Dichtanordnung für die Spiralspitzen eines Spiralverdichters

Abstract

 Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor mit einem Spiralverdichter mit Verdrängerspirale (6), die an einem Gehäuse gleitend angeordnet ist, wobei zur Abdichtung des Ladeluftvolumens zwischen der Verdrängerspirale (6) und dem Gehäuse wenigstens eine Dichtleiste (7) vorgesehen ist, die in eine Nut (15) der Verdrängerspirale (6) oder des Gehäuses eingesetzt ist, wobei die Dichtleiste (7) einen in die Nut (15) eintauchenden Fußbereich (13) und einen vor der Nut (15) stehenden, eine Dichtfläche (16) aufweisenden Kopfbereich (14) umfasst, wobei der Kopfbereich (14) breiter als der Fußbereich (13) ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Für den Einsatz an Verbrennungsmotoren sind verschiedene Ladevorrichtungen bekannt geworden. So gibt es so genannte Turbolader, die über den Abgasstrom des Motors angetrieben werden. Darüber hinaus gibt es Ladevorrichtungen, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Unter den Verdrängermaschinen sind u. a. auch Vorrichtungen bekannt geworden, die mit einem Spiralverdichter arbeiten. In einem solchen Verdichter wird ein Verdrängerkörper entlang einem spiralförmigen Gehäuse bewegt. In der Regel ist der Verdrängerkörper ebenfalls spiralförmig und über einen Exzenter mit einer Antriebswelle angetrieben. Ladevorrichtungen mit Spiralverdichter wurden beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2007 043 579 A1, DE 10 2007 043 595 B4, DE 26 034 62 oder EP 0 899 423 A1 beschrieben.

[0003] Die Verdrängerspiralen bei derartigen Ladevorrichtungen sind an einem Gehäuse gleitend angeordnet und zur Abdichtung des Ladeluftvolumens zwischen der Stirnseite der Verdrängerspirale und dem Gehäuse mit einer Dichtleiste versehen. Das Gehäuse ist hierbei von zwei Gehäuseschalen gebildet, an deren Gehäuseboden jeweils die genannte Abdichtung vorgenommen wird. Dichtleisten bei Ladevorrichtungen nach dem Stand der Technik besitzen hierbei eine Rechteckgeometrie und sind in Nuten in der Verdrängerspirale und einer Gehäusespirale eingesetzt.

[0004] Bei hohen Gleitgeschwindigkeiten ergibt sich bei derartigen Dichtleisten ein großer Verschleiß. Hierdurch sind der Erhöhung der Drehzahl und/oder einer Huberhöhung des Exzenters Grenzen gesetzt, da sich dadurch in gewissen Bereichen der Dichtleisten solche hohe Gleitgeschwindigkeiten ergeben.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ladevorrichtung vorzuschlagen, bei der höhere Drehzahlen und/oder größere Hübe des Exzenters ermöglicht werden.

[0006] Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Ladevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

[0007] Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

[0008] Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung dadurch aus, dass die Dichtleiste einen in die Nut eintauchenden Fußbereich und einen vor der Nut stehenden Kopfbereich aufweist, wobei der Kopfbereich breiter als der Fußbereich ist.

[0009] Der Kopfbereich der erfindungsgemäßen Dichtleiste weist eine Dichtfläche auf, wobei durch die erfindungsgemäße Vergrößerung des Kopfbereichs gegenüber dem Fußbereich eine Vergrößerung der zur Gestaltung der Dichtfläche zur Verfügung stehenden Fläche einhergeht. Vorteilhafterweise bildet die Dichtfläche zugleich eine Gleit- oder Lauffläche. Durch den vergrößerten Kopfbereich ist nicht nur eine Verbesserung der Dichteigenschaften, sondern auch der Gleiteigenschaften verbunden mit einer Verschleißminderung möglich. Hierdurch wiederum wird die gewünschte Drehzahlerhöhung oder Huberhöhung des Exzenters ermöglicht.

[0010] Bevorzugt entspricht die Breite des Fußbereichs der Dichtleiste im Wesentlichen der Nutbreite, in der die Dichtleiste aufgenommen ist. Hierdurch ergibt sich eine gute Führung der Dichtleiste sowie eine Verringerung der zwischen Dichtleiste und Nut auftretenden Spaltmaße, wodurch wiederum die Dichtfähigkeit erhöht wird.

[0011] Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Dichtleiste an der Schmalseite einer Verdrängerspirale eingesetzt, so dass sie gleitend und das Ladeluftvolumen gegenüber dem statischen, das Ladeluftvolumen begrenzenden Gehäuse abdichtend mit der Bewegung der Verdrängerspirale geführt wird.

[0012] Bevorzugt wird die Dichtfläche im Kopfbereich eben ausgebildet. Dies korrespondiert zu einem Aufbau einer entsprechenden Ladevorrichtung, bei der die Gehäusebereiche, an denen die Dichtfläche gleitend geführt wird, ebenfalls eben ausgebildet sind.

[0013] In einer Weiterbildung der Erfindung werden in der Dichtfläche des Kopfteils zudem verschleißmindernde Elemente angeordnet. Derartige verschleißmindernde Elemente können tribologische Strukturen oder Materialaufträge sein. So können beispielsweise Kavitäten in der Dichtfläche als tribologische Struktur auf der Dicht-, Gleit- oder Lauffläche die Gesamtreibung mindern. Weiterhin kann ein entsprechender Materialauftrag hilfreich sein, der reibungs- und damit auch verschleißmindernd wirkt. Gegebenenfalls kann in einer besonderen Ausführungsform in Kavitäten auch ein entsprechendes Materialdepot vorgesehen werden.

[0014] In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Dichtleiste T-förmig ausgebildet. Dies ist eine konstruktiv einfache Form, um gleichzeitig einen Fußbereich in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Kopfbereich zu formen.

[0015] Als Herstellungsverfahren für eine solche Dichtleiste kommen so genannte Urformverfahren oder auch Umformverfahren in Frage, das heißt eine solche Dichtleiste kann wenigstens teilweise als Guss- und/oder Pressteil gefertigt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch eine spanabhebende Fertigung möglich, wobei dies in der Regel mit größerem Aufwand verbunden ist.

[0016] Es können darüber hinaus auch verschiedene Fertigungsverfahren kombiniert werden, das heißt eine solche Dichtleiste kann zum Beispiel als Rohling gegossen und in eine Endform gepresst und/oder spanend bearbeitet werden.

[0017] Eine erfindungsgemäße Dichtleiste kann darüber hinaus auch aus verschiedenen Materialien gefertigt sein. So kommt beispielsweise ein Verbundwerkstoff in Frage, bei dem unterschiedliche Eigenschaften verschiedener Materialien kombiniert werden können. Im Vordergrund stehen hierbei einerseits Dichteigenschaften sowie Gleiteigenschaften andererseits.

[0018] Der Aufbau solcher Materialkombinationen kann dabei unterschiedlich sein. Neben einer konstruktiven Anordnung von tribologischen Elementen mit verschiedenem Material kommt in einer anderen Ausführungsform beispielsweise auch eine Materialkombination mit einem Schichtaufbau in Frage. So kann beispielsweise der Fußbereich sowie der größte Teil des Kopfbereichs aus einem äußerst formstabilen Material gefertigt sein, während die Dichtfläche mit einem reibungsmindernden Belag versehen ist. Denkbar wäre jedoch auch ein Schichtaufbau quer zur Dichtfläche, so dass die Dichtfläche selbst jeweils abwechselnd Bereiche mit guten Gleiteigenschaften und guten Dichteigenschaften aufweist. Gegebenenfalls können auch noch Bereiche aus besonders formstabilem Material zwischengelagert werden.

[0019] Eine andere Ausführungsform eines Verbundmaterials wäre unter Einsatz von Partikeln in einer Matrix denkbar, wobei entweder die Matrix oder die Partikel jeweils eine bestimmte Eigenschaft aufweisen. So wäre beispielsweise eine Matrix aus einem Material mit guten Dichteigenschaften denkbar, in die Partikel mit reibmindernden Eigenschaften zur Förderung des Gleitverhaltens eingebettet sind. In einer anderen Variante kann auch eine Matrix aus besonders formstabilem Material sowohl dichtende als auch reibmindernde Partikel einbetten. Auch die Verwendung einer Matrix aus reibungsminderndem Material unter Einbettung von dichtenden und/oder formstabilisierenden Partikeln wäre ohne Weiteres denkbar.

[0020] Insbesondere sind bei derartigen Verbundwerkstoffen wiederum die Kombinationen unterschiedlicher Werkstoffe, zum Beispiel von metallischen Werkstoffen und/oder Kunststoffen und/oder Keramikwerkstoffen denkbar.

[0021] In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird darüber hinaus der Nutgrund, in den die Dichtleiste eingesetzt ist, mit einer Verbindung zur Hochdruckseite der Ladevorrichtung versehen. Hierdurch wird im Betrieb die Dichtleiste durch die Druckverhältnisse an die Dichtfläche gedrückt, wodurch die Dichtigkeit druckabhängig beeinflusst wird. Hierdurch wird nicht nur die Dichtigkeit bei hohen Ladedrücken verbessert, sondern zugleich auch der Verschleiß vermindert, da die Reibung durch einen niedrigen Anpressdruck bei niedrigeren Ladedrücken reduziert wird.

[0022] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargstellt und wird anhand der Figuren näher erläutert.

[0023] Im Einzelnen zeigen

Figur 1

einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung,

Figur 2

eine Dichtleiste nach dem Stand der Technik,

Figur 3

eine erfindungsgemäße Dichtleiste und

Figur 4

eine perspektivische Teildarstellung einer Verdrängerspirale mit erfindungsgemäßer Dichtleiste.

[0024] Die Ladevorrichtung 1 gemäß Figur 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Laderwelle 3 über eine Riemenscheibe 4 extern antreibbar drehbar gelagert ist.

[0025] Die Laderwelle 3 umfasst einen kurbelartigen Exzentertrieb 5 mit der Exzentrizität E im Bezug zur Achse der Laderwelle 3. Über den Exzentertrieb 5 wird eine Verdrängerspirale 6 in einer periodischen Bewegung angetrieben. Die Bewegung der Verdrängerspirale 6 ist derart, dass sich bewegliche geschlossene Kammern ergeben, die Ladeluft von einem Eingang zu einem Ausgang fördern und verdichten.

[0026] Die Verdrängerspirale 6 ist gegenüber dem aus zwei Gehäuseschalen 2 a/b gebildeten Gehäuse 2 durch Dichtleisten 7, 8 abgedichtet. Die Dichtleisten 8 dichten hierbei einen Mittelsteg 9 gegenüber Gehäuserippen 10 ab, während die Dichtleisten 7 die Verdrängerspirale 6 gegenüber dem Boden 11 der Gehäuseschalen 2 a/b abdichten.

[0027] Die Verdrängerspirale 6 ist beidseits des Mittelstegs 9 im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut und wird von diesem getragen.

[0028] Die Dichtleisten 8 sind gemäß dem bisherigen Stand der Technik aufgebaut und in Figur 2 dargestellt. Die Vergrößerung gemäß Figur 2 zeigt die Dichtleisten 8 mit rechteckigem Querschnitt, die in eine entsprechende Nut 11 eingelassen sind. Diese Art der Dichtleisten sind überall dort problemlos einsetzbar, wo keine größeren Geschwindigkeiten im Betrieb der Ladevorrichtung zu erwarten sind. Bislang wurden derartige Dichtleisten 8 zur gesamten Abdichtung der Verdrängerspirale verwendet, wobei sich in Bereichen, bei denen sich insbesondere bei hohen Drehzahlen oder größeren Exzenterhüben sehr hohe Gleitgeschwindigkeiten ergeben, Nachteile im Hinblick auf ihre Verschleißfestigkeit ergeben.

[0029] Erfindungsgemäß werden nunmehr in derartigen Bereichen anderweitige Dichtleisten 7 verwendet.

[0030] In Figur 3 sind diese neuartigen Dichtleisten 7 vergrößert dargestellt. Die Dichtleiste 7 weist einen Fußbereich 13 sowie einen gegenüber dem Fußbereich 13 verbreiterten Kopfbereich 14 auf. Mit dem Fußbereich 13 sitzt die Dichtleiste 7 in der Nut 15. Der Kopfbereich 14 weist eine Dichtfläche 16 auf, die gegenüber herkömmlichen Dichtleisten, wie beispielsweise einer Dichtleiste 8 deutlich vergrößert ist und zugleich eine Gleit-oder Lauffläche bildet.

[0031] Durch die vergrößerte Dichtfläche 16 ergeben sich bereits die erfindungsgemäß gewünschten Vorteile im Hinblick auf einen höheren Verschleiß bei höherer Drehzahl oder größeren Exzenterhüben.

[0032] Diese Eigenschaften lassen sich beispielsweise durch eine Verbindung des Nutgrunds 17 mit der Druckseite der Ladevorrichtung 1 weiter verbessern , so dass die Dichtleiste 7 der Dichtfläche 16 bei höherem Druck stärker an die Außenwand 11 gedrückt wird bzw. bei niedrigeren Drücken mit geringerem Andruck einer geringeren Reibung unterworfen ist.

[0033] Weitere Verbesserungen ergeben sich dadurch, dass in der Dichtfläche 16 reibungsmindernde und verschleißfördernde Elemente oder tribologische Strukturen vorgesehen werden. In Figur 4 ist eine Dichtleiste 7 perspektivisch in einer Verdrängerspirale 6 dargestellt, wobei in der Dichtfläche 6 Vertiefungen oder Kavitäten 18 dargestellt sind, die als solche tribologische Strukturen dienen können. Durch die große Breite des Kopfbereichs 14 und die damit verbundene Vergrößerung der Dichtfläche steht eine große konstruktive Freiheit für die Anordnung derartiger tribologischer Strukturen auf der Dichtfläche 16 zur Verfügung, die zugleich die Lauffläche bildet.

[0034] Wie bereits oben angeführt, können derartige Strukturen in Form von Kavitäten auch mit weiteren Funktionselementen versehen sein, beispielsweise können sie ganz oder teilweise mit reibungsminderndem und/oder dichtendem Material verfüllt werden.

[0035] Neben den in den Figuren dargestellten Maßnahmen können auch insbesondere bei Verbundwerkstoffen durch eine entsprechende Materialauswahl weitere Maßnahmen wie Beschichtungen oder dergleichen zur Verbesserung der Erfindung herangezogen werden.

[0036] Wesentlich ist jedoch die anspruchsgemäße Ausgestaltung der Dichtleiste 7 mit Fußbereich und dem gegenüber verbreiterten Kopfbereich.

Bezugszeichenliste:

[0037] 

1

Ladevorrichtung

2

Gehäuse

3

Laderwelle

4

Riemenscheibe

5

Exzentertrieb

6

Verdrängerspirale

7

Dichtleiste

8

Dichtleiste

9

Mittelsteg

10

Gehäuserippen

11

Außenwand

12

Nut

13

Fußbereich

14

Kopfbereich

15

Nut

16

Dichtfläche

17

Nutgrund

18

Vertiefung

Ansprüche

1. Ladevorrichtung zur Verdichtung von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor mit einem Spiralverdichter mit Verdrängerspirale (6), die an einem Gehäuse (2) gleitend angeordnet ist, wobei zur Abdichtung des Ladeluftvolumens zwischen der Verdrängerspirale (6) und dem Gehäuse (2) wenigstens eine Dichtleiste (7) vorgesehen ist, die in eine Nut (15) der Verdrängerspirale (6) oder des Gehäuses (2) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) einen in die Nut (15) eintauchenden Fußbereich (13) und einen vor der Nut stehenden, eine Dichtfläche (16) aufweisenden Kopfbereich (14) umfasst, wobei der Kopfbereich (14) breiter als der Fußbereich (13) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Fußbereichs (13) im Wesentlichen der Nutbreite entspricht.

3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (14) ein im Wesentlichen ebene Dichtfläche (16) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der die Lauffläche bildenden Dichtfläche (16) verschleißmindernde Strukturen (18) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) T-förmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) wenigstens teilweise als Guss- und/oder Pressteil gefertigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) aus verschiedenen Materialien gefertigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) mehrschichtig aufgebaut ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) Partikel zur Verbesserung der Gleiteigenschaften aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) Partikel zur Verbesserung der Dichteigenschaften aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste (7) eine Beschichtung zur Bildung der Dichtfläche aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund der Nut (15) in Verbindung zur Hochdruckseite der Ladevorrichtung (1) steht.

13. Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladevorrichtung nach deinem der vorgenannten Ansprüche vorgesehen ist.

Zeichnung