DE10141900A1

DE10141900A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE10141900A1
Application number: DE2001141900
Authority: DE
Inventors: Michele Clemente
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine weist ein ein Verdichtergehäuse mit einem Turbinengehäuse verbindendes Gehäuseteil, ein Turbinenlaufrad und ein Leitgitter auf, welches mehrere mittels einer Betätigungseinrichtung verstellbare Leitschaufeln aufweist. Die Betätigungseinrichtung weist für jede Leitschaufel eine einzelne Antriebswelle auf, an welcher die jeweilige Leitschaufel unmittelbar angebracht ist. Die Antriebswellen sind mit einer Schmiermittelzuführeinrichtung versehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem ein Verdichtergehäuse mit einem Turbinengehäuse verbindenden Gehäuseteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Abgasturbolader sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Hierbei ist eine radiale Verstellung der Leitschaufeln möglich, welche bei bekannten Abgasturboladern meist jedoch durch recht aufwendige Konstruktionen gelöst ist. Darüber hinaus wird der Verstellmechanismus während des Betriebs häufig beschädigt, was unter anderem auf seine Schwingungsanfälligkeit zurückzuführen ist. Ein weiterer Nachteil bekannter Lösungen ist die große Anzahl von Bauteilen, die zur radialen Verstellung der Leitschaufeln notwendig sind.

Bezüglich der axialen Verstellung der Leitschaufeln bzw. des gesamten Leitgitters von Abgasturboladern wird auf die US 5 044 880, die DE 42 32 400 C1, die DE 196 15 237 C2 und die DE 198 16 645 A1 verwiesen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader zu schaffen, bei welchem die radiale Verstellung der Leitschaufeln des Leitgitters einfach gelöst ist und dessen Konstruktion im Hinblick auf Beschädigungen unanfällig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Eine einfache Konstruktion für die radiale Verstellung der Leitschaufeln ergibt sich erfindungsgemäß durch die einzelnen Antriebswellen für jede Leitschaufel, welche die zugehörige Leitschaufel unmittelbar antreibt. Durch diese gegenüber bekannten Lösungen erheblich vereinfachte Konstruktion ist die Betätigungseinrichtung für die radiale Verstellung der Leitschaufel in weitaus geringerem Maße für Beschädigungen anfällig, so daß vorteilhafterweise eine stark erhöhte Lebensdauer des Abgasturboladers zu erwarten ist.

Diese erhöhte Lebensdauer wird noch durch die erfindungsgemäße Schmiermittelzuführeinrichtung für die Antriebswellen erhöht, da auf diese Weise die Reibung der Antriebswellen erheblich vermindert und somit eventuellem Verschleiß entgegengewirkt wird. Ein weiterer Vorteil der Zuführung von Schmiermittel ist die hierdurch erreichte Dämpfungswirkung, welche die im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden Schwingungen ausgleicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann am Umfang jeder Antriebswelle innerhalb des Gehäuseteiles ein Ringraum gebildet sein, in welchen wenigstens eine Leitung der Schmiermittelzuführeinrichtung mündet. Dies stellt eine besonders einfache Realisierungsmöglichkeit zur Schmierung der Antriebswellen dar, bei der eine gute und sichere Schmierung der Antriebswellen gewährleistet ist.

Eine besonders einfach Möglichkeit zum Antrieb der einzelnen Antriebswellen ergibt sich, wenn jede Antriebswelle mit wenigstens einem Zahnrad versehen ist, welche von einem Antriebszahnrad antreibbar sind.

Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuseteil einen Ölraum aufweist, in welchem die Zahnräder der Antriebswelle und das Antriebszahnrad angeordnet sind, so ergibt sich eine sehr vorteilhafte Schmierung für den Antrieb der einzelnen Antriebswellen, an denen die Leitschaufeln angebracht sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Gehäuseteils des Abgasturboladers aus Fig. 1 mit einer daran angebrachten Betätigungseinrichtung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht gemäß dem Pfeil III aus Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt durch das Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers in einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Abgasturbolader nach dem Pfeil V aus Fig. 4.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Abgasturboladers 1 mit einem Gehäuseteil 2 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, welches ein nicht dargestelltes Verdichtergehäuse mit einem Turbinengehäuse 3 verbindet.
Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise eines Abgasturboladers sind aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. aus der DE 196 15 237 C2, weshalb im vorliegenden Fall auf die Darstellung des Verdichtergehäuses und dessen Einzelheiten verzichtet werden kann. Auch das Turbinengehäuse 3, welches einen spiralförmigen Leitkanal 4 aufweist, ist nur gestrichelt dargestellt. Des weiteren wurde auch auf die Darstellung eines in dem Turbinengehäuse 3 angeordneten Turbinenlaufrades verzichtet.
In den Leitkanal 4 ragt ein Leitgitter 5, welches aus in radialer und gegebenenfalls in axialer Richtung verstellbaren Leitschaufeln 6 besteht, deren Form in Fig. 3 deutlicher erkennbar ist. Die axiale Verstellung des Leitgitters 5 ist an sich bekannt, weshalb im folgenden nicht näher darauf eingegangen wird. In radialer Richtung sind die Leitschaufeln 6 mittels einer Betätigungseinrichtung 7 verstellbar, welche für jede Leitschaufel 6 eine einzelne Antriebswelle 8 aufweist. Somit entspricht die Anzahl der Antriebswellen 8 der Anzahl der Leitschaufeln 6, nämlich im vorliegenden Fall dreizehn. Selbstverständlich ist auch jede andere geeignete Anzahl an Leitschaufeln 6 mit zugehörigen Antriebswellen 8 denkbar.
Eine solche Verstellung des Leitgitters 5 wird in der Praxis durchgeführt, um beispielsweise einen höheren Druckaufbau des Abgasturboladers 1 zu erreichen, wenn die Brennkraftmaschine eine erhöhte Leistung fordert.
Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist jede der Antriebswellen 8 durch eine Bohrung 9 geführt, welche durch ein an dem Gehäuseteil 2 angeordnetes und somit zu demselben gehörendes Aufnahmeelement 10 und durch einen mit dem Aufnahmeelement 10 verbundenen Deckel 11, der somit ebenfalls Bestandteil des Gehäuseteils 2 ist, verläuft. Die Antriebswellen 8 können, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, ein zusätzliches Zapfenelement 12 aufweisen, an welchem die jeweilige Leitschaufel 6 angebracht ist, sie können jedoch auch einteilig ausgeführt sein. Auf die Funktionsweise des Leitgitters 5 hat dies jedoch keinerlei Einfluß.
Am Umfang jeder Antriebswelle 8 ist innerhalb des Gehäuseteiles 2, im vorliegenden Fall innerhalb des zu dem Gehäuseteil 2 gehörenden Deckels 11, ein Ringraum 13 gebildet, in welchen eine Leitung 14 mündet, die Bestandteil einer Schmiermittelzuführeinrichtung 15 ist, welche dafür vorgesehen ist, die Antriebswellen 8 mit Schmiermittel zu versorgen. Für sämtliche Antriebswellen 8 ist eine einzige Schmiermittelzuführeinrichtung 15 vorgesehen, die neben dem sämtliche Antriebswellen 8 miteinander verbindenden Ringraum 13 und den zu den einzelnen Antriebswellen 8 führenden Leitungen 14 auch einen Einfüllstutzen 16 aufweist. Selbstverständlich können gegebenenfalls auch mehrere Einfüllstutzen 16 am Umfang des Gehäuseteils 2 bzw. des Aufnahmeelements 10 vorgesehen sein. Zwischen dem Einfüllstutzen 16 und den Leitungen 14 verläuft ein weiterer Ringraum 17, der die einzelnen Leitungen 14 mit Öl oder einem anderen geeigneten Schmiermittel aus dem Einfüllstutzen 16 versorgt. Auf diese Weise ist eine ständige Schmierung und Kühlung der Antriebswellen 8 der Betätigungseinrichtung 7 gewährleistet.
Der Ringraum 13 ist gegenüber dem Gehäuseteil 2 bzw. der Umgebung mittels einer mehrere Dichtungen aufweisenden Dichtungsanordnung 18 abgedichtet. So sind am Umfang der Antriebswelle 8 zwei Metallringe 19 und 20 sowie zwei aus Gummi oder einem ähnlichen Material bestehende O-Ringe 21 und 22 angeordnet. Zwischen dem Aufnahmeelement 10 und dem Deckel 11 befinden sich ebenfalls zwei Metallringe 23 und 24 sowie zwei O-Ringe 25 und 26. Die Metallringe 19, 20, 23 und 24, für die als Material beispielsweise Aluminium in Frage kommt, sind dabei jeweils von dem Ringraum 13 betrachtet außerhalb der O-Ringe 21, 22, 25 und 26 angeordnet.
Auf der den Leitschaufeln 6 gegenüberliegenden Seite ist an jeder Antriebswelle 8 ein Zahnrad 27angebracht. Sämtliche Zahnräder 27 der Antriebswellen 8 werden von einem in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Antriebszahnrad 28 angetrieben, welches am Umfang sämtlicher Zahnräder 27 angeordnet ist. Das Antriebszahnrad 28 ist somit als Hohlzahnrad ausgebildet, welches sämtliche Zahnräder 27 der Antriebswellen 8 zusammen antreibt. Bei den Zahnrädern 27 und 28 handelt es sich jeweils um Kegelräder, da Kegelräder aufgrund der Krafteinwirkung im vorliegenden Anwendungsfall besser geeignet sind als Zahnräder mit einer geraden Verzahnung, wobei diese jedoch bei entsprechenden Ausführungsformen dennoch eingesetzt werden können.
Die Zahnräder 27 und 28 bilden somit zusammen mit den Antriebswellen 8 die Betätigungseinrichtung 7, wobei selbstverständlich auch ein anderer Aufbau derselben möglich ist, insbesondere im Hinblick auf die Zahnräder 27 und 28.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine weitere Ausführungsform des Abgasturboladers 1, dessen Aufbau sehr ähnlich zu dem in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten ist. Im Unterschied zu dieser erstgenannten Ausführungsform sind die Ringräume 13 und 17 jedoch nicht zwingend erforderlich bzw. sind in einem Ölraum 29 enthalten, in welchem auch die Zahnräder 27 und das am Umfang derselben angeordnete Antriebszahnrad 28 untergebracht ist. Des weiteren sind die Bauteile 10, 14, 15 und 16 nicht dargestellt, diese können jedoch zum Befüllen des Ölraums 29 mit Öl ebenfalls vorgesehen sein.
Durch den Ölraum 29 werden sowohl die Zahnräder 27 und 28 als auch die einzelnen Antriebswellen 8 geschmiert und so vor Verschleiß geschützt. Aufgrund dieser Anordnung des Ölraums 29 kann die Dichtungsanordnung 18 aus lediglich drei Dichtungen, nämlich dem O-Ring 21 sowie den Metallringen 23 und 24 bestehen.
Als weiterer Unterschied ist zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Turbinengehäuse 3 ein Luftspalt 30 vorgesehen, welcher eine Luftzirkulation zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Turbinengehäuse 3 ermöglicht und somit für eine effektive Kühlung des Abgasturboladers 1 sorgt. In der Schnittdarstellung sind Vorsprünge 31 erkennbar, welche sich von dem Turbinengehäuse 3 zu dem Gehäuseteil 2 erstrecken und den Luftspalt 30 unterbrechen. Da diese Vorsprünge 31 jedoch, wie der gestrichelten Darstellung in Fig. 5 entnommen werden kann, nur über einen sehr geringen Winkelbereich vorgesehen sind, wird hierdurch die Luftzirkulation durch den Luftspalt 30 nicht beeinträchtigt und es ist nur eine geringe Kontaktfläche zwischen dem Turbinengehäuse 3 und dem Gehäuseteil 2 vorhanden.
Fig. 4 und Fig. 5 kann des weiteren entnommen werden, daß das Antriebszahnrad 28 über ein Hebelelement 32 geschwenkt wird. Der Schwenkbereich des Hebelelements 32 kann im vorliegenden Fall lediglich ca. 30° betragen, da hierdurch eine ausreichende Verstellung des Leitgitters 5 erreicht werden kann. Das Hebelelement 32 kann in nicht dargestellter Weise von einer Stange bewegt werden, die beispielsweise von einer Druckdose beaufschlagt ist.

Claims

1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem ein Verdichtergehäuse mit einem Turbinengehäuse verbindenden Gehäuseteil und mit einem Leitgitter, welches mehrere mittels einer Betätigungseinrichtung radial verstellbare Leitschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (7) für jede Leitschaufel (6) eine einzelne Antriebswelle (8) aufweist, an welcher die jeweilige Leitschaufel (6) unmittelbar angebracht ist, und daß die Antriebswellen (8) mit einer Schmiermittelzuführeinrichtung (15) versehen sind.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang jeder Antriebswelle (8) innerhalb des Gehäuseteiles (3) ein Ringraum (13) gebildet ist, in welchen wenigstens eine Leitung (14) der Schmiermittelzuführeinrichtung (15) mündet.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche Antriebswellen (8) eine einzige Schmiermittelzuführeinrichtung (15) vorgesehen ist, von welcher die einzelnen, in den Ringraum (13) mündenden Leitungen (14) abgehen.

4. Abgasturbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelzuführeinrichtung (15) wenigstens einen Einfüllstutzen (16) und einen den wenigstens einen Einfüllstutzen (16) mit den Leitungen (14) verbindenden Ringraum (17) aufweist.

5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebswelle (8) mit wenigstens einem Zahnrad (18) versehen ist, welche von einem Antriebszahnrad (19) antreibbar sind.

6. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (19) als Hohlzahnrad ausgebildet ist, welches sämtliche Zahnräder (18) der Antriebswellen (8) antreibt.

7. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (18) und das Antriebszahnrad (19) jeweils als Kegelrad ausgebildet sind.

8. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (13) mittels einer Dichtungsanordnung (20) abgedichtet ist.

9. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (20) wenigstens einen O-Ring (23, 24) und wenigstens einen Metalldichtring (25, 26) aufweist.

10. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (2) einen Ölraum (29) aufweist, in welchem die Zahnräder (27) der Antriebswelle (8) und das Antriebszahnrad (28) angeordnet sind.

11. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuseteil (2) und dem Turbinengehäuse (3) ein Luftspalt (30) angeordnet ist.

12. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (28) über ein Hebelelement (32) drehbar ist.