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WO2008145546A1 - Dichtring - Google Patents

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WO2008145546A1
WO2008145546A1 PCT/EP2008/056047 EP2008056047W WO2008145546A1 WO 2008145546 A1 WO2008145546 A1 WO 2008145546A1 EP 2008056047 W EP2008056047 W EP 2008056047W WO 2008145546 A1 WO2008145546 A1 WO 2008145546A1
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sealing ring
interruption
sealing
ring according
teeth
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PCT/EP2008/056047
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French (fr)
Inventor
Ralf Selke
Lutz Steinert
Klaus Wintrich
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Mahle International GmbH
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Mahle International GmbH
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
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    • B23K2101/30—Chains, hoops or rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring, in particular a shaft seal for a turbocharger.
  • Shaft seals which are used in the usual way for sealing hydrodynamic plain bearings of a shaft, are often designed as small slotted metal rings, which are installed by spring tension in a groove of the shaft and quasi prevent as a labyrinth seal that depending on the operating point of an exhaust gas turbocharger exhaust gases on the Invade turbine side into the system or oil from the system in the compressed and the internal combustion engine supplied air is sucked.
  • they In order to mount the sealing rings, they must be slotted.
  • Such slotting is usually done by cutting or sinking EDM, these methods allow only the insertion of a straight slot. Since such a straight slot can greatly reduce the sealing effect of the sealing ring, there are already elaborate solutions with overlapping columns or polished steps.
  • the invention is based on the general idea to produce an interruption of a sealing ring in the circumferential direction by means of a laser machining and / or by means of a water jet cutting process.
  • Senkerodier compiler in which a minimum slit width of about 0.5 mm can be achieved, for example, made by laser slot allows a minimum slit width of about 0.1 mm, whereby the sealing effect of Sealing ring can be significantly increased.
  • the opposing sealing ring sections in the region of the interruption have a complementary coordinated toothing with at the opposite the teeth formed on the sealing ring portions and recesses, the teeth of a sealing ring portion engage in a widening of the sealing ring to a predefined dimension sealingly in the complementary formed recesses of the opposite sealing ring portion.
  • the sealing ring expediently has an iron-based base material or a nickel-based alloy. It is also possible to drill the sealing ring to achieve a wear-resistant surface. Boriding is understood as meaning a thermochemical surface hardening process for producing a wear-resistant surface on a workpiece, wherein during boriding the chemical element boron is introduced into the edge zone of a material, here into the edge zone of the sealing ring. In this case, a Borid harsh forms up to a depth of about 250 microns, which causes a good anchorage to the base material of the sealing ring. In principle, boriding on the one hand achieves high wear resistance and, on the other hand, high creep resistance of the material.
  • FIG. 3 to 5 are each an illustration as in Fig. 2, in different embodiments of the interruption, Fig. 6 lined up sealing rings in producing the circumferential interruption according to the invention.
  • an inventive sealing ring 1 in particular a shaft seal for a turbocharger, not shown, an interruption 2 in the circumferential direction.
  • an interruption 2 serves to widen the sealing ring 1 in order to be able to push it over a shaft into a sealing groove.
  • the interruption 2 is now produced by means of a laser 3 (see Fig. 6) or a cutting water jet.
  • the interruption 2 can be formed in the manner of a labyrinth seal in the axial direction 4 of the sealing ring 1 and, for example, stepped and / or zigzag-shaped and / or wavy (see FIGS. 2 to 5).
  • an interruption 2 is shown, which has up to half of the axial width of the sealing ring 1 a zigzag course and in the other half, here the lower half of the axial width of the sealing ring 1 has a step.
  • the embodiments of the interruptions 2 according to FIGS. 1, 2 and 4 and 5 offer the great advantage that no continuous open gap is formed, which would significantly reduce the sealing effect of the sealing ring 1.
  • the opposing sealing ring sections 5 and 6 of the sealing ring 1 in the region of the interruption 2 have a complementary coordinated toothing 7 with the opposing ones Sealing ring sections 5 and 6 formed teeth 8 and recesses 9.
  • the teeth 8 of a sealing ring section 5, 6 engage in a widening of the sealing ring 1 to a predefined dimension sealingly into the complementarily formed recesses 9 of the opposite sealing ring section 6, 5, wherein the Have teeth 8 parallel and transverse to the sealing ring axis 4 extending tooth cheeks 10.
  • Such parallel extending cheeks 10 are prerequisite for the tight meshing of the teeth 8 and the recesses 9 at a widening of the teeth. 7
  • teeth 8 may be pointed as shown in Fig. 3 pointed, as shown in Fig. 4 angular or executed as shown in Fig. 5 rounded.
  • teeth 8 are possible, which preferably has the described parallel tooth cheeks 10.
  • the tooth thickness or width which is shown in FIGS. 3 to 5, are to be understood merely as examples, so that other embodiments of teeth 8 or recesses 9 should also be included in the invention.
  • the sealing ring 1 has an iron-based or nickel-base alloy base material and is borated. Boration of the sealing rings 1 allows their use with high mechanical and tripologic loads and, in contrast to wear protection layers, which are applied for example by a PVD process, a significantly improved anchoring the wear protection layer with the base material of the sealing ring 1. In principle, by Borieren on the one hand a high wear resistance and on the other hand reaches a high creep resistance of the material, whereby the service life of the sealing rings 1 can be significantly increased.
  • the sealing rings 1 In order to enable the most rational and cost-effective production of the sealing rings 1, they can be lined up or threaded coaxially with each other for the preparation of the interruption 2. Such stringing or threading can take place, for example, on a carrier 11, as shown in FIG. 6.
  • the laser processing or the processing by means of the water jet of the sealing rings 1 for producing the interruptions 2 takes place in a stringed or thread-threaded state, wherein it is also conceivable that at the same time a cutting of the individual sealing rings 1 from a rschreib- like basic body by means of the laser 3 or a water jet.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtring (1) insbesondere einen Wellendichtring für einen Turbolader, der in Umfangsrichtung unterbrochen ist, wobei die Unterbrechung (2) mittels Laser-Bearbeitung und/oder mittels Wasserstrahl-Schneidverfahren hergestellt ist.

Description

Dichtring
Die Erfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere einen Wellendichtring für einen Turbolader.
Wellendichtringe, die in üblicher Weise zur Abdichtung von hydrodynamischen Gleitlagern einer Welle dienen, sind oftmals als kleine geschlitzte Ringe aus Metall ausgebildet, die mittels Federspannung in einer Nut der Welle eingebaut sind und quasi als Labyrinthdichtung verhindern, dass je nach Betriebspunkt eines Abgasturboladers Abgase auf der Turbinenseite in das System eindringen oder Öl aus dem System in die verdichtete und dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft mit angesaugt wird. Um die Dichtringe montierten zu können, müssen diese geschlitzt sein. Ein derartiges Schlitzen erfolgt in der Regel durch Trennen oder Senkerodieren, wobei diese Verfahren lediglich das Einbringen eines geraden Schlitzes ermöglichen. Da ein derartig gerader Schlitz die Dichtwirkung des Dichtringes stark herabsetzen kann, gibt es bereits aufwändige Lösungen mit sich überlappenden Spalten beziehungsweise geschliffenen Stufen. Eine derartige gestufte Ausführung der Unterbrechung gewährleistet eine deutlich verbesserte Dichtwirkung. Nachteilig hierbei sind jedoch die hohen Kosten zur Herstellung derart gestufter Schlitze. Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Dichtring eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken eine Unterbrechung eines Dichtringes in Umfangsrichtung mittels einer Laserbearbeitung und/oder mittels eines Wasserstrahl- Schneidverfahrens herzustellen. Im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Senkerodierverfahren, bei welchem eine minimale Schlitzbreite von ca. 0,5 mm erreicht werden kann, ermöglicht beispielsweise ein mittels Laser hergestellter Schlitz eine minimale Schlitzbreite von ca. 0,1 mm, wodurch die Dichtwirkung des Dichtringes deutlich erhöht werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, insbesondere mittels der Laserbearbeitung anstatt eines geraden Schlitzes, einen beliebig gestuften Schlitz auszuführen, wodurch eine deutlich verbesserte Labyrinthwirkung ohne höheren Fertigungsaufwand und damit ohne höhere Kosten möglich ist .
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen die sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitte im Bereich der Unterbrechung eine komplementär aufeinander abgestimmte Verzahnung mit an den sich gegenüberliegen- den Dichtringabschnitten ausgebildeten Zähnen und Ausnehmungen auf, wobei die Zähne eines Dichtringabschnittes bei einem Aufweiten des Dichtringes bis zu einem vordefinierten Maß dichtend in die komplementär ausgebildeten Ausnehmungen des gegenüberliegenden Dichtringabschnittes eingreifen. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Dichtwirkung des Dichtringes nicht nur in vollständig geschlossenem Zustand gewährleistet werden kann, sondern auch in zumindest leicht geöffnetem Zustand, wodurch die Dichtwirkung ebenfalls erhöht werden kann.
Zweckmäßig weist der Dichtring ein Grundmaterial auf Eisenbasis oder auf einer Nickelbasislegierung auf. Auch ein Bo- rieren des Dichtringes zum Erreichen einer verschleißfesten Oberfläche ist möglich. Unter Borieren versteht man ein thermochemisches Randschichthärteverfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten Oberfläche auf einem Werkstück, wobei beim Borieren das chemische Element Bor in die Randzone eines Werkstoffes, hier in die Randzone des Dichtringes, eingebracht wird. Dabei bildet sich bis in eine Tiefe von ca. 250 μm eine Boridschicht, welche eine gute Verankerung zum Grundmaterial des Dichtringes bewirkt. Prinzipiell wird durch das Borieren einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit und andererseits eine hohe Kriechbeständigkeit des Materials erreicht. Darüber hinaus ermöglicht das Borieren einen Einsatz der Dichtringe bei hohen mechanischen und tripologi- schen Belastungen bei Temperaturen bis zu 850° C, wodurch die Lebensdauer der Dichtringe deutlich gesteigert werden kann . 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 .
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen Dichtring mit einer erfindungsgemäß hergestellten Unterbrechung in Umfangsrich- tung,
Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform einer Umfangs- unterbrechung,
Fig. 3 bis 5 jeweils eine Darstellung wie in Fig. 2, bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Unterbrechung, Fig. 6 aufgereihte Dichtringe beim Herstellen der erfindungsgemäßen Umfangsunterbrechung .
Entsprechend Fig. 1, weist ein erfindungsgemäßer Dichtring 1, insbesondere ein Wellendichtring für einen nicht gezeigten Turbolader, eine Unterbrechung 2 in Umfangsrichtung auf. Eine derartige Unterbrechung 2 dient zum Aufweiten des Dichtringes 1, um diesen über eine Welle in eine Dichtnut schieben zu können. Erfindungsgemäß ist nun die Unterbrechung 2 mittels eines Lasers 3 (vgl. Fig. 6) oder eines schneidenden Wasserstrahls hergestellt. Die Unterbrechung 2 kann dabei in Axialrichtung 4 des Dichtrings 1 gesehen in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein und beispielsweise gestuft und/oder zickzackförmig und/oder wellenförmig verlaufen (vgl. Fig. 2 bis 5) .
Gemäß Fig. 2 ist eine Unterbrechung 2 gezeigt, welche bis zur Hälfte der axialen Breite des Dichtringes 1 einen zick- zackförmigen Verlauf und in der anderen Hälfte, hier der unteren Hälfte der axialen Breite des Dichtringes 1 eine Stufe aufweist. Die Ausgestaltungen der Unterbrechungen 2 gemäß den Fig. 1, 2 sowie 4 und 5 bieten den großen Vorteil, dass kein durchgehender offener Spalt gebildet wird, welcher die Dichtwirkung des Dichtringes 1 deutlich herabsetzen würde.
Entsprechend den Fig. 1 bis 5 weisen die sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitte 5 und 6 des Dichtringes 1 im Bereich der Unterbrechung 2 eine komplementär aufeinander abgestimmte Verzahnung 7 mit an den sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitten 5 und 6 ausgebildeten Zähnen 8 und Ausnehmungen 9 auf.
Insbesondere bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Verzahnung 7 greifen die Zähne 8 eines Dichtringabschnittes 5, 6 bei einem Aufweiten des Dichtringes 1 bis zu einem vordefinierten Maß dichtend in die komplementär ausgebildeten Ausnehmungen 9 des gegenüberliegenden Dichtringabschnittes 6, 5 ein, wobei die Zähne 8 parallele und quer zur Dichtringachse 4 verlaufende Zahnwangen 10 aufweisen. Derartig parallel verlaufende Zahnwangen 10 sind Voraussetzung für das dichte Ineinandergreifen der Zähne 8 und der Ausnehmungen 9 bei einem Aufweiten der Verzahnung 7.
Die Gestaltung der Zähne 8 kann dabei wie in der Fig. 3 gezeigt spitz, wie in der Fig. 4 gezeigt eckig oder wie in Fig. 5 gezeigt abgerundet ausgeführt sein. Selbstverständlich sind weitere, nicht gezeigte Ausführungsformen von Zähnen 8 möglich, welche vorzugsweise die beschriebenen parallelen Zahnwangen 10 aufweist. Ebenso soll die Zahndicke beziehungsweise Breite, welche gemäß den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, lediglich rein exemplarisch verstanden werden, so dass auch andere Ausführungsformen von Zähnen 8 beziehungsweise Ausnehmungen 9 von der Erfindung mit umfasst sein sollen .
Durch die erfindungsgemäße Laserbearbeitung ist es möglich ohne großen Aufwand statt eines geraden Schlitzes die Unterbrechung 2 in Stufen oder verzahnt auszuführen, wodurch eine deutlich verbesserte Dichtwirkung des Dichtringes 1 erzielt werden kann. Gleichzeitig wird eine erreichbare Schlitzbreite deutlich kleiner. Diese liegt beispielsweise im Bereich von 0,1 mm. Vorzugsweise weist der Dichtring 1 ein Grundmaterial auf Eisenbasis oder auf einer Nickelbasislegierung auf und ist boriert. Eine Borierung der Dichtringe 1 ermöglicht deren Einsatz bei hohen mechanischen und tripologi- schen Belastungen und bietet im Unterschied zu Verschleißschutzschichten, welche beispielsweise durch ein PVD- Verfahren aufgebracht werden, eine deutlich verbesserte Verankerung der Verschleißschutzschicht mit dem Grundwerkstoff des Dichtringes 1. Prinzipiell wird durch das Borieren einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit und andererseits eine hohen Kriechbeständigkeit des Materials erreicht, wodurch die Standzeiten der Dichtringe 1 deutlich erhöht werden können .
Um ein möglichst rationelles und kostengünstiges Herstellen der Dichtringe 1 ermöglichen zu können, können diese zur Herstellung der Unterbrechung 2 koaxial zueinander aufgereiht beziehungsweise aufgefädelt werden. Ein derartiges Aufreihen beziehungsweise Auffädeln kann beispielsweise auf einem Träger 11, wie er gemäß Fig. 6 dargestellt ist, erfolgen. Die Laserbearbeitung bzw. die Bearbeitung mittels des Wasserstrahls der Dichtringe 1 zum Herstellen der Unterbrechungen 2 erfolgt dabei in aufgereihtem beziehungsweise aufgefädeltem Zustand, wobei auch denkbar ist, dass gleichzeitig ein Schneiden der einzelnen Dichtringe 1 von einem röhr- artigen Grundkörper mittels des Lasers 3 oder eines Wasserstrahls erfolgt.

Claims

Ansprüche
1. Dichtring (1), insbesondere ein Wellendichtring für einen Turbolader, der in Umfangsrichtung unterbrochen ist, wobei die Unterbrechung (2) mittels Laser-Bearbeitung und/oder mittels Wasserstrahl-Schneidverfahren hergestellt ist.
2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (2) in Axialrichtung (4) gesehen in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (2) in Axialrichtung (4) gesehen gestuft und/oder zickzackförmig und/oder wellenförmig verläuft.
4. Dichtring nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitte (5, 6) im Bereich der Unterbrechung (2) eine komplementär aufeinander abgestimmte Verzahnung (7) mit an den sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitten (6, 5) ausgebildeten Zähnen (8) und Ausnehmungen (9) aufweisen.
5. Dichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8) eines Dichtringabschnittes (5, 6) bei einem Aufweiten des Dichtringes (1) bis zu einem vordefinierten Maß dichtend in die komplementär ausgebildeten Ausnehmungen (9) des gegenüberliegenden Dichtringabschnittes (6, 5) eingreifen.
6. Dichtring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zahn (8) eine abgerundete Zahnspitze aufweist .
7. Dichtring nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8) parallele und quer zu einer Dichtringachse (4) verlaufende Zahnwangen (10) aufweisen.
8. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (1) ein Grundmaterial auf Eisenbasis oder auf einer Nickelbasislegierung aufweist.
9. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (1) boriert ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Dichtrings nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest zwei Dichtringe (1) koaxial zueinander aufgereiht bzw. aufgefädelt werden,
- dass die Laserbearbeitung und/oder das Schneiden mittels eines Wasserstrahls der Dichtringe (1) zum Herstellen der Unterbrechung (2) in aufgereihtem bzw. aufgefädeltem Zustand erfolgt.
*****
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