DE102007057345A1

DE102007057345A1 - Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers

Info

Publication number: DE102007057345A1
Application number: DE102007057345A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Ortmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-04
Also published as: EP2212523A1; WO2009068137A1

Abstract

Leitapparat (1) für ein Turbinenrad (2) eines Abgasturboladers (3) mit einem Turbinengehäuse (1') und mit einem Lagergehäuse (1''), zwischen denen der Leitapparat (1) anordenbar ist, bestehend aus zwei über zumindest zwei Distanzbolzen (4) beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden (5, 6), zwischen denen zumindest eine Leitschaufel (7) verschwenkbar angeordnet ist, wobei die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) unmittelbar oder mittelbar mit dem Lagergehäuse (1'') verschraubbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine thermische Deformation des Leitapparates weitgehend vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen, die mit einem oder mehreren Abgasturboladern aufgeladen werden, bekannt. Das Betriebsverhalten des Abgasturboladers wird über eine Verstelleinheit, einem sog. Leitapparat, bzw. eine variable Abgasdrossel auf der Turbinenseite, bestimmt. Die Verstelleinheit besteht grundsätzlich aus verstellbaren Leitschaufeln, die verschwenkbar zwischen zwei Gleitplatten gelagert sind. Der Leitapparat ist meistens durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse in axialer Richtung befestigt. Weiter ist der Leitapparat gegen Verdrehen durch zumindest einen im Umfang befindlichen Verdrehen mit dem Turbinengehäuse formschlüssig verbunden.
Eine weitere Ausführungsform ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 1 574 673 B1 bekannt. In dieser Schrift wird der Leitapparat durch einen hohlen, abgasführenden Zentralschraubenverbund in das Turbinengehäuse eingeschraubt. Zur Verdrehsicherung sind wiederum Stifte vorgesehen, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse eingesteckt werden. Um einer thermischen Verformung entgegenzuwirken ist zwischen dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse ein Federelement angeordnet.
Eine weitere gattungsgemäße Ausführungsform ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 038 748 A1 bekannt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird der Leitapparat gegen Verdrehen durch Stifte gesichert, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat sowie in dem Turbinengehäuse angeordnet werden. Zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse ist ein als Federelement ausgebildeter thermischer Hitzeschild angeordnet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten konstruktiven Ausgestaltungen ergeben sich folgende Nachteile:

– Eine temperaturabhängige Verformung des Turbinengehäuses bewirkt eine Verformung des Leitapparates, was zu einer Fehlfunktion führen kann.
– Es entsteht eine starke Rissempfindlichkeit im Bereich der Verdrehsicherungen im Turbinengehäuse.
– Die axiale Verbesserung des Leitapparates ist verformungsabhängig vom Lagergehäuse, Turbinengehäuse, Leitapparat und dessen Toleranzkette.
– Die axiale Verpressung des Leitapparates ist verformungsabhängig von dem Lagergehäuse, dem Turbinengehäuse und dem Leitapparat selbst, sowie deren unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß mit dem Merkmal aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Entkoppelung der Leitapparatverpressung von dem Turbinengehäuse und der Lagergehäuseverschraubung erzielt. Darüber hinaus wird eine Entkoppelung der Leitapparatverpressung von der thermischen Dehnung des Turbinengehäuses erzielt. Weiter wird das Kraftniveau am Leitapparat durch Ersatz der Leitapparatverpressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung reduziert. Darüber hinaus resultiert eine Robustheitssteigerung bezüglich einer Leitschaufelverklemmung durch die Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen. Weiter führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Kostenreduzierung durch eine Vereinfachung der Turbinengehäusebearbeitung. Darüber hinaus ist eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch Materialminimierung im Turbinengehäuse im Vergleich zum Stand der Technik möglich. In vorteilhafter Weise dient die Verschraubung gleichzeitig in einfacher Weise auch als Verdrehsicherung des Leitapparates.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 entspricht einem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 entspricht einem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 können thermische Formabweichungen nochmals deutlich minimiert werden. Außerdem ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat durch die Verwendung des Federelementes, bevorzugt einer Tellerfeder, möglich (Toleranzausgleich).
Im Folgenden ist die Erfindung anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele in vier Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat.
2 zeigt eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Leitapparat, eingebaut in einem Turbinengehäuse.
3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden gelten in allen Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat 1. Der Leitapparat 1 besteht im Wesentlichen aus zwei, über vier Distanzbolzen 4 beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden 5, 6, zwischen denen mehrere Leitschaufeln 7 (drei sind beziffert) verschwenkbar angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit vier Schrauben 8 an einem in 2 dargestellten Lagergehäuse 1'' eines Abgasturboladers anschraubbar.
2 zeigt eine Aufsicht auf den Leitapparat 1 aus 1, eingebaut in einem Abgasturbolader 3, von dem ein Turbinengehäuse 1' und ein Lagergehäuse 1'' aufweist. Das Turbinengehäuse 1' ist zur besseren Darstellung geschnitten dargestellt. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit der dem Lagergehäuse 1'' zugewandten Gleitwand 6 an das Lagergehäuse 1'' mit meh reren, einer erkennbar dargestellten Schraube 8 angeschraubt. Im Inneren des Leitapparates 1 ist eine Turbine 2 des Abgasturboladers 3 angeordnet. Beim Betrieb einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Betriebsverhalten des Abgasturboladers 3 über den Leitapparat 1, einer variablen Abgasdrossel, auf der Turbinenseite, bestimmt. Durch Verschwenken der Leitschaufeln 7 zwischen den Gleitwänden 5, 6 wird der Abgasmassenstrom auf das Turbinenrad 2 variiert. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Schrauben 8 sowie die Anzahl der Leitschaufeln 7 bzw. der Distanzbolzen 4 von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichen.
3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3. Da der Abgasturbolader 3 weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut ist, ist nur eine Hälfte dargestellt. Zwischen dem Turbinengehäuse 1' und dem Lagergehäuse 1'' ist der Leitapparat 1 angeordnet. Zwischen der turbinengehäuseseitigen Gleitwand 5 und der lagergehäuseseitigen Gleitwand 6 ist eine Leitschaufel 7 schwenkbar angeordnet. Die Leitschaufel 7 ist von einem Verstellmechanismus 14 verschwenkbar. Der Verstellmechanismus 14 wird nicht weiter erläutert, da er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Erfindungsgemäß ist die lagergehäuseseitige Gleitwand 6 mit der Schraube 8 an das Lagergehäuse 1'' angeschraubt. Hierfür weist die Gleitwand 6 eine Durchgangsbohrung 9 auf, die zu einer Gewindebohrung 10 in dem Lagergehäuse 1'' korrespondiert. Da der Leitapparat 1 an das Lagergehäuse 1'' angeschraubt ist, kann bei diesem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel auf eine Verdrehsicherung des Leitapparates 1 verzichtet werden. Um thermischen Verspannungen entgegenzuwirken ist der Leitapparat 1 im Bereich der Turbine 2 von einem Federelement 13 vorgespannt eingebaut. Das Federelement 13 ist besonders bevorzugt eine Tellerfeder.
4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3.
4 zeigt im Wesentlichen die gleichen geometrischen Verhältnisse wie 3, jedoch wird in diesem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Leitapparat 1 über einen Klemmring 11 gegen das Lagergehäuse 1'' gedrückt. Hierfür ist der Klemmring 11 mit in 4, auf Grund der Schnittlage nicht sichtbaren Schrauben an das Lagergehäuse 1'' geschraubt. Als Verdrehsicherung ist für den Leitapparat 1 ein Klemmelement 12 vorgesehen, im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel ein Stift.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, kann der Leitapparat 1 unmittelbar (erstes Ausführungsbeispiel) oder mittelbar (zweites Ausführungsbeispiel) an das Lagergehäuse 1'' angebunden sein.
In Summe ergeben sich somit folgende Vorteile durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung:
Es resultiert

• eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von Turbinengehäuse 1' und Lagergehäuseverschraubung 1'',
• eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von einer thermischen Dehnung des Turbinengehäuses 1',
• eine Reduzierung des Kraftniveaus am Leitapparat 1 durch Ersatz der Leitapparatverpressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung,
• eine Robustheitssteigerung bezüglich einem Leitschaufelstecken (Verklemmen) durch Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen,
• eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch ein Materialminimierung im Turbinengehäuse 1',
• eine Reduzierung der Rissempfindlichkeit des Turbinengehäuses 1' durch Entfall der Verdrehsicherung im Turbinengehäuse 1'
• Es ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat 1 durch die Verwendung des Federelementes 13 zum Toleranzausgleich möglich.
• Es erfolgt eine Kostenreduzierung durch Vereinfachung der Turbinengehäusebearbeitung.
• Durch die Verwendung der Verschraubung dient diese im ersten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Verdrehsicherung des Leitapparates 1.

1: Leitapparat
1': Turbinengehäuse
1'': Lagergehäuse
2: Turbinenrad
3: Abgasturbolader
4: Distanzbolzen
5: Gleitwand
6: Gleitwand
7: Leitschaufel
8: Schraube
9: Durchgangsbohrung
10: Gewindebohrung
11: Klemmring
12: Klemmelement
13: Federelement
14: Verstellmechanismus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1574673 B1 [0003]
- DE 102004038748 A1 [0004]

Claims

Leitapparat (1) für ein Turbinenrad (2) eines Abgasturboladers (3) mit einem Turbinengehäuse (1') und mit einem Lagergehäuse (1''), zwischen denen der Leitapparat (1) anordenbar ist, bestehend aus zwei über zumindest zwei Distanzbolzen (4) beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden (5, 6), zwischen denen zumindest eine Leitschaufel (7) verschwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) unmittelbar oder mittelbar mit dem Lagergehäuse (1') verschraubbar ist.
Leitapparat nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) mit zumindest zwei am Umfang der Gleitwand (6) anordenbaren Schrauben (8) an das Lagergehäuse (1') schraubbar ist, wobei die Gleitwand (6) zur Durchführung der Schrauben (8) stirnseitige Durchgangsbohrungen (9) aufweist, die zu Gewindebohrungen (10) in dem Lagergehäuse (1'') korrespondieren.
Leitapparat nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmring (11) für die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) vorgesehen ist, der an das Lagergehäuse (1'') schraubbar ist, wobei der Klemmring (11) stirnseitige zur Durchführung der Schrauben (8) vorgesehenen Durchgangsbohrungen aufweist, die zu Gewindebohrungen in dem Lagergehäuse (1'') korrespondieren, wobei der Klemmring (11) einen Innendurchmesser aufweist der kleiner ist als ein Außendurchmesser der dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6).
Leitapparat nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) mit einem Klemmelement (12) drehgesichert ist.
Leitapparat nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (13) vorgesehen ist, mit dem die dem Lagergehäuse (1'') zugewandte Gleitwand (6) radial innen vom Lagergehäuse (1'') wegdrückbar ist.