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Stand der Technik
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Für
die Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen werden heute als Aufladeeinrichtungen überwiegend
Abgasturbolader eingesetzt. Abgasturbolader umfassen einen Turbinenteil,
welcher heißem Abgas, was unter hohem Druck steht, Energie entzieht
sowie einen Verdichterteil, welche die Ansaugluft unter Ausnutzung
der vom Turbinenteil zur Verfügung gestellten Energie komprimiert.
Die komprimierte angesaugte Luft wird durch den Ansaugtrakt den
einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine, sei es eine fremdgezündete,
sei es eine selbstgezündete Verbrennungskraftmaschine,
zugeleitet und gegebenenfalls in einem Ladeluftkühler abgekühlt,
so dass der Füllungsgrad der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
verbessert werden kann. Im Automobilbereich, insbesondere zur Anwendung
an Personenkraftwagen werden heute ausschließlich radiale
Strömungsmaschinen eingesetzt.
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Um
auch in Betriebsbereichen, die einem Teillastzustand entsprechen,
gute Systemwirkungsgrade erzielen zu können, werden heute
Turbinenteile mit variabler Leitbeschaufelung eingesetzt anstelle von
Turbinenteilen, die mit einem waste-gate geregelt werden. Bei einer
variablen Leitbeschaufelung sind konzentrisch um das Turbinenlaufrad
des Turbinenteiles in Form eines Ringes angeordnete Leitschaufeln
eingebaut, welche die Strömungsführung auf das
Turbinenlaufrad beeinflussen. In der Regel sind die entlang des
Umfangs eines Ringes angeordneten Leitschaufeln verdrehbar angeordnet
und können über einen Verstellring um einen bestimmten Winkel
verstellt werden. Auf diese Weise lässt sich am Turbinenteil
für verschiedene Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine
eine optimale Schaufelstellung anpassen. Ein Beispiel für
eine variable Leitbeschaufelung ist zum Beispiel aus
EP 0 160 460 A2 bekannt.
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Um
eine Verstellbarkeit einer variablen Leitbeschaufelung im gesamten
Temperaturspektrum, über welches sich die Abgastemperaturen
erstrecken, zu gewährleisten, sind hohe Anforderungen an die
Passungen, an denen die Leitschaufeln verdrehbar gelagert sind,
zu stellen. Dies wiederum ist mit relativ hohen Herstellkosten verbunden.
Die prinzipbedingt verbleibenden Spalte zwischen den einzelnen Leitschaufeln
der variablen Leitbeschaufelung, welche um das Turbinenrad des Turbinentei les
herum angeordnet ist, und dem Gehäuse der Aufladeeinrichtung
sorgen zudem für eine Sekundärströmung. Mit
der Sekundärströmung geht eine Wirkungsgradeinbuße
einher. Darüber hinaus kann es insbesondere in eng tolerierten
Spalten zur Versottung kommen, die wiederum eine Schwergängigkeit
des Verstellmechanismus zur Folge haben kann oder im Extremfall den
Verstellmechanismus ganz blockiert. Die derzeitig eingesetzten variablen
Leitbeschaufelungen sind daher lediglich bis zu einem Temperaturniveau
von etwa 830°C einsetzbar. Eine Erhöhung der Abgastemperatur,
so zum Beispiel bei Ottomotoren, lässt sich daher in Bezug
auf die einzusetzenden Aufladeeinrichtungen derzeit nur mit erheblichem
Aufwand realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die bisher eingesetzte variable Leitschaufelgeometrie (VTG)
mit ihrer Vielzahl von Leitschaufeln durch ein verstellbares Regelorgan,
insbesondere ein kreissegmentförmiges Zungenelement zu
ersetzen. Dieses verstellbare Regelorgan wird beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Turbinenteil in einer Nut laufend in bzw. aus dem Spiralbereich
des Gehäuses des Turbinenteils geschoben. In einer sich
innerhalb des Gehäuses der Aufladeeinrichtung erstreckenden,
sich in Strömungsrichtung des Abgases verjüngenden
Volute wird das Abgas dadurch auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit
beschleunigt. Das Abgas strömt von der Volute aus über
eine Querschnittsverengung dem Turbinenlaufrad radial zu. Die sich
an die Volute anschließende Querschnittsverengung wirkt
als Düse, in der die Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases kurz vor Eintritt in das Turbinenlaufrad nochmals erheblich
zunimmt.
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Ein
gedachter Kreis, der durch das insbesondere als kreissegmentförmiges
Zungenelement ausgebildetes Regelorgan in geschlossener bzw. offener Position
gebildet wird, hat eine von der Rotationsachse des Turbinenlaufrades
des Turbinenteiles verschiedene Achse. Entlang dieses gedachten
Kreises wird das als kreissegmentförmiges Zungenelement ausgebildete
Regelorgan in Umfangsrichtung zwischen seiner Öffnungs-
und seiner Schließposition verfahren.
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Die
Düse bzw. ein Sammler hat im Bereich des kreissegmentförmig
ausgebildeten Zungenelementes eine größere Höhe
als an der diesem Bereich gegenüberliegenden Seite. Dies
rührt daher, dass andernfalls das verschiebbar relativ
zum Umfang des Turbinenlaufrades angeordnete kreissegmentförmige
Zungenelement sich in der offenen Position mit der Volute schneiden
würde. Durch die gewählte Lösung kann
auch in dem Bereich der Düse, der durch das verschiebbare
kreissegmentförmig ausgebildete Zungenelement von der Volute
getrennt ist, der Strömungsquerschnitt verringert werden
und eine über den Umfang im Wesentlichen näherungsweise gleichmäßige
Anströmung des Turbinenlaufrades erreicht werden.
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Insbesondere
an als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtungen herrschen
hohe zeitliche Temperaturgradienten. Um zu verhindern, dass das
kreissegmentförmige Zungenelement keine Verformung annimmt
und in der Nut, in der es läuft, klemmt, wird das kreissegmentförmige
Zungenelement bevorzugt aus einem keramischen Material hergestellt.
Im Gegensatz zu einer variablen Leitbeschaufelung, die aus einer
Vielzahl von zu betätigenden Leitschaufeln aufgebaut ist,
wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
lediglich ein Regelelement, nämlich das kreissegmentförmig
ausgebildete Zungenelement bewegt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung gegenüber der bisher eingesetzten variablen
Leitschaufelgeometrie (VTG) ist die sehr kompakte Bauweise im Gegensatz
zu einer ringförmigen VTG. Eine ringförmige VTG
wird in der Regel um das Turbinenlaufrad herum angeordnet, um die
Zuströmung zum Turbinenlaufrad zu beeinflussen. Diese Bauweise
hat eine größere Baugröße einer
insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung zwangsläufig
zur Folge. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung ist darüber hinaus aufgrund der Fertigung
aus einem keramischen Material auch für hohe Abgastemperaturen
geeignet, so zum Beispiel zum Einsatz an einem Ottomotor. Dort herrschen
Abgastemperaturen in der Größenordnung von etwa 1000°C.
Im geschlossenen Zustand ist im Bezug auf den Turbinenteil der insbesondere
als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung ein guter Wirkungsgrad
realisierbar.
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Zur
Verstellung des kreissegmentförmig gestalteten Zungenelementes
in der Nut am Gehäuse der insbesondere als Abgasturbolader
ausgebildeten Aufladeeinrichtung kann das kreissegmentförmige Zungenelement
an einer Seite eine Verzahnung aufweisen. Damit ist es möglich,
das kreissegmentförmige Zungenelement mittels eines Zahnrad-
oder eines Schneckengetriebes zu verstellen. Die für einen
Antrieb notwendige Wellendurchführung kann nach außen
relativ gut abgedichtet werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung
des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens besteht die Möglichkeit,
das innerhalb der Nut laufende, bewegbare kreissegmentförmige
Zungenelement mit einer Anzahl von Strömungsdurchlässen
zu versehen, so dass eine gleichmäßigere Einströmung
des Abgases in die Düse und damit eine bessere Anströmung
des Turbinenlaufrades ermöglicht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nahe stehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 ein
kreissegmentförmiges Zungenelement in in den Spiralkanal
des Turbinenteiles eingefahrener Position,
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1.1 einen Schnitt durch den Spiralkanal zur Darstellung
der Düse,
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2 das
kreissegmentförmige Regelelement in aus dem Spiralkanal
herausgefahrener Position,
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3 eine
Ausführungsvariante des in geschlossener Position in den
Spiralkanal eingefahrenen kreissegmentförmigen Regelelementes
mit Öffnungen und
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4 die Öffnungen
im vorderen Bereich des kreissegmentförmigen Regelelementes
in vergrößert wiedergegebener Darstellung.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
Schnitt durch eine Aufladeeinrichtung 10 zu entnehmen,
die insbesondere als Abgasturbolader ausgeführt ist. Die Aufladeeinrichtung 10 umfasst
einen in der Darstellung gemäß 1 schematisch
wiedergegebenen Turbinenteil 12. Der Turbinenteil 12 der
insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 wird
in Strömungsrichtung 18 von einem Abgasstrom 14 durchströmt.
Der Abgasstrom 14 stammt entweder von einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine und weist in diesem Fall eine Temperatur
in der Größenordnung von etwa 800°C bis
850°C auf, oder von einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine
und weist in diesem Fall eine Temperatur in der Größenordnung
von etwa 1050°C auf. Die genannten Temperaturniveaus stellen
hohe Anforderungen an eine variable Leitbeschaufelung, die dem Umfang
eines Turbinenlaufrades 22 zugeordnet ist. Der Turbinenteil 12 der
insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 umfasst
einen Spiralkanal 16, der auch als Volute bezeichnet wird.
Der in Strömungsrichtung 18 vom Abgasstrom 14 durchströmte
Spiralkanal 16 zieht sich spiralförmig zusammen,
d. h. weist einen, in Strömungsrichtung 18 des
Abgasstromes 14 gesehen, sich kontinuierlich verringernden Querschnitt 20 auf.
In der Darstellung gemäß 1 ist ein
erster Querschnitt durch Bezugszeichen 20.1, ein weiterer,
reduzierter Querschnitt durch Bezugszeichen 20.2 und ein
dritter Querschnitt durch Bezugszeichen 20.3 angedeutet.
Aufgrund der Querschnittsreduzierung innerhalb des Spiralkanales 16 erfolgt
eine Beschleunigung des Abgasstromes 14 in Strömungsrichtung 18 durch
den Spiralkanal 16 (Volute).
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Durch
die Geometrie des Spiralkanales 16 bedingt, erfolgt eine
Beschleunigung des Abgasstromes 14 in Strömungsrichtung 18 desselben,
so dass ein Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22 des
Turbinenteiles 12 mit einem eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
aufweisenden Abgasstrom 14 beaufschlagt wird.
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Wie
der Darstellung gemäß 1 des Weiteren
zu entnehmen ist, rotiert das Turbinenlaufrad 22 um seine
Rotationsachse 26. In der Darstellung gemäß 1 befindet
sich ein kreissegmentförmig ausgebildetes Regelorgan 28 in
einer geschlossenen Position 34. Durch das in die geschlossene
Posi tion 34 gestellte kreissegmentförmig ausgebildete
Regelorgan 28 wird ein verengter Austrittsquerschnitt 40 in Strömungsrichtung 18 für
den bereits beschleunigten Abgasstrom 14 gebildet. In der
geschlossenen Position 34 ist das kreissegmentförmig
ausgebildete Regelorgan 28 in den Spiralkanal 16 derart
eingefahren, dass sich anströmseitig am Umfang 24 des
Turbinenlaufrades 22 eine weitere Beschleunigung des Abgasstromes 14 einstellt. Über
einen in 1 nicht dargestellten Stellantrieb
kann das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28,
welches entweder aus einem temperaturbeständigen metallischen
Material oder aus Keramik gefertigt ist, von der in 1 dargestellten
geschlossenen Position 34 in eine offene Position gefahren
werden. Aufgrund der Geometrie des kreissegmentförmig ausgebildeten
Regelorgans 28 kann dieses an einer Außenseite
des Gehäuses des Turbinenteiles 12, dessen Rundung
im Wesentlichen der Krümmung des kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 entspricht, in der offenen
Position 36 gehalten werden.
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Während
das Turbinenlaufrad 22, welches vom Umfang 24 in
Richtung auf die Rotationsachse 26 von dem nochmals beschleunigten
Abgasstrom 14 durchströmt wird, um die Rotationsachse 26 rotiert,
erfolgt die Stellbewegung des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 von einer offenen Position 36 (vergleiche
Darstellung gemäß 2) in die
geschlossene Position 34 und umgekehrt um eine Drehachse 38,
deren Zentrum verschieden von der Rotationsachse 26 des
Turbinenlaufrades 22 ist. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten
variablen Leitschaufelgeometrien (VTG), bei denen über
einen Ring eine Vielzahl von Leitschaufeln die Anströmung
des Umfanges 24 des Turbinenlaufrades 22 beeinflussen,
kommt bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung gemäß der Ausführungsform
in 1 lediglich ein Regelelement, nämlich
das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28,
zum Einsatz. Wird zum Beispiel eine Außenseite 32 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 mit
einer Verzahnung versehen, so kann dieses sehr einfach in den Spiralkanal 16 (Volute),
insbesondere in die geschlossene Position 34 gefahren werden,
um insbesondere eine Beschleunigung des Abgasstromes 14 beim
Eintritt in das. Turbinenlaufrad 22 zu bewirken. Im Gegensatz
zu einer ringförmig um den Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22 angeordneten
variablen Leitschaufelanordnung (VTG) baut die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung wesentlich kompakter, was die Baugröße
des Turbinenteiles 12 der insbesondere als Abgasturbolader
ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 günstig beeinflusst.
Eine den Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22 umgebende,
eine Vielzahl von zu betätigenden Leitschaufeln aufweisende variable
Turbinengeometrie (VTG) würde zwangsläufig zu
einer Vergrößerung des Gehäuses des Turbinenteiles 12 führen.
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1 zeigt,
dass der Querschnitt des Spiralkanales 16 (Volute) aufgrund
der kontinuierlichen Querschnittsreduktion, vergleiche Querschnitte 20.1, 20.2 und 20.3,
kontinuierlich abnimmt und aus diesem Grunde eine Beschleunigung
des Abgasstromes 14 erfolgt. Aus der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 in
die geschlossene Position 34 gefahren ist. Die Verstellbewegung
des im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 erfolgt über
einen Stellantrieb 46, welcher das kreissegmentförmig
ausgebildete Regelorgan 28 in die geschlossene Position 34 stellt.
In der geschlossenen Position 34 bildet ein erstes Ende 58 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 mit
der Außenwand des Spiralkanales 16 (Volute) einen
Austrittsquerschnitt 40. Ein Vergleich der Querschnittsflächen 20.1, 20.2 und 20.3 des
Spiralkanales 16 zeigt, dass aufgrund der Reduktion des
Austrittsquerschnittes 40 am ersten Ende 58 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 aus
Kontinuitätsgründen eine erhebliche Beschleunigung
des Abgasmassenstromes 14 vorliegt. Der beschleunigte Abgasstrom 14 tritt
vom Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22 ausgehend,
in einzelne Kanäle 52 des Turbinenlaufrades 22 ein,
die sich in Richtung auf die Rotationsachse 26 kontinuierlich
verengen und jeweils von zwei Schaufelblättern 54 begrenzt
sind. Das Turbinenlaufrad 22, das um die Rotationsachse 26 rotiert, dreht
sich im Drehsinn 56 – hier entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die durch den Doppelpfeil 50 angedeutete Verstellbewegung
des im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 erfolgt durch
den Stellantrieb 46. Dieser kann zum Beispiel mit einer
an der Außenseite 32 des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 vorgesehenen Verzahnung 48 kämmen
und die Verstellbewegung 50 vornehmen. Ein zweites Ende 60 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 befindet
sich noch innerhalb einer Nut 42 des Gehäuses
des Turbinenteiles 12. Die gestrichelt dargestellte Verlängerung
des im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28,
die über dessen zweites Ende 60 hinausgeht, ist
der Bereich, in dem beispielsweise die Verzahnung 48 an
der Außenseite 32 des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 ausgeführt sein kann.
In der schematischen Darstellung gemäß 1.1 ist dargestellt, dass das kreissegmentförmig
ausgebildete Regelorgan 28 bevorzugt innerhalb einer Düse 61 unterhalb
des Spiralkanales 16 verfahren wird. Die Düse 61 weist
in Umfangsrichtung eine kostante Breite B auf, im Gegensatz zum
Spiralkanal 16 (Volute). Eine Höhe der Düse 61 ist
durch H bezeichnet. Die Höhe H der Düse 61 ist
in Umfangsrichtung des Spiralkanales 16 gesehen nicht konstant.
Während die Düse 61 über den
gesamten Umfang die konstante Breite B aufweist, weist der Spiralkanal 16 (Volute) über
den Umfang gesehen eine veränderliche Breite auf, was die Führung
des kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 im
Spiralkanal 16 erschwert. Die Führung des kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 in der Düse 61 jedoch
ist recht einfach darzustellen.
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In 2 befindet
sich das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 in
seiner offenen Position 36. Wie aus 2 hervorgeht,
ist das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 in
seine offene Position 36 gestellt. Das erste Ende 58 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 ist
aus dem Spiralkanal 16 herausgestellt. Es erfolgt im Gegensatz
zur in 2 dargestellten geschlossenen Position 34 keine
weitere Beschleunigung der Abgasströmung des Abgasstromes 14 in
Richtung auf den Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22.
In der in 2 dargestellten offenen Position 36 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28,
ist dieses an eine Außenseite 44 des Gehäuses
des Turbinenteiles 12 zurückgestellt. Die Stellbewegung 50 um
die Drehachse 38 erfolgt mittels des Stellantriebes 46,
der an der Außenseite 44 des Gehäuses
des Turbinenteiles 12 der insbesondere als Abgasturbolader
ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 angeordnet sein kann.
Zur platzsparenden Unterbringung des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 an der Außenseite 44 des
Gehäuses des Turbinenteiles 12 kann an der Außenseite
eine Ausnehmung, ein Spalt oder dergleichen ausgebildet sein, der
eine platzsparende Unterbringung unter Berücksichtigung zulässiger
thermischer Ausdehnung bzw. thermisch bedingter Dehnungen des im
Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 ermöglicht.
Bevorzugt ist der Stellantrieb 26 als Elektroantrieb ausgeführt.
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Anstelle
der in 2 an der Außenseite 32 des im
Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 ausgebildeten
Verzahnung 48, welche über den Stellantrieb 46 angetrieben
wird, kann auch eine andere formschlüssige oder kraftschlüssige
Kraftübertragungsmöglichkeit gewählt werden.
So kann das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 auch über
einen Schneckenantrieb zur Vornahme der Verstellbewegung 50 angetrieben
werden. Wie in der Darstellung gemäß 2 gezeigt,
wird das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 durch
die Nut 42 des Gehäuses des Turbinenteils 12 bewegt.
Dabei folgt das erste Ende 58 des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 der gestrichelten Linie gemäß 2,
welche eine Begrenzung des sich in seinem Querschnitt 20.1, 20.2, 20.3 in
Strömungsrichtung 18 des Abgasstromes 14 kontinuierlich
verengenden Spiralkanales 16 (Volute) darstellt. Die Außenseite 44 des
Gehäuses des Turbinenteiles 12 ist so beschaffen,
dass das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 in
seiner offenen Position 36 möglichst platz- und
bauraumsparend an der gekrümmten Außenfläche
des Gehäuses des Turbinenteiles 12 untergebracht
werden kann. Dies beeinflusst den für das Turbinenteil 12 der
bevorzugt als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 im
Motorraum erforderlichen Bauraum sehr günstig. Je weiter
die Krümmung des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 an die Krümmung der
Außenseite 44 des Gehäuses des Turbinenteiles 12 angepasst
ist, ein desto geringerer Einbauraum lässt sich erreichen.
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2 zeigt
des Weiteren, dass das Turbinenlaufrad 22 vom Umfang 24 her
in Richtung auf die Rotationsachse 26 durch den im Spiralkanal 16 beschleunigten
Abgasstrom 14 beaufschlagt ist. Die einzelnen, durch jeweils
ein Paar von Schaufelblättern 54 begrenzten Strömungskanäle 52 verengen sich
vom Umfang 24 her in Richtung auf die Rotationsachse 26.
Bezugszeichen 38 bezeichnet das Zentrum der Verstellbewegung 50,
welche das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 bei
Antrieb durch den Stellantrieb 46 durchläuft.
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Der
Drehsinn des Turbinenlaufrades 22 in der Darstellung gemäß 2 ist
entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet und durch Bezugszeichen 56 identifiziert.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist entnehmbar,
dass das Gehäuse des Turbinenteiles 12 der Aufladeeinrichtung 10 in
Strömungsrichtung 18 vom Abgasstrom 14 durchströmt
ist. 3 zeigt, dass das kreissegmentförmig
ausgebildete Regelorgan 28 durch die Nut 42 maximal
in den Spiralkanal 16 eingeschoben ist. Dadurch ist das
erste Ende 58 so weit wie möglich an den Umfang 24 des
Turbinenlaufrades 22 angestellt. Dadurch ergibt sich der
verengte Austrittsquerschnitt 40, durch den die bereits
im Spiralkanal 16 beschleunigte Abgasströmung 14 nochmals
beschleunigt wird. Dies bedeutet, dass in der geschlossenen Position 34 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 die
Eintrittsgeschwindigkeit des Abgasstromes 14 in die Kanäle 52,
die durch ein Paar von Schaufelblättern 54 begrenzt
sind, maximiert ist. Der Abgasstrom 14 wird aufgrund der
kontinuierlichen Verengung des Querschnittes, vergleiche Positionen 20.1, 20.2 und 20.3,
beschleunigt und erfährt im geschlossenen Zustand 34 des
im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 eine
weitere Beschleunigung, wobei der Ort der weiteren Beschleunigung
optimaler Weise möglichst nah an den Umfang 24 des
Turbinenlaufrades 22 verlagert ist. Der bereits beschleunigte
Abgasstrom 14 wird unmittelbar vor dem Eintritt in die
Kanäle 52 des Turbinenlaufrades 22 vom
Umfang 24 her nochmals beschleunigt. Spaltverluste werden
aufgrund des gewählten Designs minimiert. Des Weiteren
ist als Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung gegenüber einer bisher ausgeführten
VTG am Umfang 24 des Turbinenlaufrades 22 mit
mehreren gemeinsam anzusteuernden Leitschaufeln zu nennen, dass
erfindungsgemäß lediglich ein Bauteil zu betätigen
ist, nämlich das kreissegmentförmig ausgebildete
Regelorgan 28.
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Aufgrund
des hohen Temperaturniveaus im Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine
wird das kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 entweder
aus einem temperaturbeständigen metallischen Material,
wie zum Beispiel Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierung
gefertigt. Alternativ kann das kreissegmentförmig ausgebildete
Regelorgan 28 auch aus keramischem Material gefertigt sein. Die
genannten Materialien widerstehen den Abgastemperaturen selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen in der Größenordnung
von 800°C bis 850°C, bzw. den Abgastemperaturen
fremdgezündeter Verbrennungskraftmaschinen, welche zwischen 1000°C
und 1100°C liegen.
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4 ist
eine vergrößerte Darstellung des im Wesentlichen
kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 zu
entnehmen. Aus der Darstellung gemäß 4 geht
hervor, dass eine Winkelerstre ckung 68 vom ersten Ende 58 bis
zum zweiten Ende 60 des im Wesentlichen kreissegmentförmig
ausgebildeten Regelorgans 28 kleiner 180° liegt
und in der Darstellung gemäß 5 etwa
135° beträgt. Bei einer Winkelerstreckung zwischen
120° und 180° werden die besten Resultate hinsichtlich
der Regelbarkeit des Turbinenteiles 12 der insbesondere
als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung 10 erzielt. Wie 5 zeigt, können in der Hälfte
des im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28,
welches dem ersten Ende 58 zuweist, Öffnungen 64 bzw. 66 vorgesehen
sein. Diese Öffnungen 64, 66 ermöglichen
eine gleichmäßigere Anströmung des Umfangs 24 des
Turbinenlaufrades 22. Eine Materialdicke, in welcher das
aus temperaturbeständigem metallischem Material, einer
temperaturbeständigen metallischen Legierung oder einem
Keramik hergestellte, kreissegmentförmig ausgebildete Regelorgan 28 gefertigt
ist, ist durch Bezugszeichen 62 angedeutet. Wie aus der
Darstellung gemäß 5 entnommen
werden kann, liegen die erste Öffnung 64 und die
zweite Öffnung 66 derart im Material des im Wesentlichen
kreissegmentförmig ausgebildeten Regelorgans 28 orientiert,
dass deren Eintrittsöffnung der Anströmrichtung 18 durch
den im Spiralkanal 16 (Volute) beschleunigten Abgasstrom 14 zuweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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