DICHTUNGSANORDNUNG FÜR EINE TURBOLADERWELLE EINES ABGASTURBOLADERS

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung eines Abgasturboladers, umfassend eine Turboladerwelle, welche an gegenüberliegenden Enden einerseits ein Verdichterrad und andererseits ein Turbinenrad führt und die dazwischenliegend an einem Lagerabschnitt gelagert ist, wobei die Turboladerwelle zum einen zwischen dem Lagerabschnitt und dem verdichterradseitigen Ende und zum anderen zwischen dem Lagerabschnitt und dem turbinenradseitigen Ende mit jeweils mindestens einer Nut versehen ist, die umlaufend ausgestaltet ist und in welche je ein Dichtring einragt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Turboladerwelle für einen Abgasturbolader.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2007 043 585 A1 geht eine Dichtungsanordnung eines Abgasturboladers hervor, bei welcher eine Turboladerwelle drehbar in einem Gehäuse des Abgasturboladers gelagert ist und an gegenüberliegenden Enden einerseits ein Verdichterrad und andererseits ein Turbinenrad führt. Eine Lagerung der Turboladerwelle ist dabei zwischen diesen gegenüberliegenden Enden an einem Lagerabschnitt vorgesehen, wobei die Turboladerwelle zum einen zwischen dem Lagerabschnitt und ihrem verdichterradseitigen Ende und zum anderen zwischen dem Lagerabschnitt und dem turbinenradseitigen Ende mit je einer Nut versehen ist, in welcher je ein Dichtring platziert ist. Dabei bilden die je eine Nut und der jeweilige Dichtring im Zusammenspiel bevorzugt eine Labyrinthdichtung aus. Zwischen der jeweils einen Nut und dem Verdichterrad bzw. dem Turbinenrad mündet des Weiteren jeweils eine Druckleitung in eine Bohrung des Gehäuses ein, über welche die Turboladerwelle durch das Gehäuse hindurchgeführt ist. Diese Druckleitungen können nun mit Druckluft beaufschlagt werden, um eine Dichtwirkung des jeweiligen Dichtringes zu erhöhen.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung eines Abgasturboladers zu schaffen, mittels welcher eine zuverlässige Abdichtung einer Lagerung einer Turboladerwelle gegenüber einer Verdichterrad- und/oder Turbinenradseite des Abgasturboladers mit möglichst niedrigem Aufwand gewährleistet werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Turboladerwelle für einen Abgasturbolader geht zudem aus den Ansprüchen 7 bis 10 hervor.

Gemäß der Erfindung umfasst eine Dichtungsanordnung eines Abgasturboladers eine Turboladerwelle, welche an gegenüberliegenden Enden einerseits ein Verdichterrad und andererseits ein Turbinenrad führt und die dazwischenliegend an einem Lagerabschnitt gelagert ist, wobei die Turboladerwelle zum einen zwischen dem Lagerabschnitt und dem verdichterradseitigen Ende und zum anderen zwischen dem Lagerabschnitt und dem turbinenradseitigen Ende mit jeweils mindestens einer Nut versehen ist, die umlaufend ausgestaltet ist und in welche je ein Dichtring einragt. Die Turboladerwelle ist dabei bevorzugt derartig ausgeführt, dass an gegenüberliegenden Enden Aufnahmeabschnitte vorgesehen sind, an welchen einerseits ein Verdichterrad und andererseits ein Turbinenrad geführt werden kann, wobei die Turboladerwelle an einem dazwischenliegenden Lagerabschnitt drehbar lagerbar ist und zum einen zwischen dem Lagerabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt für das Verdichterrad, sowie zum anderen zwischen dem Lagerabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt für das Turbinenrad jeweils mit mindestens einer Nut ausgestattet ist, die umlaufend ausgestaltet und in welche je ein Dichtring einführbar ist.

Im Sinne der Erfindung kann das jeweilige Verdichterrad oder das jeweilige Turbinenrad einstückig mit der Turboladerwelle ausgestaltet sein, indem die Turboladerwelle entsprechend mit einer Verdichterrad- bzw. Turbinenradbeschaufelung versehen ist. Eine Lagerung der Turboladerwelle in einem Gehäuse des Abgasturboladers ist zudem bevorzugt als Gleitlagerung ausgeführt, die dabei durch eine in der Längsbohrung des Gehäuses aufgenommene Gleitlagerbuchse gebildet wird, in welcher die Turboladerwelle läuft.

Der je eine Dichtring, welcher in die mindestens eine Nut der Turboladerwelle in deren verbauten Zustand einragt, ist erfindungsgemäß insbesondere als Kolbenring ausgeführt, wobei sich der jeweilige Kolbenring dann nach seiner Montage an einem Innendurchmesser der jeweiligen Bohrung des Gehäuses abstützt und radial in die mindestens eine Nut der Turboladerwelle vorsteht. Im Betrieb des Abgasturboladers läuft der Kolbenring dabei nicht mit der Welle um, sondern steht gemeinsam mit dem Gehäuse des Abgasturboladers still. Hierbei wird im Zusammenspiel mit der mindestens einen Nut der Turboladerwelle eine Labyrinthdichtung gebildet, bei welcher ein Entweichen von im Bereich der Lagerung der Turboladerwelle zugeführten Öl hin zum Verdichterrad bzw. zum Turbinenrad gemindert wird, da das Öl hierzu den in die mindestens eine Nut einragenden Dichtring im Bereich der Nut umströmen muss. Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Turboladerwelle im Anschluss an die jeweils mindestens eine Nut und auf Seiten des verdichterrad- und/oder turbinenradseitigen Endes jeweils mit je einem Schleuderabschnitt versehen ist, bei welchem sich jeweils ein Außendurchmesser der Turboladerwelle in axialer Richtung ausgehend von einer dem Lagerabschnitt zugewandten Seite zunächst vergrößert und anschließend reduziert. Eine erfindungsgemäße Turboladerwelle ist hierzu zwischen dem Aufnahmeabschnitt für das Verdichterrad und/oder dem Aufnahmeabschnitt für das Turbinenrad einerseits und der jeweils mindestens einen Nut andererseits mit je einem Schleuderabschnitt versehen, bei welchem sich jeweils ein Außendurchmesser in axialer Richtung ausgehend von einer dem Lagerabschnitt zugewandten Seite zunächst vergrößert und anschließend reduziert. Mit anderen Worten ist also die Turboladerwelle axial zwischen der jeweils mindestens einen Nut und dem Aufnahmeabschnitt für das Verdichterrad bzw. für das Turbinenrad abschnittsweise mit einem veränderlichen Durchmesser versehen, wobei ein kleinerer Außendurchmesser dabei dem Lagerabschnitt zugewendet und ein größerer Außendurchmesser auf Seiten des Verdichterrades bzw. des Turbinenrades liegt, wobei im Anschluss an den größeren Außendurchmesser wieder eine Durchmesserreduzierung stattfindet.

Das Vorsehen je eines Schleuderabschnitts zwischen der mindestens einen Nut an der Turboladerwelle und dem Aufnahmeabschnitt für ein Verdichterrad bzw. für ein Turbinenrad hat dabei den Vorteil, dass Schmiermittel, welches den je einen Dichtring dennoch überwunden hat, dann an dem veränderlichen Außendurchmesser des je einen Schleuderabschnitts entlang läuft und ab dem größten Außendurchmesser des Schleuderabschnitts, bedingt durch die anschließende Reduzierung und unter Einfluss der bei Rotation der Turboladerwelle einwirkenden Zentrifugalkraft, an einem weiteren Entlanglaufen an der Turboladerwelle gehindert wird. In der Folge wird die Hydraulikflüssigkeit am größten Außendurchmesser des Schleuderabschnitts nach radial außen abgeschleudert und damit an einem weiteren Vordrängen in Richtung Verdichterrad bzw. in Richtung Turbinenrad gehindert. Hierdurch kann die Hydraulikflüssigkeit nicht in den Bereich eines Ansaugtrakts bzw. eines Abgastrakts des jeweiligen Verbrennungsmotors gelangen, wo sie ansonsten für eine Verschlechterung der Abgaswerte des Motors sorgen und ggf. die Funktionsweise eines Katalysators beeinträchtigen würde. Ein abschnittsweise veränderlicher Außendurchmesser der Turboladerwelle lässt sich hierbei fertigungstechnisch auf einfache Art und Weise realisieren, so dass eine Dichtwirkung der Dichtungsanordnung somit auf einfache Art und Weise verbessert werden kann. Im Unterschied hierzu müssen bei der DE 10 2007 043 585 A1 separate Druckleitungen im Gehäuse des Abgasturboladers ausgebildet werden, über welche der jeweilige Dichtring dann auf Seiten des Verdichterrades bzw. auf Seiten des Turbinenrades mit Druckluft beaufschlagt wird, um die Dichtwirkung zu verbessern. Abgesehen davon, dass dies einen höheren herstellungstechnischen Aufwand darstellt, muss zudem Druckluft bereitgestellt werden, was in einer Verminderung des Wirkungsgrades resultiert.

Im Rahmen der Erfindung ist der Schleuderabschnitt der Turboladerwelle bevorzugt mit einem konischen Querschnitt ausgeführt, um einen veränderlichen Außendurchmesser der Welle in diesem Bereich zu realisieren. Alternativ dazu ist aber auch eine anderweitige geometrische Gestaltung der Turboladerwelle denkbar, beispielsweise in Form eines konvex oder konkav gewölbten Verlaufs der Welle im Bereich des Schleuderabschnitts. Zudem kann der je eine Schleuderabschnitt entweder einstückig mit der Turboladerwelle oder separat dazu an einem Außenumfang eines zusätzlichen, hülsenartigen Bauteils ausgebildet sein, welches dann vorzugsweise mit einer Presspassung auf die Turboladerwelle gefügt wird.

Erfindungsgemäß kann ein Schleuderabschnitt auf Seiten des Verdichterrades oder auf Seiten des Turbinenrades an der Turboladerwelle vorgesehen sein, besonders bevorzugt sind aber sowohl verdichterrad- als auch turbinenradseitig entsprechende Schleuderabschnitte vorgesehen. Im letztgenannten Fall wird dadurch eine zuverlässige Abdichtung sowohl zu der Turbinenradseite als auch zu der Verdichterradseite hin sichergestellt.

Ein größter Außendurchmesser der Turboladerwelle an ihrem je einen Schleuderabschnitt kann dabei einem maximalen Außendurchmesser der Welle entsprechen oder aber der je eine Schleuderabschnitt der Welle ist gegenüber einem maximalen Außendurchmesser der Welle zurückgesetzt, so dass der größte Außendurchmesser des je einen Schleuderabschnitts kleiner ist als dieser maximale Außendurchmesser. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Dichtungsanordnung ist axial auf Höhe eines größten Außendurchmessers des je einen Schleuderabschnitts jeweils eine umlaufende Ablaufnut vorgesehen, die an einem Innenumfang einer Bohrung ausgebildet ist, über welche die Turboladerwelle durch ein umliegendes Gehäuse hindurchgeführt ist. In dieser Ablaufnut sammelt sich die von dem größten Außendurchmesser des je einen Schleuderabschnitts abgeschleuderte Hydraulikflüssigkeit und kann in der Folge zu einem Rücklauf gefördert werden.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform mündet in die jeweils eine umlaufende Ablaufnut des Gehäuses mindestens eine Bohrung von radial außen ein. Mit Hilfe dieser mindestens einen Bohrung kann dann die sich in der umlaufenden Ablaufnut sammelnde Hydraulikflüssigkeit drucklos, insbesondere zu einer Ölwanne der jeweiligen Brennkraftmaschine, abgeführt werden. Besonders bevorzugt mündet eine Bohrung von vertikal unten in die jeweils eine umlaufende Ablaufnut ein, so dass ein Rückfluss der in die Ablaufnut abgeschleuderten Hydraulikflüssigkeit begünstigt ist. Mit„von vertikal unten" ist damit gemeint, dass die eine Bohrung in einem Ruhezustand eines Kraftfahrzeuges, bei deren Verbrennungskraftmaschine eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zur Anwendung kommt, ungefähr senkrecht zum Boden zeigt. Im Rahmen der Erfindung können aber auch mehrere Bohrungen radial von außen in die jeweils eine umlaufende Ablaufnut einmünden, wodurch sich eine Abführung von Hydraulikflüssigkeit weiter positiv beeinflussen lässt.

Es ist eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass Übergänge des Gehäuses in die jeweils eine umlaufende Ablaufnut mit gleichmäßigen Radien ausgeführt sind. Dies hat zur Folge, dass bei einer Montage der Turboladerwelle mit den in den Nuten sitzenden Dichtringen sichergestellt wird, dass eine zuverlässige Positionierung der Dichtringe neben der umlaufenden Ablaufnut stattfindet. Denn bei einem axialen Durchschieben der Turboladerwelle mit den hierauf sitzenden Dichtringen schnappt der in Durchschieberichtung zuerst liegende Dichtring zunächst bei Überdecken mit der Ablaufnut in diese ein und würde bei steilen Übergängen in die Ablaufnut in dieser hängen bleiben. Die Radien begünstigen nun ein Zurückquetschen des jeweiligen Dichtringes in die gewünschte Position zwischen Welle und Gehäuse.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform einer Turboladerwelle sind zwischen dem Lagerabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt für das Verdichterrad und/oder zwischen dem Lagerabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt für das Turbinenrad jeweils je zwei axial hintereinanderliegende, umlaufende Nuten vorgesehen, in welche jeweils je ein Dichtring einführbar und zwischen denen je ein Schleuderabschnitt ausgebildet ist. In diesem Fall liegen also im verbauten Zustand dieser Turboladerwelle in einer Dichtungsanordnung die zwei Dichtringe zwischen einer Lagerung der Turboladerwelle und einer Aufnahme des Verdichterrades bzw. des Turbinenrades. Das Vorsehen zweier Dichtringe auf der Verdichterradseite bzw. der Turbinenradseite hat jeweils eine Verbesserung der Abdichtung zur Folge. Bei Verwendung von Kolbenringen als Dichtringen werden diese mit ihren Kolbenringöffnungen bevorzugt um 180° Grad zueinander verdreht montiert, so dass über die Kolbenringöffnung des einen Kolbenringes gewanderte Hydraulikflüssigkeit nicht auch direkt axial über die Kolbenringöffnung des jeweils anderen Kolbenringes strömen kann und damit ein ungehindertes Vorbeiwandern an den Kolbenringen möglich ist. In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform einer Turboladerwelle liegt ein größter Durchmesser des je einen Schleuderabschnitts mittig zwischen den jeweils zwei Nuten. Weiter bevorzugt ist der je eine Schleuderabschnitt dachförmig gestaltet, indem sich an eine konische Vergrößerung des Außendurchmessers des je einen Schleuderabschnitts eine konische Reduzierung des Außendurchmessers anschließt. Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass durch die Dachform ein Traganteil eines zweiten Dichtringes nicht verschlechtert wird. Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der nebengeordneten Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Details eines Abgasturboladers, wobei in dem dargestellten Bereich eine Dichtungsanordnung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist; und

Fig. 2 eine geschnittene Darstellung eines Detailbereichs aus Fig. 1 .

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Fig. 1 geht eine geschnittene Ansicht eines Teils eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine hervor, wobei hierbei ein Bereich einer Hindurchführung einer Turboladerwelle 1 durch ein Gehäuse 2 des Abgasturboladers dargestellt ist. Abseits des in Fig. 1 zu sehenden Bereichs weist dieser Abgasturbolader dabei einen dem Fachmann prinzipiell bekannten Aufbau auf, indem die Turboladerwelle 1 an einem Lagerabschnitt über eine Lagerung in dem Gehäuse 2 gelagert ist und zudem an ihren Enden zum einen ein Verdichterrad und zum anderen ein Turbinenrad führt. Diesbezüglich wird beispielhaft auf den allgemein aus der DE 10 2007 043 585 A1 hervorgehenden Aufbau Bezug genommen.

Bei der Lagerung handelt es sich dabei um eine - dem Fachmann ebenfalls hinreichend bekannte - Gleitlagerung, welche mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Um nun Leckage von Hydraulikflüssigkeit sowohl in den Bereich des Verdichterrades und damit in den Bereich eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine, als auch in den Bereich des Turbinenrades und damit in den Bereich eines Abgastrakts der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist - vorliegend beispielhaft für einen der beiden Bereiche dargestellt - jeweils zwischen dem Lagerabschnitt der Turboladerwelle 1 einerseits und dem verdichterradseitigen Ende, sowie dem turbinenradseitigen Ende andererseits je eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 3 vorgesehen, über welche die besagte Leckage gehemmt wird. Wie aus Fig. 1 und auch aus der, ein Detail Z aus Fig. 1 näher darstellenden Schnittansicht in Fig. 2 hervorgeht, umfasst die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 3 zwei Dichtringe 4 und 5 in Form von Kolbenringen, die gegen einen Innenumfang 6 einer Bohrung 7 andrücken, durch welche die Turboladerwelle 1 durch das Gehäuse 2 axial hindurchgeführt ist. Zudem ragen die Dichtringe 4 und 5 jeweils radial in je eine zugehörige Nut 8 bzw. 9 radial ein, die umlaufend an der Turboladerwelle 1 ausgebildet sind. Hierdurch wird durch Zusammenspiel des jeweiligen Dichtringes 4 bzw. 5 mit der zugehörigen Nut 8 bzw. 9 eine Dichtwirkung analog zu einer Labyrinthdichtung ausgebildet, da Hydraulikflüssigkeit, um an dem Dichtring 4 bzw. 5 vorbeiwandern zu können, mehrfach die Strömungsrichtung ändern muss. Dieser Aspekt ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, wo der labyrinthähnliche Verlauf zwischen dem jeweiligen Dichtring 4 bzw. 5 und der jeweiligen Nut 8 bzw. 9 zu erkennen ist.

Um die vorgenannte Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 3 weiter zu verbessern, ist die Turboladerwelle 1 axial zwischen ihren Nuten 8 und 9 mit einem Schleuderabschnitt 10 ausgestattet, in welchem sich ein Außendurchmesser 1 1 der Turboladerwelle 1 dachförmig von einem kleinen Außendurchmesser 12 im Anschluss an die Nut 8 unter einem konischen Verlauf auf einen größten Außendurchmesser 13 des Schleuderabschnitts 10 vergrößert, um sich im Anschluss daran hin zu der Nut 9 wiederum auf einen kleinen Außendurchmesser 14 zu reduzieren, wobei der kleine Außendurchmesser 14 hierbei dem kleinen Außendurchmesser 12 entspricht. Der größte Außendurchmesser 13 ist dabei axial mittig zwischen den Nuten 8 und 9 platziert. Der Schleuderabschnitt 10 bewirkt bei Rotation der Turboladerwelle 1 , dass Hydraulikflüssigkeit, welche den Dichtring 4 und die Nut 8 überwunden hat, ausgehend von dem kleinen Außendurchmesser 12 hin zum größten Außendurchmesser 13 an dem konischen Querschnitt der Turboladerwelle 1 entlangläuft und ab dem größten Außendurchmesser 13 aufgrund der folgenden Durchmesserreduzierung und der einwirkenden Zentrifugalkraft nicht mehr an der Turboladerwelle 1 entlangströmen kann. Stattdessen wird die Hydraulikflüssigkeit an dem größten Außendurchmesser 13 radial nach außen abgeschleudert und trifft auf eine Ablaufnut 15, die axial auf Höhe des größten Außendurchmessers 13 umlaufend am Gehäuse 2 ausgestaltet ist. In diese Ablaufnut 15 mündet, wie insbesondere in Fig. 1 zu erkennen ist, von vertikal unten eine Bohrung 16 ein, über die die abgeschleuderte und sich in der Ablaufnut 15 sammelnde Hydraulikflüssigkeit drucklos abströmen und im Endeffekt zu einer Ölwanne der jeweiligen Brennkraftmaschine gelangen kann.

Übergänge 17 bzw. 18 des Gehäuses 2 in die umlaufende Ablaufnut 15 sind, wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, mit gleichmäßigen Radien ausgeführt, so dass im Rahmen der Montage der Turboladerwelle 1 mit den Dichtringen 4 und 5 eine Positionierung der Dichtringe 4 und 5 neben der Ablaufnut 15 möglich ist. Wären die Übergänge 17 und 18 wellenabsatzartig gestaltet, so würde der jeweilige Dichtring 4 bzw. 5 bei einem axialen Überschieben in der Ablaufnut 15 hängenbleiben und sich demensprechend nicht axial benachbart dazu positionieren. Ferner ist die Ablaufnut 15 entsprechend fein bearbeitet, beispielsweise durch Rollieren oder Schälen, um Riefen und Rillen in diesem Bereich zu verhindern, welche abgesehen von der Montage auch ein Abfließen von sich in der Ablaufnut 15 sammelnder Hydraulikflüssigkeit behindern würden. Ebenso sind auch Grate im Bereich der Bohrung 16 zu vermeiden. Mittels einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 3 kann eine zuverlässige Abdichtung einer Hindurchführung einer Turboladerwelle bei gleichzeitig einfachem Aufbau realisiert werden. Bezugszeichenliste

1 Turboladerwelle

2 Gehäuse

3 Dichtungsanordnung

4 Dichtring

5 Dichtring

6 Innenumfang

7 Bohrung

8 Nut

9 Nut

10 Schleuderabschnitt

1 1 Außendurchmesser

12 Kleiner Außendurchmesser 13 Größter Außendurchmesser

14 Kleiner Außendurchmesser

15 Ablaufnut

16 Bohrung

17 Übergang

18 Übergang