DE102007025757A1 - seal - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

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.The present invention relates to a sealing ring (1), in particular a shaft seal for a turbocharger, which is interrupted in the circumferential direction, wherein the interruption (2) is produced by means of laser machining and / or by means of water jet cutting method.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere einen Wellendichtringfür einenTurbolader.TheThe invention relates to a sealing ring, in particular a shaft sealfor oneTurbocharger.

Wellendichtringe,die in üblicherWeise zur Abdichtung von hydrodynamischen Gleitlagern einer Welledienen, sind oftmals als kleine geschlitzte Ringe aus Metall ausgebildet,die mittels Federspannung in einer Nut der Welle eingebaut sindund quasi als Labyrinthdichtung verhindern, dass je nach Betriebspunkteines Abgasturboladers Abgase auf der Turbinenseite in das Systemeindringen oder Ölaus dem System in die verdichtete und dem Verbrennungsmotor zugeführte Luftmit angesaugt wird. Um die Dichtringe montierten zu können, müssen diese geschlitztsein. Ein derartiges Schlitzen erfolgt in der Regel durch Trennenoder Senkerodieren, wobei diese Verfahren lediglich das Einbringeneines geraden Schlitzes ermöglichen.Da ein derartig gerader Schlitz die Dichtwirkung des Dichtringesstark herabsetzen kann, gibt es bereits aufwändige Lösungen mit sich überlappendenSpalten beziehungsweise geschliffenen Stufen. Eine derartige gestufteAusführungder Unterbrechung gewährleisteteine deutlich verbesserte Dichtwirkung. Nachteilig hierbei sindjedoch die hohen Kosten zur Herstellung derart gestufter Schlitze.Shaft seals,in the usualWay of sealing hydrodynamic plain bearings of a shaftare often formed as small slotted metal rings,which are installed by means of spring tension in a groove of the shaftand virtually as a labyrinth seal prevent depending on the operating pointof an exhaust gas turbocharger exhaust gases on the turbine side into the systempenetrate or oilfrom the system into the compressed and the internal combustion engine supplied airis sucked in with. In order to mount the sealing rings, they must be slottedbe. Such slitting is usually done by separatingor die sinking, these methods merely introducingallow a straight slot.Since such a straight slot the sealing effect of the sealing ringcan greatly degrade, there are already elaborate solutions with overlapping onesColumns or polished steps. Such a stepped oneexecutionthe interruptiona significantly improved sealing effect. The disadvantage here areHowever, the high cost of producing such stepped slots.

DieErfindung beschäftigtsich mit dem Problem, füreinen Dichtring eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welcheinsbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.TheInvention busydealing with the problem, forto provide a sealing ring an improved embodiment, whichin particular overcomes the disadvantages known from the prior art.

DiesesProblem wird erfindungsgemäß durchden Gegenstand des unabhängigenAnspruchs 1 gelöst.Vorteilhafte Ausführungsformen sindGegenstand der abhängigenAnsprüche.ThisProblem is inventivelythe subject of the independentClaim 1 solved.Advantageous embodiments areSubject of the dependentClaims.

DieErfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken eine Unterbrechungeines Dichtringes in Umfangsrichtung mittels einer Laserbearbeitung und/odermittels eines Wasserstrahl-Schneidverfahrensherzustellen. Im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekanntenSenkerodierverfahren, bei welchem eine minimale Schlitzbreite vonca. 0,5 mm erreicht werden kann, ermöglicht beispielsweise ein mittelsLaser hergestellter Schlitz eine minimale Schlitzbreite von ca.0,1 mm, wodurch die Dichtwirkung des Dichtringes deutlich erhöht werdenkann. Darüberhinaus ist es möglich,insbesondere mittels der Laserbearbeitung anstatt eines geradenSchlitzes, einen beliebig gestuften Schlitz auszuführen, wodurcheine deutlich verbesserte Labyrinthwirkung ohne höheren Fertigungsaufwandund damit ohne höhereKosten möglichist.TheInvention is based on the general idea of an interruptiona sealing ring in the circumferential direction by means of a laser machining and / orby means of a water jet cutting processmanufacture. Compared to one known from the prior artSenkerodierverfahren in which a minimum slit width ofApproximately 0.5 mm can be achieved, for example, allows a meansLaser manufactured slot a minimum slot width of approx.0.1 mm, whereby the sealing effect of the sealing ring are significantly increasedcan. About thatIt is also possiblein particular by means of laser processing instead of a straight oneSlot to execute an arbitrary stepped slot, whicha significantly improved labyrinth effect without higher production costsand thus without higherCosts possibleis.

Beieiner vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisendie sich gegenüberliegendenDichtringabschnitte im Bereich der Unterbrechung eine komplementär aufeinanderabgestimmte Verzahnung mit an den sich gegenüberliegen den Dichtringabschnittenausgebildeten Zähnen undAusnehmungen auf, wobei die Zähneeines Dichtringabschnittes bei einem Aufweiten des Dichtringes biszu einem vordefinierten Maß dichtendin die komplementärausgebildeten Ausnehmungen des gegenüberliegenden Dichtringabschnitteseingreifen. Dies bietet den großenVorteil, dass die Dichtwirkung des Dichtringes nicht nur in vollständig geschlossenemZustand gewährleistetwerden kann, sondern auch in zumindest leicht geöffnetem Zustand, wodurch dieDichtwirkung ebenfalls erhöht werdenkann.athave an advantageous development of the solution according to the inventionthe opposite onesSealing ring sections in the area of the interruption a complementary to each othermatched teeth with at the opposite the sealing ring sectionstrained teeth andRecesses on, with the teetha sealing ring section at a widening of the sealing ring untilsealing to a predefined dimensionin the complementaryformed recesses of the opposite sealing ring portionintervention. This offers the big oneAdvantage that the sealing effect of the sealing ring not only in fully closedCondition guaranteedcan be, but also in at least slightly open state, causing theSealing effect can also be increasedcan.

Zweckmäßig weistder Dichtring ein Grundmaterial auf Eisenbasis oder auf einer Nickelbasislegierungauf. Auch ein Borieren des Dichtringes zum Erreichen einer verschleißfestenOberflächeist möglich.Unter Borieren versteht man ein thermochemisches Randschichthärteverfahrenzur Erzeugung einer verschleißfestenOberflächeauf einem Werkstück,wobei beim Borieren das chemische Element Bor in die Randzone einesWerkstoffes, hier in die Randzone des Dichtringes, eingebracht wird.Dabei bildet sich bis in eine Tiefe von ca. 250 μm eine Boridschicht, welcheeine gute Verankerung zum Grundmaterial des Dichtringes bewirkt.Prinzipiell wird durch das Borieren einerseits eine hohe Verschleißfestigkeitund andererseits eine hohe Kriechbeständigkeit des Materials erreicht.Darüberhinaus ermöglichtdas Borieren einen Einsatz der Dichtringe bei hohen mechanischenund tripologischen Belastungen bei Temperaturen bis zu 850°C, wodurchdie Lebensdauer der Dichtringe deutlich gesteigert werden kann.Appropriately pointsthe sealing ring is an iron-based base material or a nickel-base alloyon. Also a Borieren the sealing ring to achieve a wear-resistantsurfaceis possible.By boriding is meant a thermochemical surface hardening processfor producing a wear-resistantsurfaceon a workpiece,Boron, the chemical element boron in the edge zone of aMaterial, here in the edge zone of the sealing ring, is introduced.This forms a Boridschicht to a depth of about 250 microns, whicha good anchorage to the base material of the sealing ring causes.In principle, the boriding on the one hand a high wear resistanceand on the other hand achieves a high creep resistance of the material.About thatalso allowsBoring an insert of the sealing rings at high mechanicaland tripologic stresses at temperatures up to 850 ° C, therebythe life of the seals can be significantly increased.

Weiterewichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus denUnteransprüchen, ausden Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhandder Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genanntenund die nachstehend noch zu erläuterndenMerkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondernauch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbarsind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Furtherimportant features and advantages of the invention will become apparent from theDependent claims, fromthe drawings and from the associated description of the figuresthe drawings. It is understood that the aboveand those to be explained belowFeatures not only in the specified combination, butalso usable in other combinations or aloneare without departing from the scope of the present invention.

BevorzugteAusführungsbeispieleder Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden inder nachfolgenden Beschreibung nähererläutert,wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnlicheoder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferredembodimentsThe invention are illustrated in the drawings and inthe following descriptionexplainswhere like reference numerals refer to the same or similaror functionally identical components relate.

Dabeizeigen, jeweils schematisch,thereshow, in each case schematically,

1 einenDichtring mit einer erfindungsgemäß hergestellten Unterbrechungin Umfangsrichtung, 1 a sealing ring with an interruption according to the invention in the circumferential direction tung,

2 einemöglicheAusführungsformeiner Umfangsunterbrechung, 2 a possible embodiment of a circumferential interruption,

3 bis5 jeweilseine Darstellung wie in2, bei unterschiedlichen Ausführungsformen derUnterbrechung, 3 to 5 each a representation as in 2 in different embodiments of the interruption,

6 aufgereihteDichtringe beim Herstellen der erfindungsgemäßen Umfangsunterbrechung. 6 lined up sealing rings when producing the circumferential interruption according to the invention.

Entsprechend1,weist ein erfindungsgemäßer Dichtring1,insbesondere ein Wellendichtring für einen nicht gezeigten Turbolader,eine Unterbrechung2 in Umfangsrichtung auf. Eine derartigeUnterbrechung2 dient zum Aufweiten des Dichtringes1, umdiesen übereine Welle in eine Dichtnut schieben zu können. Erfindungsgemäß ist nundie Unterbrechung2 mittels eines Lasers3 (vgl.6)oder eines schneidenden Wasserstrahls hergestellt. Die Unterbrechung2 kanndabei in Axialrichtung4 des Dichtrings1 gesehenin der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein und beispielsweisegestuft und/oder zickzackförmigund/oder wellenförmigverlaufen (vgl.2 bis5).Corresponding 1 , Has an inventive sealing ring 1 , In particular, a shaft seal for a turbocharger, not shown, an interruption 2 in the circumferential direction. Such an interruption 2 serves to widen the sealing ring 1 to push it over a shaft in a sealing groove can. According to the invention is now the interruption 2 by means of a laser 3 (see. 6 ) or a cutting jet of water. The interruption 2 can in the axial direction 4 of the sealing ring 1 may be formed in the manner of a labyrinth seal and, for example, stepped and / or zigzag-shaped and / or wavy (see. 2 to 5 ).

Gemäß2 isteine Unterbrechung2 gezeigt, welche bis zur Hälfte deraxialen Breite des Dichtringes1 einen zickzackförmigen Verlaufund in der anderen Hälfte,hier der unteren Hälfteder axialen Breite des Dichtringes1 eine Stufe aufweist.Die Ausgestaltungen der Unterbrechungen2 gemäß den1,2 sowie4 und5 bietenden großenVorteil, dass kein durchgehender offener Spalt gebildet wird, welcherdie Dichtwirkung des Dichtringes1 deutlich herabsetzenwürde.According to 2 is a break 2 shown, which is up to half 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 stage. The designs of the interruptions 2 according to the 1 . 2 such as 4 and 5 offer the great advantage that no continuous open gap is formed, which the sealing effect of the sealing ring 1 would significantly reduce.

Entsprechendden1 bis5 weisen die sich gegenüberliegendenDichtringabschnitte5 und6 des Dichtringes1 imBereich der Unterbrechung2 eine komplementär aufeinanderabgestimmte Verzahnung7 mit an den sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitten5 und6 ausgebildetenZähnen8 undAusnehmungen9 auf.According to the 1 to 5 have the opposing sealing ring sections 5 and 6 of the sealing ring 1 in the area of the interruption 2 a complementary coordinated interlocking 7 with at the opposite sealing ring sections 5 and 6 trained teeth 8th and recesses 9 on.

Insbesonderebei der in den4 und5 dargestelltenVerzahnung7 greifen die Zähne8 eines Dichtringabschnittes5,6 beieinem Aufweiten des Dichtringes1 bis zu einem vordefiniertenMaß dichtendin die komplementärausgebildeten Ausnehmungen9 des gegenüberliegenden Dichtringabschnittes6,5 ein,wobei die Zähne8 paralleleund quer zur Dichtringachse4 verlaufende Zahnwangen10 aufweisen.Derartig parallel verlaufende Zahnwangen10 sind Voraussetzungfür dasdichte Ineinandergreifen der Zähne8 undder Ausnehmungen9 bei einem Aufweiten der Verzahnung7.In particular, in the in the 4 and 5 illustrated gearing 7 grab the teeth 8th a sealing ring section 5 . 6 at a widening of the sealing ring 1 up to a predefined dimension sealing in the complementary formed recesses 9 the opposite sealing ring section 6 . 5 one, with the teeth 8th parallel and transverse to the sealing ring axis 4 extending cheeks 10 exhibit. Such parallel cheeks 10 are prerequisites for the tight meshing of the teeth 8th and the recesses 9 at a widening of the teeth 7 ,

DieGestaltung der Zähne8 kanndabei wie in der3 gezeigt spitz, wie in der4 gezeigt eckigoder wie in5 gezeigt abgerundet ausgeführt sein.Selbstverständlichsind weitere, nicht gezeigte Ausführungsformen von Zähnen8 möglich, welchevorzugsweise die beschriebenen parallelen Zahnwangen10 aufweist.Ebenso soll die Zahndicke beziehungsweise Breite, welche gemäß den3 bis5 dargestelltist, lediglich rein exemplarisch verstanden werden, so dass auchandere Ausführungsformenvon Zähnen8 beziehungsweiseAusnehmungen9 von der Erfindung mit umfasst sein sollen.The design of the teeth 8th can do it like in the 3 shown pointed, like in the 4 shown angular or as in 5 be shown rounded. Of course, further, not shown embodiments of teeth 8th possible, which preferably the described parallel tooth cheeks 10 having. Likewise, the tooth thickness or width, which according to the 3 to 5 is shown purely by way of example, so that other embodiments of teeth 8th or recesses 9 to be encompassed by the invention.

Durchdie erfindungsgemäße Laserbearbeitungist es möglichohne großenAufwand statt eines geraden Schlitzes die Unterbrechung2 inStufen oder verzahnt auszuführen,wodurch eine deutlich verbesserte Dichtwirkung des Dichtringes1 erzielt werdenkann. Gleichzeitig wird eine erreichbare Schlitzbreite deutlichkleiner. Diese liegt beispielsweise im Bereich von 0,1 mm. Vorzugsweiseweist der Dichtring1 ein Grundmaterial auf Eisenbasisoder auf einer Nickelbasislegierung auf und ist boriert. Eine Borierungder Dichtringe1 ermöglichtderen Einsatz bei hohen mechanischen und tripologischen Belastungenund bietet im Unterschied zu Verschleißschutzschichten, welche beispielsweisedurch ein PVD-Verfahrenaufgebracht werden, eine deutlich verbesserte Verankerung der Verschleißschutzschichtmit dem Grundwerkstoff des Dichtringes1. Prinzipiell wirddurch das Borieren einerseits eine hohe Verschleißfestigkeitund andererseits eine hohen Kriechbeständigkeit des Materials erreicht,wodurch die Standzeiten der Dichtringe1 deutlich erhöht werdenkönnen.The inventive laser processing, it is possible without much effort instead of a straight slot interruption 2 To perform in stages or toothed, creating a significantly improved sealing effect of the sealing ring 1 can be achieved. At the same time, an achievable slot width becomes significantly smaller. This is for example in the range of 0.1 mm. Preferably, the sealing ring 1 An iron-based or nickel-base alloy base material is borated. A boring of the sealing rings 1 allows their use with high mechanical and tripologic loads and offers in contrast to wear protection layers, which are applied for example by a PVD process, a significantly improved anchoring of the wear protection layer with the base material of the sealing ring 1 , In principle, boriding on the one hand achieves high wear resistance and, on the other hand, high creep resistance of the material, as a result of which the service life of the sealing rings 1 can be increased significantly.

Umein möglichstrationelles und kostengünstigesHerstellen der Dichtringe1 ermöglichen zu können, können diesezur Herstellung der Unterbrechung2 koaxial zueinanderaufgereiht beziehungsweise aufgefädelt werden. Ein derartigesAufreihen beziehungsweise Auffädelnkann beispielsweise auf einem Träger11,wie er gemäß6 dargestelltist, erfolgen. Die Laserbearbeitung bzw. die Bearbeitung mittelsdes Wasserstrahls der Dichtringe1 zum Herstellen der Unterbrechungen2 erfolgtdabei in aufgereihtem beziehungsweise aufgefädeltem Zustand, wobei auchdenkbar ist, dass gleichzeitig ein Schneiden der einzelnen Dichtringe1 voneinem rohr artigen Grundkörpermittels des Lasers3 oder eines Wasserstrahls erfolgt.To achieve a rational and cost-effective production of the sealing rings 1 These can be used to make the interruption 2 coaxially strung or threaded together. Such stringing or threading can, for example, on a support 11 as he according to 6 is shown done. The laser processing or the processing by means of the water jet of the sealing rings 1 for making the breaks 2 takes place in a stringed or thread-threaded condition, wherein it is also conceivable that at the same time cutting the individual sealing rings 1 from a tube-like body by means of the laser 3 or a jet of water.

Claims (10)

Translated fromGerman

Dichtring (1), insbesondere ein Wellendichtring für einenTurbolader, der in Umfangsrichtung unterbrochen ist, wobei die Unterbrechung(2) mittels Laser-Bearbeitung und/oder mittels Wasserstrahl-Schneideerfahrenhergestellt ist.Sealing ring ( 1 ), in particular a shaft seal for a turbocharger, which is interrupted in the circumferential direction, wherein the interruption ( 2 ) is produced by means of laser processing and / or by means of water jet cutting method.Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Unterbrechung (2) in Axialrichtung (4)gesehen in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist.Sealing ring according to claim 1, characterized in that the interruption ( 2 ) in the axial direction ( 4 ) is formed in the manner of a labyrinth seal.Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Unterbrechung (2) in Axialrichtung (4)gesehen gestuft und/oder zickzackförmig und/oder wellenförmig verläuft.Sealing ring according to claim 1 or 2, characterized in that the interruption ( 2 ) in the axial direction ( 4 ) seen stepped and / or zigzag and / or wavy runs.Dichtring nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Dichtringabschnitte(5,6) im Bereich der Unterbrechung (2)eine komplementäraufeinander abgestimmte Verzahnung (7) mit an den sichgegenüberliegendenDichtringabschnitten (6,5) ausgebildeten Zähnen (8)und Ausnehmungen (9) aufweisen.Sealing ring according to claim 1 to 3, characterized in that the opposing sealing ring sections ( 5 . 6 ) in the area of the interruption ( 2 ) a complementary coordinated interlocking ( 7 ) with at the opposite sealing ring sections ( 6 . 5 ) trained teeth ( 8th ) and recesses ( 9 ) exhibit.Dichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Zähne(8) eines Dichtringabschnittes (5,6)bei einem Aufweiten des Dichtringes (1) bis zu einem vordefiniertenMaß dichtendin die komplementärausgebildeten Ausnehmungen (9) des gegenüberliegendenDichtringabschnittes (6,5) eingreifen.Sealing ring according to claim 4, characterized in that the teeth ( 8th ) of a sealing ring section ( 5 . 6 ) at a widening of the sealing ring ( 1 ) sealingly into the complementarily formed recesses up to a predefined dimension ( 9 ) of the opposite sealing ring section ( 6 . 5 ) intervene.Dichtring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest ein Zahn (8) eine abgerundete Zahnspitzeaufweist.Sealing ring according to claim 4 or 5, characterized in that at least one tooth ( 8th ) has a rounded tooth tip.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.Sealing ring according to one of claims 4 to 6, characterized in that the teeth ( 8th ) parallel and transverse to a sealing ring axis ( 4 ) extending cheeks ( 10 ) exhibit.Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Dichtring (1) ein Grundmaterial auf Eisenbasisoder auf einer Nickelbasislegierung aufweist.Sealing ring according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sealing ring ( 1 ) has an iron-based or nickel-base alloy base material.Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Dichtring (1) boriert ist.Sealing ring according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sealing ring ( 1 ) borated.Verfahren zum Herstellen eines Dichtrings nach einemder Ansprüche1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest zwei Dichtringe(1) koaxial zueinander aufgereiht bzw. aufgefädelt werden, – dass dieLaserbearbeitung und/oder das Schneiden mittels eines Wasserstrahlsder Dichtringe (1) zum Herstellen der Unterbrechung (2)in aufgereihtem bzw. aufgefädeltemZustand erfolgt.Method for producing a sealing ring according to one of claims 1 to 9, characterized in that - at least two sealing rings ( 1 ) are lined up or threaded coaxially to each other, that the laser processing and / or the cutting by means of a water jet of the sealing rings ( 1 ) for establishing the interruption ( 2 ) in a strung or aufgefädeltem state.