem Gehäuseabsatz21 kann dabei von 0,2 mm bis 0,4 mm betragen. Darüber hinaus kann ein zweiter Zwischenraum24 zwischen dem Nabenabsatz20 und dem Naben-Gehäuseabschnitt10 vorgesehen sein, dessen radiale Länge zwischen dem Nabenabsatz20 und dem Naben-Gehäuseabschnitt10 zwischen 0,2 mm und 0,4 mm betragen kann. Der Dichtring14 kann einen Außendurchmesser von 10 mm bis 16 mm aufweisen. - Gemäß
3 ist es allerdings auch möglich, dass die Ebene der zum Turbinenrad2 hin orientierten Ringfläche25 nicht, wie in2 dargestellt, quer zur Welle3 angeordnet ist, sondern dass die Ringfläche25 in Richtung des Nabenabsatzes20 geneigt verläuft. Verläuft die Ringfläche25 geneigt, hat sie die Form eines Kegelstumpfmantels. Dabei kann ein Winkel zwischen der Ringfläche25 und einer zu dem Dichtring14 hin orientierten Mantelfläche26 des Gehäuseabsatzes21 bis zu 180° betragen. - Eine bevorzugte Ausführungsform, gemäß
4 , ist mit einer Ringnut18 in Form einer Scaniastufe19 ausgestattet, weist jedoch zwischen der Nut13 und dem Lager-Wellenabschnitt8 keine Ölschleudernut22 auf. - Des Weiteren ist eine in
5 gezeigte Ausführungsform denkbar, die zwar einen in der Nut13 angeordneten Dichtring14 aufweist, aber weder mit einer Ölschleudernut22 noch mit einer als Scaniastufe19 ausgebildeten Ringnut18 ausgestattet ist. - Eine besondere Ausführungsform mit einer speziell ausgebildeten Ölschleudernut
22 , wie in6 dargestellt, weist zumindest einen im Bereich der Ölschleudernut22 und an der Welle3 ausgebildete Ringwulst27 ,27' auf. Bevorzugt begrenzt der im Bereich des Dichtrings14 angeordnete Ringwulst27' zumindest teilweise einen zwischen Nabe9 und Naben-Gehäuseabschnitt10 angeordneten und zwischen dem Dichtring14 und der Ölschleudernut22 positionierten Ringspalt28 . Dabei kann aufgrund des Ringspaltes28 und im Bereich des Ringspaltes28 die Nabe9 von dem Naben-Gehäuseabschnitt10 ca. 0,2 mm bis 0,4 mm beabstandet sein. - In einer weiterentwickelten Ausführungsform, wie diese in
7 dargestellt ist, können der Nabenabsatz20 und der Gehäuseabsatz21 in Form einer Labyrinth dichtung29 ausgebildet sein. Dies kann z. B. durch einen mäanderförmigen Verlauf des Spaltes zwischen dem Naben-Gehäuseabschnitt10 und der Nabe9 , wie gezeigt, ereicht werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004057138 A1 [0002]
Claims (12)
- Abgasturbolader (
1 ) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit – einer ein Turbinenrad (2 ) und ein Verdichterrad tragenden Welle (3 ), – einem Gehäuse (4 ), – einem Lagerbereich (5 ) der Welle (3 ), umfassend eine Lagereinrichtung (6 ,6' ), einen Lager-Gehäuseabschnitt (7 ) und einen Lager-Wellenabschnitt (8 ), – einer abgasseitigen, zwischen Lagerbereich (5 ) der Welle (3 ) und Turbinenrad (2 ) liegenden Nabe (9 ) der Welle (3 ), – zumindest einer Nut (13 ) in der Nabe (9 ) und – zumindest einem in der Nut (13 ) der Nabe (9 ) einbringbaren Dichtring (14 ) zur Wellenabdichtung, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Nabe (9 ) der Welle (3 ), zwischen der Nut (13 ) und dem Turbinenrad (2 ) ein radialer Nabenabsatz (20 ) ausgebildet ist und – dass in einem die Nabe (9 ) umgebenden Naben-Gehäuseabschnitt (10 ) ein mit dem radialen Nabenabsatz (20 ) kommunizierender radialer Gehäuseabsatz (21 ) ausgebildet ist, so dass der radiale Nabenabsatz (20 ) im Zusammenwirken mit dem radialen Gehäuseabsatz (21 ) einen Hitzeschild für zumindest einen Dichtring (14 ) zum Schutz gegen die heißen Abgase ausbildet. - Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (
6 ,6' ) mit zumindest einem Gleitlager und/oder zumindest einem Wälzlager ausgestattet ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbereich (
5 ) durch ein Schmiermittel, das ein mineralisches Motorenöl und/oder ein synthetisches Motorenöl und/oder ein Mehrbereichsöl und/oder ein Leichtlauföl und/oder ein insbesondere wartungsfreies Hochleistungsöl enthält oder daraus besteht, geschmiert ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringnut (
18 ) im Naben-Gehäuseabschnitt (10 ), insbesondere eine Scaniastufe (19 ), direkt hinter zumindest einem Dichtring (14 ), zwischen diesem Dichtring (14 ) und dem Lagerbereich (5 ) ausgeformt ist, so dass der Dichtring (14 ) nicht in die Ringnut (18 ) des Naben-Gehäuseabschnittes (10 ) hineinragt. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen des radialen Nabenabsatzes (
20 ) und des radialen Gehäuseabsatzes (21 ) bezüglich des Wärmeschutzes für zumindest einen Dichtring (14 ) optimiert sind. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zwischenraum (
23 ) zwischen dem Nabenabsatz (20 ) und dem Gehäuseabsatz (21 ) eine axiale Länge von ca. 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zwischenraum (
24 ) zwischen dem Nabenabsatz (20 ) und dem Naben-Gehäuseabschnitt (10 ) eine radiale Länge von ca. 0,2 mm bis 0,4 mm aufweis. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines Ringspaltes (
28 ) die Nabe (9 ) 0,2 mm bis 0,4 mm von dem Naben-Gehäuseabschnitt (10 ) beabstandet ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (
3 ) eine zwischen der Nut (13 ) und dem Lager-Wellenabschnitt (8 ) angeordnete Ölschleudernut (22 ) aufweist. - Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (
3 ) in dem Bereich der Ölschleudernut (22 ) zumindest einen Ringwulst (27 ,27' ) aufweist. - Abgasturbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ringwulst (
27' ) so angeordnet ist, dass durch diesen der Ringspalt (28 ) begrenzt ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (
9 ) im Bereich des Nabenabsatzes (20 ) und der Naben- Gehäuseabschnitt (10 ) im Bereich des Gehäuseabsatzes (21 ) so ausgebildet sind, dass zwischen der Nabe (9 ) und dem Naben-Gehäuseabschnitt (10 ) eine Labyrinthdichtung (29 ) ausgebildet ist.
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