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ölabdielitung für Turbolader od. dgl. Die Erfindung betrifft eine
ölabdichtung für Turbolader od. dgl., deren Welle den Turbinenteil mit dem Kompressorteil
verbindet und in einem Gehäuseteil zwischen Turbinengehäuse und Kompressorgehäuse
mittels Radiallagern sowie eines dicht neben dem Kompressorrad angeordneten Axiallagers
gelagert ist.
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Bei üblichen umlaufenden Maschinen, wie z. B. von einer Gasturbine
an-etriebenen Ladekompressoren od. dgl., sind im allgemeinen Gleit- oder Kugellager
vorgesehen, die den Umlauf der Hauptwelle ermöglichen und mit unter Druck stehendem
Öl geschmiert werden. Dieses Schmiermittel muß in das Lager eingeführt und
darauf einem ölsumpf zugeleitet werden. Im Fall eines Turboladers muß das Schmiermittel
daran gehindert werden, daß es in das Kompressor- oder Turbinengehäuse eindringt,
denn es ist höchst unerwünscht, wenn das Schmiermittel beispielsweise in die Maschinenzylinder
gelangt. Bei mit niedriger Drehzahl umlaufenden Maschinen werden im allgemeinen
Berührungsöldichtungen verwandt. Bei der Anwendung großer Drehzahlen, wie z. B.
im Fall von Turboladern, arbeiten diese Berührungsöldichtungen allerdings infolge
der hohen Reibungsverluste und des starken Verschleißes der Kontaktflächen unbefriedigend.
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Auf dem Gebiet der Turbolader besteht ein bekannter Weg, um das Lecken
des Öls hinter die Öldichtung zu verhindern, darin, den Auslaßdruck des Kompressors
auf die Dichtung wirken zu lassen. Diese Anordnung arbeitet unter normalen Betriebsbedingungen,
wenn ständig an der Kompressorauslaßseite oder im Kompressorsammelraum ein positiver
Druck herrscht, befriedigend. Bei einer durch einen Turbolader aufgeladenen Dieselmaschine
können unter bestimmten Betriebsbedingungen der aufgeladenen Maschine allerdings
Umstände eintreten, welche bewirken, daß die Maschine mehr Luft ansaugt, als von
dem Ladekompressor geliefert werden kann. Auf diese Weise kann sich zeitweise in
dem Kompressorgehäuse ein Unterdruck einstellen, der Größen von etwa 76 bis
127 mm Hg-Säule erreichen kann, was natürlich das Problem der Ausbildung
einer nicht auf dem Berührungsprinzip aufgebauten öldichtung außerordentlich erschwert.
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Da an der ölablaufseite normalerweise Atmosphärendruck oder geringer
Überdruck herrscht, erzeugt ein Unterdruck innerhalb des Kompressorgehäuses ein
Lecken des Öls in dieses Gehäuse hinein. Diese umgekehrte Bedingung wird durch die
Verwendung von Filtem im Luftansaugkanal des Kompressors noch verstärkt. Daraus
ergibt sich ein gesteigerter Druckabfall gegenüber dem Kompressoreinlaß, wobei das
auf die öldichtung wirkende Vakuum während des Betriebes noch zunimmt, da sich das
Luftfilter im normalen Betrieb zunehmend zusetzt. Beispielsweise erzeugt ein neues
Einlaßfilter einer aufgeladenen Dieselmaschine einen solchen Druckabfall, daß der
in dem Kompressorgehäuse bestehende Druck nahe dem Atmosphärendruck bleibt, selbst
wenn die Maschine eine größere Luftmenge ansaugt, als diese vom Turbokompressor
geliefert wird. Setzt sich das Luftfilter während des normalen Betriebes zu, so
steigt der Druckabfall an dem Filter und damit zugleich der in dem Kompressorgehäuse
unter den egebenen Luftansaugbedingungen der Maschine herrschende Unterdruck. Um
das Eindringen von Öl
in das Kompressorgehäuse selbst unter diesen erschwerten
Bedingungen zu verhindern, ist eine in jeder Weise befriedigende öldichtung erforderlich.
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Aus diesem Grund besteht das Ziel der Erfindung darin, eine öldichtung
für Turbolader od. dgl. zu schaffen, die bei hohen Drehzahlen und bei großen Druckunterschieden
an den gegenüberliegenden Seiten der Dichtung arbeitet.
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Bei einer bekannten Ausführung eines Turboladers (deutsche Patentschrift
974 790) sind Vorrichtungen vorgesehen. die dazu dienen, die Wellenlager
zu küh-
len und alle Teile vor der Abgashitze zu schützen. Hierzu wird unter
anderem Leckluft verwendet, die durch vorgesehene Spaltdichtungen treten muß. Um
eine wirksame Abdichtung zu schaffen, ist im Kompressorteil ein Überdruck erforderlich.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere dann, wenn die
Brennkraftmaschine
beschleunigt wird oder z. B. infolge verschmutzter Luftfilter eine mangelhafte Luftzufuhr
vorliegt, hinter dem Kompressorrad ein Unterdruck herrscht. Würde man bei dem bekannten
Turbolader statt Wälzlagern ölgeschmierte Gleitlager verwenden, so würde dies dazu
führen, daß Öl in den Kompressorraum eindringt.
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Bei einem anderen bekannten Abgasturbolader (deutsches Gebrauchsmuster
1757 851) fehlen Mittel zur Ableitung des öls vom kompressorseitigen
Ab-
dichtungsbereich, so daß das Öl, das radial abgeschleudert wird,
in alle Richtungen des ölraumes ab-C tyelenkt werden kann. Bei Vorhandensein einer
Gasströmung kann das Öl bei diesem Turbolader daher sogar durch eine vorgesehene
Labyrinthdichtung in den Kompressorraum gezogen werden.
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Bei einer weiteren bekannten ölabdichtung eines Turboladers (britische
Patentschrift 757 591) findet ebenfalls das Abführen des öls in alle Richtungen
statt, und zwar sogar in der Weise, daß es an der Innenseite eines dünnen, hinter
dem Kompressorrad angeordneten Einsatzes zurückläuft. Auch fehlt bei diesem Turbolader
eine Entlüftung des ölraumes. Bei ihm kann daher ebenfalls Öl in den Kompressorraurn
e Oelangen.
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Schließlich ist bei einem weiteren bekannten Turbolader (deutsche
Patentschrift 649 298) eine Vorrichtung vorgesehen, deren Hauptzweck es ist,
die durch Erwärmung von Lageröl entstehenden Öldämpfe am Eintritt in den Turbinenraum
zu hindern. Hierzu wird mittels dieser Vorrichtung das austretende Lageröl der Wirkung
einer Frischölbrause unterworfen. die die Verdampfung des öls verhindert. Die Vorrichtung
besitzt ein relativ weit vom Turbinenrad angeordnetes Radiallager, das von einem
Ringraum zur Aufnahme kalten öls umgeben ist. In den Wandungen des Ringraumes sind
zu den Enden des Lagers führende Kan äle vorgesehen, um Frischöl auf das aus dem
Lager tretende heiße Öl zur Einwirkung zu bringen. Das sich ergebende Olgemisch
kann sich dann in neben dem Lager angeordneten und durch Dichtungsringe sowie Gehäusewandungen
begrenzten Ringkammern sammeln und durch deren angeschlossene ölleitungen abfließen.
Bei Vorhandensein eines Unterdruckes im Turbinen- oder Kompressorraum wäre die bekannte
Vorrichtung jedoch auch ungeeignet, da dann das in den Ringkammern befindliche
01 durch das Spiel der Abdichtunaen in den Unterdruckraum abgezogen würde.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Turbolader
od. dgl., deren Welle den Turbinenteil mit dem Kompressorteil verbindet und in einem
Gehäuseteil zwischen Turbinengehäuse und Kompressorgehäuse mittels Radiallagern
sowie eines dicht neben dem Kompressorrad angeordneten Axiallagers gelagert ist,
eine Olabdichtung zuschaffen, die selbst bei Unterdruck im Kompressorraum verhindert,
daß Lageröl in diesen gelangt.
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In überraschend einfacher und vorteilhafter Weise besteht die Lösung
dieser Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß das Axiallager der Welle zwischen zwei
scheibenförmigen ölableitelementen angeordnet ist, welche die Welle ringförmig umgeben
und eine aus dem Axiallager austretendes Öl auffangende, nur nach unten offene
Haube bilden. Infolge des großen offenen Querschnittes kann dabei das
Öl, ohne weiter in der Nähe des Lagers zu verbleiben, nach unten in den ölsumpf
abfließen. Eine vorteilhafte Ausbildung dieser Abdichtung besteht erfindungsgemäß
darin, daß die ölableitelemente oberhalb der Welle an dem Gehäuseteil zwischen dem
Turbinengehäuse und Kompressorgehäuse befestigt sind und daß wenigstens das kompressorseitige
ölableitelement mit einem umlaufenden Lagerelement bzw. einer Dichthülse der Welle
mit geringem Spiel im Eingriff steht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Ab-
dichtung nach
der Erfindung besteht darin, daß an dem unteren Ende des kompressorseitigen ölableitelementes
ein das abgeleitete Öl einem ölsammelraum zuführendes ölleitorgan vorgesehen
ist.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß bei der neuen Abdichtung zwischen
dem kompressorseitigen Ölableitelement und der Wand des Kompressorgehäuses auf der
Welle ein dorthin gelangendes Öl radial nach außen abschleudernder Bund vorgesehen
ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der ölabdichtung gemäß
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielsweisen
Ausführungsform derselben sowie an Hand der Zeichnung. Darin zeigt F i
g. 1 einen Turbolader mit einer ölabdichtung gemäß der Erfindung in Stirnansicht
und F i g. 2 den gleichen Turbolader, teils in Seitenansicht und teils im
Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1.
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In der Zeichnung ist ein Turbolader mit einem von einer Gasturbine
angetriebenen Ladekompressor dargestellt, der ein mit 10 bezeichnetes Turbinengehäuse
aufweist, welches ein in üblicher Weise beschaufeltes Turbinenrad 11 aufnimmt,
das eine Welle 12 antreibt. Das Turbinengehäuse 10 ist mit einem angeflanschten
Einlaßkanal 15 versehen, der die Auspuffgase der Maschine dem Turbinenrad
11
zuleitet. Die Turbine selbst ist von üblichem Aufbau und arbeitet in bekannter
Weise, d. h., daß unter hohem Druck stehende Gase in die Turbine eintreten,
beim Durchgang durch das Turbinenrad 11 entspannt werden und hierdurch dessen
Drehung bewirken, wonach die zugeführten Gase durch den Turbinenauslaßkanal
16 austreten.
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Dem Turbinengehäuse 10 ist ein Zwischengußstück und ein Lagergehäuseteil
17 zugeordnet, die beide durch einen Klemmring 20 unter Abdichtung in Verbindung
miteinander gehalten werden. Das Gehäuseteil 17 hat eine asymmetrische Gestalt,
und es weist einen Mittelteil21 sowie an'dessen einem Ende einen nach außen gerichteten
Flansch24 auf. Der Mittelteil 21 ist mit einem Hohlraum 25 versehen, der
von der Welle 12 durchsetzt wird. Innerhalb dieses Hohlraums 25 trägt der Mittelteil
21 übliche Radiallager 26 und 27, in denen die Welle 12 gelagert ist.
An den Flansch 24 des Gehäuseteils 17 ist die vorzugsweise aus Guß bestehende
rückwärtige Gehäusewand 30 des Kompressors angeschraubt, die einen nach außen
gerichteten Flansch 31 aufweist. An dem Flansch 24 des Gehäuseteils
17 ist außerdem mittels eines Klemmrings 32 das Kompressorgehäuse
35 befestigt. Die Welle 12 besitzt einen Teil 36 von verringertem
Durchmesser, an welchem ein Kompressorrad 37 befestigt ist, das eine Mehrzahl
von Schaufeln 40 aufweist. Das Kompressorgehäuse 35 ist so ausgebildet, daß
es einen im allgemeinen ringförmigen Sammelraum 41 bildet, der die von dem Kompressorrad
37 gelieferten, unter hohem Druck stehenden Gase aufnimmt.
Das
Kornpressorgehäuse 35 ist außerdem mit einem inneren ringförmigen Flansch
42 versehen, welcher mit dem Flansch 31 der Gehäusewand 30 unter Bildung
eines ringförmigen Diffusorkanals 45 zusammenwirkt, der von dem Kompressorrad
37 in den Sammelraum 41 führt. Der Sammelraum 41 steht mit einem tangential
ansetzenden Auslaßkanal 46 (vgl. F i g. 1 ) in Verbindung, welcher
durch entsprechende Rohre in;L der Einlaßleitung einer von dem Turbo-!ader beaufschla-ten
Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Kornpressorgehäuse 35 besitzt weiterhin
einen Einlaßkanal 50, der mit der Atmosphäre oder mit dem Luftzufuhrsystem
der von dem Turbolader beaufschlagten Maschine verbunden ist. Befindet sich die
Maschine, der der Turbolader zugeordnet ist, im Betrieb, so versetzen die Auspuffgase
das Turbinenrad 11 in Umdrehung, wodurch dieses das Kompressorrad
37 antreibt. Der Umlauf des Kompressorrads 37 versorgt die Maschine
mit komprimierter Luft, so daß diese in größerer Menge in die Maschinenzylinder
gelangen kann, als dies durch die Saugwirkung der Maschinenkolben möglich ist. Diese
Ladewirkung ruft in Verbindung mit einer gesteigerten Brennstoffzufuhr zu den Maschinenzylindern
eine höhere Leistung der aufgeladenen Maschine hervor.
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Zur Lagerung der Welle 12 ist, abgesehen von den Radiallagern
26, 27, noch ein Axiallager 51 vorgesehen, welches dicht neben der
rückwärtigen Gehäusewand 30 des Kompressors und dem vor dieser befindlichen
Kompressorrad 37 angeordnet ist. Die Radiallager 26 und
27 sowie das Axiallager 51 werden über Kanäle 52 und
53 in dem Gehäuseteil 17
mit unter Druck stehendem Öl versehen.
Dieses Öl
läuft über die Laaerflächen und tritt nach Durchgang durch die Lager
durch eine Öffnung 55 des Gehäuseteils 1.7 in einen nicht dargestellten
ölsumpf aus. Die erfindungsgemäße Abdichtung verhindert, daß dieses öl in
das Kompressorgehäuse 35 und entlang der Welle 12 zum Kompressorrad
37 gelangt.
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An dem Teil 36 der Welle 12 sind ein Paar von Druckringen
56 und 57, ein zwischen diesen Ringen befindliches Abstandsstück
58 und eine vor den Ringen angeordnete Dichthülse 60 vorcresehen,
die sämtlich mit der Welle 12 umlaufen. Die Dichthülse 60 ist in einer Öffnung
61 der Gehäuserückwand 30
angeordnet, wobei diese Öffnung sowohl den
Teil 36
der Welle 12 als auch die Dichthülse 60 aufnimmt und sich zwischen
dem Kompressor und einem innerhalb des Gehäuseteils 17 gebildeten Ölraum
62 befindet. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen entsteht in dem Kompressorgehäuse
35 ein Unterdruck-, der bewirkt, daß das Öl aus dem ölraum
62 in das Kompressorgehäuse 35 angesaugt wird.
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Um entsprechend diesem Vakuum ein anderes Strömungsmittel als
Öl zur Verfügung zu halten, ist ein Kanal 65 vorgesehen, der den ölraum
62 mit einem üblichen Lüftungselement 66 verbindet, welches in den
Gehäuseteil 17 eingeschraubt ist. Dieses Lüftungselement 66 ist mit
einem Filter versehen, der gewährleistet, daß die durch das Lüftungselement
66
in den ölraum 62 einströmende Luft sauber und staubfrei ist.
Der Luftstrom von dem Lüftungselement 66 zu dem ölraum 62 entspricht
dem im Kompressorgehäuse gebildeten Vakuum, wodurch das Ansaugen von öltröpfehen
zwischen der Dichthülse 60 und der Gehäusewand 30 sowie durch die
Öffnung 61 vermieden wird. Das Axiallager 51 ist zwischen z,#v-ei
scheibenförmigen ölableitelementen 67 und 68 angeordnet. Dabei sind
das Axiallager 51 und die ölableitelemente 67, 68 durch entsprechende
Schrauben 70
fest mit dem Gehäuseteil 17 verbunden. Die ölableiteleinente
67, 68 sind an ihrem inneren sowie unterer: Teil schalenförrnig ausgenommen,
so daß sie eine nur nach unten offene Haube bilden. Das in den, Kanal
53 unter Druck befindliche 01 strömt zu dern Axiallager
51 durch den Kanal 71 des Ölabdichtungsringes 68. Durch einen
in dem Lagerkörper vor-,yesehenen, im wesentlichen radial verlaufenden Kanal
72 crelan-t das Öl dann zur Innenseite des Axial-C el lagers
51. Nach dem Austreten aus dem Kanal 72
strömt das Öl axial
entlang der Außenfläche des Abstandsstücks 58 und darauf zwischen den Seitenflächen
des La-erkörpers und den Druckringen 56,
57 radial nach außen in die
durch die Ölableitelemente 67 und 68 gebildete, nur nach unten offene
Haube.
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Eine bestimmte Ölmenge gelangt unter Druck durch den Kanal
52 in den Gehäuseteil 17 sowie in den Hohlraum 25 und hinter
die Lager 26 und 27,
um diese zu schmieren. Von diesen aus gelangt
das C
Öl dann in den öllsammelraum 62. Der zum Schmieren des
Lagers 26 dienende Teil des öls läuft dabei zwischen der Welle 12 und dem
ölableitelement 68 hindurch in die von den ölableitelementen 67, 68 ge-
bildete
Haube und aus dieser nach unten.
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An dem Olableitelement 67 ist ein ölleitorgan 75
angebracht,
das im wesentlichen Halbschalenforin aufweist. Das Ölleitorgan 75 überdeckt
die untere Öffnung der von den ölableitelementen 67, 68 gebildeten Haube.
Infolgedessen wird das in der Haube abwärts fließende Öl der Auslaßöffnung
55 des Ölsammelraumes 62 zugeleitet. Ohne dieses ölableitorgan
75 könnte das aus der Haube strömende Öl
die Gehäusewand
30 berühren und derart abgelenkt werden, so daß ein Teil des öls in die Öffnung
61
gelangt.
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Die Dichthülse 60 ist an ihrem Umfang mit Rin,-nuten
76 versehen, die Kolbenringdichtungen 77 aufnehmen, durch welche ein
ölstrom durch die Öffnung 61 verhindert wird. Die Dichthülse 60 besitzt
außerdem einen radial nach außen gerichteten Bund 80,
der genau wie sie mit
der Welle 17 umläuft und nahe einer Fläche 81 der Gehäusewand
30 angeordnet ist. Da die Hülse 60 mit der Welle 12 umläuft, bewirkt
der Bund 80 ein Abschleudern des öls, welches trotz der ölableitelemente
67, 68 zu der Außenfläche derselben gelangt. Dieses Öl strömt dann
entlang des konischen Teils der Gehäusewand 30 zu der Ölauslaßöffnun
g 55.
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Hieraus folgt, daß die ölableitelemente 67 und 68
g
sowie
die Schleuderwirkum, des Bundes 80 das Eindrin-en von Öl in den an
die Kolbenringdichtung 77
angrenzenden Bereich zwischen der Gehäusewand
30
und dem Bund 80 verhindern, während Luft durch diesen Bereich angesaugt
werden kann, wenn ein Unterdruck in dem Kompressorraum entsteht. Weiterhin wird
durch das Ableiten des aus den Lagern 26
und 51 austretenden öls mittels
der ölableitelemente 67, 68 der Bereich der Gehäusewand 30 oberhalb
der Druckringe 56 und 57 von Öl frei gehalten.
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Durch den Anschluß des ölsammelraumes 62 mittels des Kanals
65 an die Atmosphäre zieht ein in dem Kompressorgehäuse auftretender Unterdruck
die ölfreie Luft entlang der Welle 12 eher an als Öl-
tröpfchen
von den Lagern 26, 27 und 51 sowie aus dem ölsammelraum
62. Der Bund 80, der unmittelbar neben der Fläche 81 der Gehäusewand
30 umläuft, wirkt als letzte Sperre gegenüber jegIlichem. Öl,
weiches
axial an die Außenseite des ölableitelementes 67 geströmt ist. Die beschriebene
ölabdichtung gewährleistet infolgedessen einen zuverlässigen Betrieb bei hoher Drehzahl
sowie bei Auftreten eines relativ hohen Unterdruckes innerhalb des Kompressorgehäuses
35.