DE102007052735B4

DE102007052735B4 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102007052735B4
Application number: DE102007052735.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Rentz; Patric Hoecker; Ian Reynolds
Original assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: DE102007052735A1

Abstract

Ladeeinrichtung (1) mit- einer variablen Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie,- einer, in einem Gehäuse (14) angeordneten Leitschaufeleinrichtung (2), umfassend zumindest einen Schaufellagerring (3) mit drehbar daran/darin gelagerten Leitschaufeln (4) und einen koaxial zum Schaufellagerring (3) angeordneten Verstellring (5), der relativ zum Schaufellagerring (3) rotierbar ist und über welchen die Leitschaufeln (4) verstellbar sind, wobei der Verstellring (5) über Lagerrollen (10a, 10b, 10c) gelagert ist,- wobei die Lagerrollen (10a, 10b, 10c) am Verstellring (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,- dass der Verstellring (5) zumindest drei radial nach außen überstehende Lagerrollen (10a, 10b, 10c) aufweist, über welche er in einer zugehörigen Nut (11, 11') axial und radial geführt ist,- dass die Nut (11) als radial nach innen offene Ringnut ausgebildet ist, die auf die Anzahl und Positionierung der Lagerrollen (10a, 10b, 10c) abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen (15a, 15b, 15c) aufweist, so dass der Verstellring (5) mit seinen Lagerrollen (10a, 10b, 10c) nach dem Bajonett-Verschlussprinzip axial über die Ausnehmungen (15a, 15b, 15c) in die Nut (11) eingesetzt werden kann und durch ein anschließendes Verdrehen zuverlässig in der Nut (11) geführt ist, oder- dass die Nut (11') am Schaufellagerring (3) vorgesehen und als nach außen offenen Ringnut ausgebildet ist, wobei die Lagerrollen (10a, 10b, 10c) in dieser Ringnut geführt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug.
Abgasturbolader werden üblicherweise zur Leistungssteigerung von Kolbenmotoren eingesetzt, bei welchen sie einen Luft- und Kraftstoffdurchsatz pro Arbeitstakt erhöhen. Der vom Abgasstrom des Kolbenmotors angetriebene Abgasturbolader verdichtet die dem Brennraum zugeführte Luft, wobei es aufgrund unterschiedlicher Motorbetriebszustände von Vorteil sein kann, den dem Brennraum zugeführten verdichteten Luftstrom von dem Abgasstrom zu entkoppeln, so dass insbesondere ein Wirkungsgrad, ein Ansprechverhalten oder ein Betriebsbereich des Abgasturboladers verbessert werden können. Ein derartiger Eingriff zur Steuerung des Abgasturboladers kann beispielsweise durch eine variable Geometrie der zum Turbinenrad führenden Düsenkanäle erreicht werden. Die variable Geometrie wird dabei üblicherweise über einen Ring von Leitschaufeln gebildet, welche drehbar gelagert sind und beispielsweise einen für das Abgas freien Querschnitt verringern können, sofern der Ladedruck geringer wird. Durch die Verringerung des für das Abgas freien Querschnittes erhöht sich die Abgasgeschwindigkeit und dadurch die für den Antrieb des Abgasturboladers zur Verfügung stehende Leistung.
Aus der DE 102 62 006 B4 ist ein Abgasturbolader mit einer variablen Düsengeometrie bekannt. Die variable Düsengeometrie wird dabei über einen Schaufellagerring mit drehbar daran/darin gelagerten Leitschaufeln realisiert, welche zusammen über einen koaxial zum Schaufellagerring und bezüglich diesem rotierbar gelagerten Verstellring verstellbar sind. Am Schaufellagerring sind dabei zumindest drei Lagerrollen drehbar gelagert, welche ihrerseits über eine jeweilige Umfangsnut den Verstellring lagern. Die den Verstellring lagernden Lagerrollen können dabei ausschließlich im Schaufellagerring gelagert sein oder aber zusätzlich in einem Gehäuseteil, was die Lagerung zwar verbessert, den Einbau, das heißt die Montage, jedoch deutlich erschwert.
Aus der DE 103 13 167 B4 ist ein Verstellring bekannt, der über drei Lagerrollen mit einem jeweils zwischen zwei Lagerrollen liegenden Winkelbereich von 120° gelagert ist.
Aus der DE 10 2007 023 915 A1 ist eine Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinengeometrie bekannt, bei welcher einzelne Leitschaufeln mittels eines Verstellrings verstellbar sind. Der Verstellring ist dabei relativ zu einer Verdichterrückwand drehbar gelagert.
Aus der DE 10 2004 057 864 A1 sowie aus der DE 201 14 367 U1 sind weitere Ladeeinrichtung mit variablen Turbinengeometrien und Verstellringen bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine leichtgängige Leitschaufeleinrichtung auszeichnet.
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, einen mit den Leitschaufeln einer Leitschaufeleinrichtung gekoppelten Verstellring über an diesem angeordnete Lagerrollen rotierbar bezüglich des Schaufellagerringes zu lagern. Der Verstellring sowie der Schaufellagerring sind dabei Bestandteil einer, in einem Gehäuse einer Ladeeinrichtung angeordneten Leitschaufeleinrichtung, wobei der Verstellring zur Verstellung der am Schaufellagerring gelagerten Leitschaufeln dient. Über diese Leitschaufeleinrichtung kann eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie realisiert werden. Die am Verstellring drehbar gelagerten Lagerrollen sorgen für eine besonders leichtgängige Lagerung des Verstellringes und dadurch für eine besonders hohe Lagerqualität. Die hohe Lagerqualität zeichnet dabei auch für eine hohe Stellgenauigkeit der Leitschaufeleinrichtung verantwortlich, wodurch sich die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung besonders exakt an die jeweilige Betriebssituation anpassen lässt. Durch die sehr leichtgängig gehaltene Lagerung des Verstellringes, ist es auch vorstellbar, eine Leitschaufelstelleinrichtung zur Betätigung des Verstellringes kleiner und dadurch kostengünstiger auszugestalten.
Erfindungsgemäß weist der Verstellring zumindest drei radial nach außen über den Verstellring überstehende Lagerrollen auf, über welche er in einer zugehörigen Nut axial und radial geführt ist. Die Nut kann dabei beispielsweise als nach innen offene Ringnut in einem Gehäuse bzw. in einem in dieses Gehäuse eingesetzten Kartusche ausgebildet sein oder aber als nach außen offene Ringnut am Schaufellagerring, so dass im ersten Fall der Verstellring am Gehäuse bzw. an der Kartusche und im zweiten Fall am Schaufellagerring gelagert ist. Insbesondere bei der zweiten Variante ist dabei denkbar, dass die den Schaufellagerring und den Verstellring umfassende Leitschaufeleinrichtung als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist und in diesem Zustand dem Montageprozess der Ladeeinrichtung zugeführt wird, wodurch sich dieser Montageprozess einfacher gestaltet.
Bei einer ersten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Nut als radial nach innen offene Ringnut ausgebildet, die auf die Anzahl und Positionierung der am Verstellring angeordneten Lagerrollen abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen aufweist, so dass der Verstellring mit seinen Lagerrollen nach dem Bajonett-Verschlussprinzip axial über die Ausnehmungen in die Nut eingesetzt werden kann und durch ein anschließendes Verdrehen zuverlässig in dieser Nut geführt ist. Die in Axialrichtung offenen Ausnehmungen der Nut sind dabei in Umfangsrichtung begrenzt und vorzugsweise gerade so groß ausgebildet, dass die Lagerrollen des Verstellringes in Axialrichtung durch die Ausnehmung hindurchgeführt werden können und dadurch ein Einführen der Lagerrollen in die Nut gewährleistet werden kann. Durch die in Axialrichtung offenen Ausnehmungen kann insbesondere die Montage des Verstellringes in der Kartusche bzw. im Gehäuse der Ladeeinrichtung deutlich vereinfacht werden, da hierzu lediglich die Führungsrollen des Verstellringes fluchtend zu den Ausnehmungen der Ringnut ausgerichtet und axial in diese eingesetzt werden müssen. Durch ein anschließendes leichtes Verdrehen des Verstellringes wird dieser über die Lagerrollen zuverlässig in der Ringnut geführt. Selbstverständlich können derartige Ausnehmungen auch an einer nach außen offenen Ringnut angeordnet sein, welche am Schaufellagerring vorgesehen ist, so dass sich die Montage auch bei einer derartigen Ausführungsform deutlich vereinfacht.
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,

1 eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung mit am Verstellring angeordneten Lagerrollen, welche in eine gehäuse- oder kartuschenseitige Nut eingreift,
2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Lagerrollenanordnung im Bereich der Nut,
3 eine Ladeeinrichtung mit am Verstellring angeordneten Lagerrollen, welche in eine am Schaufellagerring angeordnete Nut eingreifen,
4 eine Schnittdarstellung im Bereich der Lagerrollen gemäß 3.

Entsprechend der 1 weist eine lediglich teilweise dargestellte Ladeeinrichtung 1, welche beispielsweise als Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, eine Leitschaufeleinrichtung 2 auf, mit welcher eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie realisierbar ist. Die Leitschaufeleinrichtung 2 umfasst dabei zumindest einen Schaufellagerring 3 mit drehbar daran/darin gelagerten Leitschaufeln 4 sowie einem koaxial zum Schaufellagerring 3 angeordneten Verstellring 5, über welchen die Leitschaufeln 4 gemeinsam verstellbar sind. Wie der 1 dabei zu entnehmen ist, sind die Leitschaufeln 4 mittels Schaufelzapfen 6 am Schaufellagerring 3 drehbar gelagert, wobei die Schaufelzapfen 6 den Schaufellagerring 3 axial, hier also senkrecht zur Bildebene durchsetzen und jeweils drehfest einenends mit der Leitschaufel 4 und anderenends mit einem Schaufelhebel 7 verbunden sind, welcher jeweils einen radial nach außen gerichteten Hebelkopf 8 trägt und damit in eine korrespondierende Ausnehmung 9 am Verstellring 5 eingreift. Eine Rotationsbewegung des Verstellringes 9 bezüglich des Schaufellagerringes 4 bewirkt somit eine gleichmäßige Drehbewegung sämtlicher Leitschaufeln 4 um deren Schaufelzapfen 6.
Um eine Lagerung des rotierbar bezüglich des Schaufellagerrings 3 ausgebildeten Verstellrings 5 möglichst leichtgängig zu gestalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Verstellring 5 Lagerrollen 10a, 10b und 10c angeordnet sind, über welche der Verstellring 5 gelagert ist. Die Lagerrollen 10a, 10b und 10c stehen dabei in radialer Richtung über den Verstellring 5 über und sind in einer zugehörigen Nut 11 (vgl. 2) vorzugsweise axial und radial geführt.
Wie der 2 zu entnehmen ist, sind die Lagerrollen 10a, 10b und 10c über ein Befestigungselement 12, beispielsweise eine Befestigungsniet am Verstellring 5 befestigt. Die Nut 11 ist dabei gemäß der 2 in einer Kartusche 13 vorgesehen, welche ihrerseits in einem Gehäuse 14 angeordnet ist oder aber die Nut 11 ist direkt in das Gehäuse 14 eingelassen.
Insgesamt sind gemäß den 1 und 3 jeweils drei Lagerrollen 10a, 10b und 10c vorgesehen, wobei ein zwischen jeweils zwei Lagerrollen, beispielsweise den Lagerrollen 10a und 10b liegender Winkelbereich ungefähr 120° misst.
Zum Einführen des Verstellringes 5 mit seinen drei Lagerrollen 10a, 10b und 10c in die Nut 11, weist diese auf die Anzahl und Positionierung der Lagerrollen 10a, 10b und 10c abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen 15a, 15b und 15c auf, so dass der Verstellring 5 mit seinen Lagerrollen 10a, 10b und 10c nach dem Bajonett-Verschlussprinzip, das heißt relativ einfach, axial über die Ausnehmungen 15a, 15b und 15c in die Nut 11 eingesetzt werden kann und durch ein anschließendes Verdrehen zuverlässig in der Nut 11 geführt ist.
Betrachtet man die 2, so fällt auf, dass die Nut 11 als nach innen offene Ringnut ausgebildet ist, welche sowohl an ihrer Radialseite als auch an ihren beiden Axialseiten durch die Kartusche 13 bzw. das Gehäuse 14 begrenzt ist. Denkbar ist dabei aber auch, dass zumindest eine Axialseite durch ein nicht gezeigtes Ringelement gebildet ist, was die Anordnung der Ausnehmungen 15a, 15b und 15c überflüssig macht.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2, weist die Leitschaufeleinrichtung 2 bei einer Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ebenfalls drei Lagerrollen 10a, 10b und 10c auf, welche jedoch in einer nach radial außen offenen Ringnut 11' geführt sind, die im Schaufellagerring 3 vorgesehen ist. Dabei kann die Nut 11' ähnlich den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 auf die Anzahl und Position der Lagerrollen 10a, 10b und 10c abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen aufweisen, welche ein Einsetzen dieser Lagerrollen 10a, 10b und 10c in die Nut 11' nach dem Bajonett-Verschlussprinzip erlauben. Derartige Ausnehmungen sind jedoch in den 3 oder 4 nicht dargestellt. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass solche Ausnehmungen nicht vorgesehen sind, so dass eine Montage der Lagereinrichtung 2 durch ein Einsetzen der Lagerrollen 10a, 10b und 10c in die Nut 11 mit einem anschließenden Befestigen derselben am Verstellring 5 erfolgen muss.
Allen in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen ist gemein, dass eine Leitschaufelstelleinrichtung 16 vorgesehen ist, welche beispielsweise pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betrieben ist und welche eine Verstellung des Verstellrings 5, das heißt eine Rotationsbewegung desselben relativ zum Schaufellagerring 3 bewirkt.
Durch die Verstellbarkeit der einzelnen Leitschaufeln 4 wird es möglich, die Leistung der Ladeeinrichtung 1 an eine jeweilige Motorlast bzw. Motordrehzahl anpassen zu können, wobei mit einer Verdrehung der Leitschaufeln 4 ein für einen Abgasstrom durchlässiger Querschnitt bezüglich seiner Größe verändert werden kann. Bei niedrigen Motordrehzahlen dreht sich ein Turbinenrad der Ladeeinrichtung 1 aufgrund des reduzierten Abgasstromes ebenfalls mit reduzierter Geschwindigkeit, wodurch sich ein über eine Welle drehfest mit dem Turbinenrad verbundenes Verdichterrad ebenfalls nur langsam dreht. Ist eine höhere Drehzahl des Verdichterrades und damit eine höhere Leistung der Ladeeinrichtung 1 erwünscht, so ist durch eine Verdrehbewegung des Verstellringes 5 möglich, die Leitschaufeln 4 zu verdrehen und dadurch einen Strömungsquerschnitt für das Abgas zu verringern, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und damit die Drehzahl des Turbinenrades erhöhen lässt. Da das Turbinenrad drehfest mit dem Verdichterrad verbunden ist, erhöht sich auch die Leistung des Verdichters.
Durch die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1 ist es somit möglich, den Verstellring 5 besonders leichtgängig zu lagern und trotzdem die Leitschaufeleinrichtung 2 konstruktiv einfach halten.

Claims

Ladeeinrichtung (1) mit - einer variablen Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie, - einer, in einem Gehäuse (14) angeordneten Leitschaufeleinrichtung (2), umfassend zumindest einen Schaufellagerring (3) mit drehbar daran/darin gelagerten Leitschaufeln (4) und einen koaxial zum Schaufellagerring (3) angeordneten Verstellring (5), der relativ zum Schaufellagerring (3) rotierbar ist und über welchen die Leitschaufeln (4) verstellbar sind, wobei der Verstellring (5) über Lagerrollen (10a, 10b, 10c) gelagert ist, - wobei die Lagerrollen (10a, 10b, 10c) am Verstellring (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, - dass der Verstellring (5) zumindest drei radial nach außen überstehende Lagerrollen (10a, 10b, 10c) aufweist, über welche er in einer zugehörigen Nut (11, 11') axial und radial geführt ist, - dass die Nut (11) als radial nach innen offene Ringnut ausgebildet ist, die auf die Anzahl und Positionierung der Lagerrollen (10a, 10b, 10c) abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen (15a, 15b, 15c) aufweist, so dass der Verstellring (5) mit seinen Lagerrollen (10a, 10b, 10c) nach dem Bajonett-Verschlussprinzip axial über die Ausnehmungen (15a, 15b, 15c) in die Nut (11) eingesetzt werden kann und durch ein anschließendes Verdrehen zuverlässig in der Nut (11) geführt ist, oder - dass die Nut (11') am Schaufellagerring (3) vorgesehen und als nach außen offenen Ringnut ausgebildet ist, wobei die Lagerrollen (10a, 10b, 10c) in dieser Ringnut geführt sind.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Lagerrollen (10a, 10b, 10c) mit einem jeweils zwischen zwei Lagerrollen (10a, 10b) liegenden Winkelbereich von 120° vorgesehen sind.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Nut (11) in einer Kartusche (13) vorgesehen ist, die im Gehäuse (14) angeordnet ist, oder - dass die Nut (11) direkt im Gehäuse (14) angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 1, erste Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (11) als radial nach innen offene Ringnut ausgebildet ist und an zumindest einer Axialseite und/oder der Radialseite durch ein separates Ringelement begrenzt ist, während die verbleibende andere Axialseite und/oder die Radialseite vom Gehäuse (14) oder von der Kartusche (13) gebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, zweite Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (11') auf die Anzahl und Positionierung der Lagerrollen (10a, 10b, 10c) abgestimmte und in Axialrichtung offene Ausnehmungen aufweist, so dass der Verstellring (5) mit seinen Lagerrollen (10a, 10b, 10c) nach dem Bajonett-Verschlussprinzip axial über die Ausnehmungen in die Nut (11') eingesetzt werden kann und durch ein anschließendes Verdrehen zuverlässig in der Nut (11') geführt ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betriebenen Leitschaufelstelleinrichtung (16) vorgesehen ist, die auf den Verstellring wirkt.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (1) als Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.