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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere
einen Abgasturbolader für ein
Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen, mit einer derartigen
Ladeeinrichtung ausgestatteten Verbrennungsmotor.
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In
modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Abgasturbolader zur Leistungssteigerung
eingesetzt. Derartige Abgasturbolader weisen üblicherweise eine, ein Turbinenrad
und ein Verdichterrad tragende Welle auf, wobei das Turbinenrad
von einem Abgasstrom angetrieben wird. Um dabei einen möglichst
hohen Wirkungsgrad erreichen zu können, sollte eine das Turbinenrad
umgehende Bypassströmung
so klein wie irgend möglich
gehalten werden. Aus diesem Grund wird ein zwischen dem Turbinenrad
und einem dieses umgebenden Turbinengehäuse verbleibender Spalt nach
Möglichkeit
so klein wie möglich
eingestellt. Dies stößt jedoch
an bestimmte Grenzen, welche üblicherweise
von den Temperaturdehnungen des Turbinenrads und/oder des Turbinengehäuses abhängig sind.
So darf der zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse verbleibende
Spalt in keinem Betriebszustand des Abgasturboladers aufgrund unterschiedlicher
Temperaturdehnungen einzelner Komponenten so klein werden, dass
es zu einem Kontakt zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse und
dadurch zu einer Funktionsbeeinträchtigung bzw. Beschädigung des Abgasturboladers
kommen kann. Aus diesem Grund wird der zwischen dem Turbinenrad
und dem Turbinengehäuse
angeordnete Spalt üblicherweise
so groß bemessen,
dass der direkte Kontakt zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse auch unter
ungünstigsten
Bedingungen zuverlässig
vermieden werden kann, was sich jedoch negativ auf den Wirkungsgrad
des Abgasturboladers auswirkt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, welche sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad
auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Ladeeinrichtung,
insbesondere bei einem Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, zwischen
einem Turbinenrad und einem dieses umgebenden Turbinengehäuse einen
verstellbaren Einsatz vorzusehen, mittels welchem ein zwischen dem Turbinenrad
und dem Einsatz verbleibender Spalt auf eine definierte Größe einstellbar
ist. Der Einsatz ist dabei im Bereich eines von Heißgas durchströmten Strömungskanals
angeordnet und bildet gleichzeitig eine Wandung des Strömungskanals.
Der zumindest in Axialrichtung justierbare Einsatz ermöglicht dabei das
Einstellen eines vergleichsweise geringen Spaltes zwischen dem Turbinenrad
und dem Einsatz, wodurch der Wirkungsgrad einer derartig ausgebildeten Ladeeinrichtung
gesteigert werden kann. Vorzugsweise ist dabei der Einsatz so ausgebildet,
dass dieser bei bereits im Turbinengehäuse eingesetztem Turbinenrad
einfach montiert werden kann, indem er im Strömungskanal in Axialrichtung
auf das Turbinenrad zu eingeführt
wird.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist
der Einsatz ringförmig ausgebildet
und weist ein Außengewinde
auf, über welches
er in ein zugehöriges
und am Turbinengehäuse
ausgebildetes Innengewinde einschraubbar ist. Eine derartige Schraubverbindung
erleichtert den Einbau des ringförmigen
Einsatzes erheblich, wodurch eine vergleichsweise einfache Montage
der Ladeeinrichtung möglich
ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, weist
der ringförmige
Einsatz einen dem Turbinenrad abgewandten und nach außen umgebogenen
Rand auf, für
welchen sich der Einsatz vorzugsweise indirekt unter Zwischenschaltung
eines Abstandselementes, insbesondere einer Abstandsscheibe bzw.
Unterlegscheibe, am Turbinengehäuse
abstützt. Über die
axiale Dicke des Abstandselementes kann dabei eine Einschraubendposition
und hierüber
die zwischen dem Turbinenrad und dem Einsatz verbleibende Spaltweite
problemlos eingestellt werden. Derartige Abstandselemente sind somit
in unterschiedlichsten Dicken vorzusehen, wobei entsprechend der
gewünschten
Spaltbreite das jeweils zugehörige
Abstandselement ausgewählt
wird. Ein derart ausgewähltes
Abstandselement erlaubt dabei ein Einschrauben des Einsatzes in
das Turbinengehäuse
lediglich bis zu einer vorbestimmten Einschraubendposition, bei
welcher dann die zwischen dem Turbinenrad und dem Einsatz verbleibende
Spaltbreite das vorbestimmte definierte Maß aufweist.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung,
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2–5 jeweils
weitere Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung.
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Entsprechend
der 1, weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1 ein
Turbinengehäuse 2 mit
einem in diesem drehbar über
eine nicht gezeigte Welle gelagerten Turbinenrad 3. Am
gegenüberliegenden
Längsende
der Welle ist dabei ein Verdichterrad vorgesehen, wobei die Welle üblicherweise
in einem Lagergehäuse,
welches an das Turbinengehäuse 2 angrenzt,
gelagert ist. Um einen möglichst
hohen Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung 1 zu erzielen, sollte
ein Spalt 4 zwischen dem Turbinenrad 3 und einem
angrenzenden Bauteil, beispielsweise dem Turbinengehäuse 2 oder
wie gemäß den 1–5 gezeigt,
einem Einsatz 5 möglichst klein
gehalten werden. Die Breite des Spaltes 4 bestimmt dabei
direkt die Größe einer
das Turbinenrad 3 umgehenden Bypassströmung, welche nicht zum Antrieb
des Turbinenrades 3 dient und dadurch nicht zur Leistungserzeugung
herangezogen werden kann. Bei bisherigen Ladeeinrichtungen musste
die Breite des zwischen dem Turbinengehäuse und dem Turbinenrad gelegenen
Spaltes zumindest so groß gewählt werden,
dass ein direkter Kontakt zwischen dem Turbinenrad 3 und
dem Turbinengehäuse
auch bei ungünstigsten
Betriebstemperaturen nicht zu befürchten war. Die Spaltbreite
musste somit mit einem gewissen Sicherheitsbeiwerk versehen werden,
der den Kontakt zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse zuverlässig ausschließt. Der
hierbei vorzusehende Sicherheitsbeiwert wirkte sich jedoch negativ
auf den Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung aus.
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Erfindungsgemäß ist deshalb
bei der Ladeeinrichtung 1 gemäß der 1 im Bereich
eines Strömungskanals 6,
der eine Wandung des Strömungskanals 6 bildende
und zumindest in Axialrichtung justierbare Einsatz 5 vorgesehen, über den
der zwischen dem Turbinenrad 3 und dem Einsatz 5 verbleibende
Spalt 4 exakt einstellbar ist. Der Einsatz 5 ist
dabei aus einem besonders hitzebeständigen Material ausgebildet.
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Wie
insbesondere der 1 zu entnehmen ist, ist der dort
gezeigte Einsatz 5 ringförmig ausgebildet und weist
einen, dem Turbinenrad 3 abgewandten und nach außen umgebogenen
Kragenbereich 7 auf, über
welchen sich der Einsatz 5 direkt oder wie gemäß der 1 gezeigt
ist, indirekt am Turbinengehäuse 2 abstützt. Die
indirekte Abstützung
erfolgt dabei über
ein Abstandselement 8, welches beispielsweise als Abstandsscheibe
oder Unterlegscheibe ausgebildet ist, so dass über dessen axiale Dicke eine
axiale Endposition des Einsatzes 5 bezüglich des Turbinengehäuses 2 und
damit die zwischen dem Turbinenrad 3 und dem Einsatz 5 verbleibende
Breite des Spaltes 4 exakt einstellbar ist. Zur Fixierung
des Einsatzes 5 am Turbinengehäuse 2 ist dabei zumindest
ein Fixierelement 9 vorgesehen, welches beispielsweise
als Bolzen oder als Schraube ausgebildet sein kann und über welches der
Einsatz 5 fest am Turbinengehäuse 2 festlegbar ist.
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Gemäß der in 2 dargestellten
Ladeeinrichtung 1, weist der Einsatz 5 in seinem
Kragenbereich 7 ein Außengewinde 10 auf, über welches
er in ein komplementär
dazu ausgebildetes und am Turbinengehäuse 2 angeordnetes
Innengewinde 11 am Turbinengehäuse 2 festlegbar ist.
Auch bei dem gemäß der 2 dargestellten
Einsatz 5 ist wiederum ein Abstandselement 8 vorgesehen, über welches die
axiale Endposition, das heißt
in diesem Fall eine axiale Einschraubendposition, und darüber die
Breite des Spaltes 4 einstellbar ist.
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Bei
der gemäß der 3 dargestellten
Ausführungsform,
ist das Außengewinde 10 nicht
im Kragenbereich 7 des Einsatzes 5 angeordnet,
sondern vielmehr in einem Hülsenbereich 12 des
Einsatzes 5. Eine ähnliche
Darstellung zeigt auch 4, welche jedoch das Außengewinde 10 und
das komplementär dazu
am Turbinengehäuse 2 ausgebildete
Innengewinde 11 an anderer Stelle besitzt. Allen gezeigten Ausführungsformen
ist dabei jedoch gemein, dass der Einsatz 5 ringförmig ausgebildet
ist und einen dem Turbinenrad 3 abgewandten und nach außen umgebogenen
Kragenbereich 7 aufweist, über welchen sich der Einsatz 5 indirekt über das
Abstandselement 8 am Turbinengehäuse 2 abstützt. Selbstverständlich kann
dabei auch bei den gemäß den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsformen
des Einsatzes 5 ein nicht gezeigtes Fixierelement vorhanden sein,
welches ein unbeabsichtigtes und ungewolltes Verdrehen des Einsatzes 5 relativ
zum Turbinengehäuse 2 und
damit einem axialen Verstellen des Einsatzes 5 entgegenwirken
soll.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Einsatz 5 ist
es somit möglich,
eine Breite des Spaltes 4 exakt einzustellen und gleichzeitig
zu minimieren, wodurch der Wirkungsgrad einer derart ausgebildeten
Ladeeinrichtung deutlich gesteigert werden kann. Zugleich ist die
Montage des Einsatzes 5 denkbar einfach, da dieser selbst
bei montiertem Turbinenrad 3 einfach von außen, gemäß den 1–5 von
rechts, eingebaut und fixiert werden kann. Selbstverständlich ist durch
die separate Ausbildung des Einsatzes 5 auch eine bessere
Bearbeitbarkeit desselben möglich,
wodurch ein derartiger Einsatz 5 einerseits qualitativ sehr
hochwertig, andererseits aber kostengünstig herstellbar ist.