DE102005001864B3

DE102005001864B3 - Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit verstellbarer Turbinengeometrie

Info

Publication number: DE102005001864B3
Application number: DE102005001864A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sterner; Ralph Ronneburger; Günther Weinland
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2025-01-15
Also published as: JP4224489B2; US7399156B2; EP1672178A3; DE502005008905D1; JP2006170196A; EP1672178B1; EP1672178A2; US20060188367A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit verstellbarer Turbinengeometrie, so genannter VTG-Lader, mit einem Trägerring (6), an dem zur Regelung des Ladedrucks verstellbare Leitschaufeln (8) befestigt sind, sowie mit einem Abdeckring (12) für die Leitschaufeln (8), wobei Träger- und Abdeckring (6, 12) zur Ausbildung eines Leitschaufelspaltes durch Distanzelemente (14, 14') beabstandet sind, die jeweils von einem Halteelement (16) durchgriffen sind, das im Träger- und/oder Abdeckring (6, 12) befestigt ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Distanzelemente (14, 14') Ausnehmungen (20a bis 20d, 22a bis 22d) aufweisen, die während des Betriebs des Abgasturboladers eine direkte Beaufschlagung der Halteelemente (16) mit dem Abgasstrom ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit verstellbarer Turbinengeometrie gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Abgasturbolader, bei denen mittels verstellbarer Leitschaufeln der Ladedruck regelbar ist, sind beispielsweise aus der DE 103 12 324 B3 bekannt. Im Turbinengehäuse derartiger VTG-Lader ist dabei ein Leitschaufelapparat befestigt, der aus einem Trägerring für die Leitschaufeln sowie einem Abdeckring besteht, der unter Einhaltung eines Leitschaufel-Spaltabstandes dem Trägerring gegenüberliegt. Zur Beabstandung von Träger- und Abdeckring sind radial um den Umfang beider Ringe verteilt angeordnete Distanzelemente, z.B. in Form von Distanzhülsen, vorgesehen, die von entsprechenden Befestigungselementen, z.B. in Form von Befestigungsschrauben, gehalten bzw. durchdrungen sind. Insbesondere beim Einsatz dieser VTG-Lader bei Otto-Motoren sind diese Bauteile hohen Abgastemperaturen ausgesetzt. Besonders kritisch sind hierbei die Distanzelemente, die von den Halteelementen durchgriffen sind. Werden die Distanzelemente vom heißen Abgasstrom beaufschlagt, dehnen sich diese in Längsrichtung entsprechend aus, während die Halteelemente noch relativ kalt sind. Dies kann zu einer unzulässigen Längendehnung der Halteelemente über ihre Elastizitätsgrenze hinaus führen. Bei einem nachfolgenden Lastsprung (Volllast Richtung untere Teillast) wird umgekehrt zunächst das Distanzelement durch den Abgasstrom gekühlt, während das Halteelement noch relativ heiß ist. Dies führt zum zeitlich schnelleren Schrumpfen des Distanzelementes gegenüber dem Halteelement; ist das Halteelement als Befestigungsschraube ausgeführt, führt dies zu einem Vorspannkraftverlust. Bedingt durch den Vorspannkraftverlust muss nun die Befestigungsschraube sämtliche durch den Motorbetrieb auftretenden Querkräfte aufnehmen, was unter Umständen zu einem Bauteilversagen der Befestigungsschraube führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu überwinden, damit ein sicherer Dauerbetrieb des VTG-Laders gewährleistet ist.

Durch die in den Distanzelementen vorgesehenen Ausnehmungen ist sichergestellt, dass auch das Halteelement direkt vom Abgasmassenstrom beaufschlagt ist. Dies führt – bei gleichen oder ähnlichen stofflichen Eigenschaften – zu einem einheitlichen Ausdehnungs- bzw. Schrumpfverhalten beider Bauteile, so dass eine dauerhaltbare Befestigung sichergestellt ist.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Turbinengehäuses bzw. des Leitschaufelapparates für einen VTG-Lader möglich.

Die Ausnehmungen, die eine direkte Beaufschlagung der Halteelemente durch den Abgasstrom ermöglichen, sind auf vorteilhafte Art und Weise in der Mantelfläche der Distanzelemente eingebracht.

Die Ausnehmungen sind dabei auf einfache Art und Weise als Bohrungen – beispielsweise vier Stück, die jeweils um 90° radial versetzt zueinander in die Mantelfläche eingebracht sind – ausgeführt.

Als zweite mögliche Ausführungsform sind die Ausnehmungen als Schlitze ausgebildet, die von der Stirnseite der Distanzelemente her eingebracht sind.

Im Träger- und Abdeckring sind Ausnehmungen vorgesehen, in die die Distanzelemente mit ihren Stirnseiten formschlüssig eingreifen. Damit entsteht eine Passung, über die Querkräfte aufgenommen werden, so dass die Halteelemente an dieser Stelle im wesentlichen querkraftfrei sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers,
2 einen vergrößerten Ausschnitt X gemäß 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen vergrößerten Ausschnitt X gemäß 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
4 eine Stirnansicht eines Distanzelementes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Turbinengehäuse 2 eines so genannten VTG-Abgasturboladers ist ein Leitschaufelapparates 4 angeordnet. Der Leitschaufelapparat 4 besteht aus einem Trägerring 6, an dem zur Regelung des Ladedrucks verstellbare Leitschaufeln 8 befestigt sind. Die Leitschaufeln 8 werden auf ihrer dem Abgasaustritt 10 zugeordneten Stirnseite durch einen Abdeckring 12 begrenzt. Mit Hilfe von Distanzelementen, die im vorliegenden Fall als Distanzhülsen 14 ausgebildet und radial auf dem Umfang von Träger- und Abdeckring 6, 12 verteilt sind, wird der axiale Leitschaufelspalt definiert. Die Distanzhülsen 14 sind mit Hilfe von Befestigungselementen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Befestigungsschrauben 16 ausgebildet sind, gehalten. Als Befestigungselemente für die Distanzhülsen 14 wären alternativ auch Bolzen, Stifte o.ä denkbar.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Distanzhülse 14 dargestellt, bei der vier um 90° radial versetzt zueinander angeordnete Ausnehmungen in Form von Bohrungen 20a bis 20d (in der Schnittdarstellung gemäß 2 sind jeweils nur zwei Bohrungen erkennbar) vorgesehen sind. Die vier Bohrungen 20a bis 20d stehen dabei mit der Durchgangsöffnung 18 der Distanzhülse 14 in Verbindung, so dass im Betrieb des Abgasturboladers der Abgasstrom über die Bohrungen 20a bis 20d direkt zu den Befestigungsschrauben 16 gelangt. Selbstverständlich sind andere Ausführungsformen von Ausnehmungen – die in ihrer Form und Anzahl entsprechend dem konkreten Ausführungsbeispiel angepasst sind – möglich.
So ist in 3 eine zweite mögliche Ausführungsform einer Distanzhülse 14' dargestellt, bei der die Ausnehmungen als zwei kreuzförmig zueinander angeordnete Schlitze 22a bis 22d ausgeführt sind. Diese Schlitze 22a bis 22d werden jeweils an der linken und rechten Stirnseite der Distanzhülse 14' – beispielsweise mit einem Fräswerkzeug – eingebracht. Wie aus 3 ersichtlich, weisen die kreisbogenförmig ausgebildeten Schlitze 22 eine Tiefe auf, die analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine direkte Beaufschlagung der Befestigungsschrauben 16 mit dem Abgasstrom ermöglichen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung 18 der Distanzhülse 14' größer gewählt als der Außendurchmesser der Befestigungsschrauben 16, so dass der Abgasstrom über die Schlitze 22a bis 22d an der Befestigungsschraube 16 entlang strömen kann.
Sowohl im ersten als auch im zweiten dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Distanzhülsen 14, 14' stirnseitig in kreisförmige Ausnehmungen 24 des Träger- und Abdeckringes 6, 12 aufgenommen. Die Ausnehmungen 24 sind so dimensioniert, dass die Distanzhülsen 14 formschlüssig darin gehalten sind. Durch diese spielfreie Passung können Querkräfte aufgenommen werden, so dass die Schraubverbindung selbst querkraftfrei bleibt. Die kreisförmigen Ausnehmungen 24 sind beispielsweise in einem Senkerodier-Verfahren in Träger- und Abdeckring 6, 12 einbringbar. Dazu ist ein Werkzeug mit beispielsweise drei Zapfen vorgesehen, mittels derer der Senkprozess in einem Arbeitsgang durchgeführt werden kann. Alternativ lassen sich die kreisförmigen Ausnehmungen 24 auch mittels eines Gießprozesses, z.B. im MIM (Metal Injection Moulding)-Verfahren oder im Feingussverfahren, herstellen.
Bei der Herstellung bzw. der Montage des Abgasturboladers werden die Distanzhülsen 14, 14' ggf. mit Hilfe entsprechender Positionierstifte so ausgerichtet, dass eine optimale und gleichmäßige Beaufschlagung mit dem Abgasmassenstrom sichergestellt ist.

Claims

Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit verstellbarer Turbinengeometrie, so genannter VTG-Lader, mit einem Trägerring (6), an dem zur Regelung des Ladedrucks verstellbare Leitschaufeln (8) befestigt sind, sowie mit einem Abdeckring (12) für die Leitschaufeln (8), wobei Träger- und Abdeckring (6, 12) zur Ausbildung eines Leitschaufelspaltes durch Distanzelemente (14, 14') beabstandet sind, die jeweils von einem Halteelement (16) durchgriffen sind, das im Träger- und/oder Abdeckring (6, 12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (14, 14') Ausnehmungen (20a bis 20d, 22a bis 22h) aufweisen, die während des Betriebs des Abgasturboladers eine direkte Beaufschlagung der Halteelemente (16) mit dem Abgasstrom ermöglichen.
Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (20a bis 20d, 22a bis 22d) in der Mantelfläche der Distanzelemente (14, 14') eingebracht sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als Bohrungen (20a bis 20d) ausgeführt sind.
Turbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als Schlitze (22a bis 22d) ausgebildet sind, die stirnseitig in die Distanzelemente (14, 14') eingebracht sind.
Turbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger- und Abdeckring (6, 12) Ausnehmungen (24) vorgesehen sind, in die die Distanzelemente (14, 14') mit ihrer Stirnseite formschlüssig eingreifen.
Turbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung (18) der Distanzhülse (14, 14') größer gewählt ist als der Außendurchmesser der Befestigungsschraube (16).