DE102009055865B4

DE102009055865B4 - Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102009055865B4
Application number: DE102009055865.9A
Authority: DE
Inventors: Joachim Siegfried Delitz
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP5762430B2; DE102009055865A1; CN102656351B; JP2013512373A; US20120228833A1; WO2011063871A3; CN102656351A; WO2011063871A2; US9039354B2; EP2504544A2

Abstract

Verstelleinrichtung (10) für eine Aufladeeinrichtung, wobei die Aufladeeinrichtung in Form eines Abgasturboladers ausgebildet ist, mit einem Lagerelement (14), in welchem zumindest bereichsweise eine Verstellwelle (16) zumindest bereichsweise aufgenommen ist und mittels welchem die Verstellwelle (16) in einem Gehäuse (12) der Aufladeeinrichtung lagerbar ist, auf der Verstellwelle (16) in einem das Lagerelement (14) in axialer Richtung (20) überragenden Bereich (22) der Verstellwelle (16) zumindest ein Dichtungselement (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle (16) in dem Bereich (22) einen Bund (24) aufweist, auf welchem das Dichtungselement (28) angeordnet ist, und wobei das Dichtungselement (28) den Bund (24) in radialer Richtung (32) zumindest bereichsweise überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Gattungsgemäße Verstelleinrichtungen sind hinlänglich bekannt. So offenbart die DE 20 2005 008 606 U1 eine Verstellwellenanordnung eines Turboladers mit einer variablen Turbinengeometrie bzw. mit einem Wastegate, welche eine Verstellwelle umfasst, die einen Fixierungsabschnitt aufweist. Zudem umfasst die Verstellwellenanordnung einen Hebel, der mit der Verstellwelle über den Fixierungsabschnitt verbunden ist, sowie eine Buchse, die auf einem Basiskörper der Verstellwelle angeordnet ist. Des Weiteren ist eine Dichtung vorgesehen, die im Bereich des Basiskörpers zwischen der Buchse und der Verstellwelle angeordnet ist, wobei der Basiskörper der Verstellwelle eine gestufte Außenkontur aufweist, und die Buchse eine Innenkontur aufweist, die zur Ausbildung des Basiskörpers komplementär ausgebildet ist.
Die Abdichtung der Verstellwellenanordnung durch die Dichtung, welche zwischen der Verstellwelle und der Buchse angeordnet ist, birgt den Nachteil, dass die Verstellwelle eine zu der Dichtung korrespondierende Nut aufweist, was eine Schwächung der Verstellwelle bedeutet. Dies ist insofern problematisch, als die Verstellwelle hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was aufgrund der Schwächung der Welle durch die Nut zu einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit der Verstellwelle und der Verstellanordnung führt. Zudem ist die Dichtung nur äußerst umständlich und damit zeit- und kostenaufwändig zu montieren.
Ein weiteres Problem birgt die Tatsache, dass eine Abdichtung zwischen der Buchse und einem Gehäuse, in welchem die Buchse aufzunehmen ist, nicht möglich ist, was zu einer unerwünschten Gasleckage führt.
Aus der US 2011/0110767 A1 ist eine Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung bekannt, wobei die Verstelleinrichtung eine Verstellwelle mit einer Dichtung besitzt, welche von einer Buchse der Verstelleinrichtung vollständig umfasst ist.
Der DE 60 2004 010 346 T2 kann eine Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung entnommen werden, wobei ein Dichtelement zwischen einer Buchse und einem Hebelarm der Verstellvorrichtung angeordnet ist, wobei zwischen dem Hebelarm und dem Dichtelement ein Vorspannelement ausgebildet ist zur Anpressung des Dichtelementes an die Buchse.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader, bereitzustellen, welche eine verbesserte Abdichtung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, mit einem Lagerelement, insbesondere einer Buchse, in welchem zumindest bereichsweise eine Verstellwelle zumindest bereichsweise aufgenommen ist und mittels welchem die Verstellwelle in einem Gehäuse der Aufladeeinrichtung lagerbar ist, wobei auf der Verstellwelle in einem das Lagerelement in axialer Richtung überragenden Bereich der Verstellwelle zumindest ein Dichtungselement angeordnet ist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verstellwelle in dem besagten Bereich einen Bund aufweist, also einen in radialer Richtung der Verstellwelle verlaufenden Vorsprung, auf welchem das Dichtungselement angeordnet ist. Dies ist insofern vorteilhaft, als die bereits beschriebene vorteilhafte Abdichtung der Verstelleinrichtung gewährleistet ist bei gleichzeitiger Vermeidung einer Schwächung der Welle, beispielsweise durch eine Einschnürung derselbigen durch eine das Dichtungselement aufnehmende Nut.
Die Anordnung des Dichtungselements auf dem genannten Bereich birgt dabei die Möglichkeit, dass eine Abdichtung der Verstelleinrichtung direkt in radialer Richtung der Verstellwelle zwischen dieser und dem besagten Gehäuse ermöglicht ist, wodurch also nicht nur eine Gasleckage zwischen der Verstellwelle und dem Lagerelement sondern auch insbesondere zwischen der Verstellwelle und dem Gehäuse vermieden ist.
Dabei sei angemerkt, dass das Dichtungselement also in einem Bereich der Verstellwelle angeordnet ist, welcher, wie beschrieben, das Lagerelement in axialer Richtung überragt und zudem von dem Gehäuse, in welchem die Verstellwelle über das Lagerelement zu lagern ist, überdeckt ist, sodass ein Dichtkontakt zwischen dem auf der Stellwelle angeordneten Dichtungselement und dem Gehäuse ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung birgt dabei weiterhin den Vorteil, dass eine Montage bzw. Anordnung des Dichtungselements einfach und damit schnell und kostengünstig erfolgen kann, was niedrigen Gesamtkosten der Verstelleinrichtung äußerst zuträglich ist.
Eine solche Aufnahme, beispielsweise in Form einer Nut, kann nun in radialer Richtung der Verstellwelle an dem Bund vorgesehen sein, um einen sicheren Sitz des Dichtungselements, der beispielsweise die Form eines Dichtrings vorliegt, zu gewährleisten bei gleichzeitiger Vermeidung der besagten Schwächung der Verstellwelle.
Dies geht einher mit einer Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Verstelleinrichtung, da durch die Vermeidung der Schwächung der Welle diese auch hohen Belastungen und insbesondere auch hohen Temperaturen über eine lange Betriebs- und Lebensdauer hinweg standhalten kann.
Zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung zwischen der Verstellwelle und dem Gehäuse ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Dichtungselement den Bund in radialer Richtung der Verstellwelle zumindest bereichsweise überdeckt, was beispielsweise durch eine im Wesentlichen L-förmige Ausbildung des Dichtungselements realisiert ist, welches somit beispielsweise mit einem Schenkel der L-Form in seine korrespondierende Nut eingreift und mit dem anderen Schenkel der L-Form den Bund in radialer Richtung der Verstellwelle überdeckt.
Dadurch ist ein großflächiger Dichtkontakt sowohl zwischen dem Dichtungselement und dem Bund und damit der Verstellwelle als auch zwischen dem Dichtungselement und dem Gehäuse realisiert bzw. realisierbar, was der sicheren Abdichtung der Verstelleinrichtung gegenüber einer Gasleckage, also gegenüber einem Austreten von Abgas beispielsweise aus einer Turbine der Aufladeeinrichtung, zugute kommt.
Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung ist dabei beispielsweise in Zusammenhang mit einer Aufladeeinrichtung, insbesondere einem Abgasturbolader, einsetzbar, wobei mittels der Verstelleinrichtung beispielsweise eine Ventileinrichtung, insbesondere ein Wastegate und/oder verstellbare Leitschaufeln, insbesondere einer variablen Turbinengeometrie, der Aufladeeinrichtung betätigbar ist bzw. sind.
Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung sowie die erfindungsgemäße Aufladeeinrichtung erlauben somit eine Minimierung, wenn nicht gar eine Vermeidung einer Leckage, insbesondere einer Abgasleckage, an der Schnittstelle zwischen der Verstellwelle, dem Lagerelement und dem Gehäuse, wodurch eine Einhaltung aktueller sowie zukünftiger Emissions-Vorschriften für Fahrzeuge, insbesondere Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren, möglich ist. Dies ist der Fall, da zum Teil aktuell als auch insbesondere zukünftig nicht nur Emissionen berücksichtigt werden, die beispielsweise aus entsprechenden Abgasauslässen des Kraftwagens strömen, sondern insbesondere die Gesamtemission, die von einem entsprechenden Kraftwagen emittiert werden, berücksichtigt werden, wozu auch eine entsprechende Leckage an der beschriebenen Schnittstelle zählen würde, die durch die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung allerdings vermieden ist. Ein unkontrollierbares Ausströmen von Abgas an der besagten Schnittstelle ist nicht mehr möglich. Vielmehr kann das gesamte Abgas der Verbrennungskraftmaschine kontrolliert zu entsprechenden Abgasreinigungseinrichtungen geleitet, dort gereinigt und schließlich in gereinigter Form an die Umwelt entlassen werden, was die Schadstoffemissionen des entsprechenden Kraftwagens sehr gering hält.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:

1 ausschnittsweise eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen und in einem Gehäuse einer Aufladeeinrichtung aufgenommenen Verstelleinrichtung;
2 ausschnittsweise eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der Verstelleinrichtung gemäß 1;
3 eine perspektivische Ansicht der Verstelleinrichtung gemäß den vorhergehenden Figuren; und
4 eine Draufsicht der Verstelleinrichtung gemäß den vorhergehenden Figuren.

Die 1 zeigt eine Verstelleinrichtung 10 für eine ein Gehäuse 12 aufweisende Aufladeinrichtung in Form eines Abgasturboladers, wobei das Gehäuse 12 als Turbinengehäuse ausgebildet ist, durch welches ein Turbinenrad einer Turbine des Abgasturboladers aufgenommen ist.
Die Verstelleinrichtung 10 umfasst ein Lagerelement in Form einer Buchse 14, in welcher eine Verstellwelle 16 der Verstelleinrichtung 10 aufgenommen ist. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist dabei die Verstellwelle 16 mittels der Buchse 14 um eine Drehachse 18 drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert.
Die Verstellwelle 14 weist einen die Buchse 14 in axialer Richtung gemäß einem Richtungspfeil 20 der Verstellwelle 18 überragenden Bereich 22 auf, in welchem ein Bund 24 der Verstellwelle 14 angeordnet ist.
Der Bund 24 weist wiederum eine Nut 26 auf, in welcher ein korrespondierendes Dichtungselement in Form eines Dichtrings 28 angeordnet ist, wobei der Dichtring 28 somit auf dem Bund 24 der Verstellwelle 18 angeordnet ist.
Wie zu sehen ist, ist dadurch eine direkte Abdichtung zwischen dem Gehäuse 12 und der Verstellwelle 14 geschaffen, wodurch eine Leckage und damit ein Austritt von die Turbine durchströmenden Abgas zwischen der Buchse 14 und dem Gehäuse und/oder zwischen der Verstellwelle 16 und der Buchse 14 hindurch an die Umwelt vermieden ist.
Gleichzeitig ist durch diese in der 1 dargestellte Anordnung des Dichtrings 28 auf dem Bund 24 im Bereich 22 der Verstellwelle 16 die Verstellwelle 16 nicht eingeschnürt und damit geschwächt, wodurch sie hohen Belastungen, insbesondere hohe Temperaturen, auch über eine sehr hohe Lebensdauer standhalten kann.
Die Verstellwelle 14 weist des Weiteren ein Betätigungsteil 30 auf, über welchen beispielsweise eine Ventileinrichtung, insbesondere ein Wastegate, der Turbine betätigbar ist.
Wie der 2 zu entnehmen ist, ist der Dichtring 28 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet und überdeckt den Bund 24 in radialer Richtung gemäß einem Richtungspfeil 32 der Verstellwelle 16, wodurch ein großflächiger Dichtkontakt zwischen dem Dichtring 28 und dem Gehäuse 12 sowie eine Art Labyrinthdichtung zwischen dem Dichtring 28 und der Verstellwelle 16 bzw. dem Bund 24 realisiert ist, was der Dichtwirkung besonders zuträglich ist. Die axiale Erstreckung s des Dichtrings 28 beträgt dabei beispielsweise 2 mm.
Anstelle eines im Wesentlichen L-förmigen Stoßes des Dichtrings 28 ist ebenso ein schräger Stoß des Dichtrings 28 möglich zur Darstellung einer sehr guten Dichtwirkung.
Die 3 zeigt die Verstelleinrichtung 10, wobei die Verstellwelle 14 einerseits mit einem Betätigungshebel 34 verbunden ist, welcher wiederum mittels eines Aktuators betätigbar ist, wodurch eine Verdrehung der Verstellwelle 14 um die Drehachse 18 durchführbar ist.
Ebenso in der 3 dargestellt ist eine Ventileinrichtung 36, die mit dem Betätigungsteil 30 verbunden ist. Wie den 3 und 4 zu entnehmen ist, führt dabei eine Verdrehung der Verstellwelle 14 durch eine Betätigung des Betätigungshebels 34 zu einem Öffnen bzw. einem Schließen der Ventileinrichtung 36, wobei dadurch beispielsweise ein Ladedruck des besagten Abgasturboladers begrenzbar ist.

Claims

Verstelleinrichtung (10) für eine Aufladeeinrichtung, wobei die Aufladeeinrichtung in Form eines Abgasturboladers ausgebildet ist, mit einem Lagerelement (14), in welchem zumindest bereichsweise eine Verstellwelle (16) zumindest bereichsweise aufgenommen ist und mittels welchem die Verstellwelle (16) in einem Gehäuse (12) der Aufladeeinrichtung lagerbar ist, auf der Verstellwelle (16) in einem das Lagerelement (14) in axialer Richtung (20) überragenden Bereich (22) der Verstellwelle (16) zumindest ein Dichtungselement (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle (16) in dem Bereich (22) einen Bund (24) aufweist, auf welchem das Dichtungselement (28) angeordnet ist, und wobei das Dichtungselement (28) den Bund (24) in radialer Richtung (32) zumindest bereichsweise überdeckt.
Verstelleinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (28) zumindest bereichsweise in einer korrespondierenden Nut (26) aufgenommen ist.
Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (28) als ein Dichtring (28) ausgebildet ist.
Aufladeeinrichtung, wobei die Aufladeeinrichtung in Form eines Abgasturboladers ausgebildet ist, mit einer Verstelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Verstelleinrichtung (10) eine Ventileinrichtung (36), ein Wastegate (26) und/oder verstellbare Leitschaufeln einer variablen Turbinengeometrie der Aufladeeinrichtung betätigbar ist bzw. sind, wobei ein Dichtkontakt zwischen dem Dichtungselement (28) der Verstelleinrichtung (10) und einem Gehäuse (12) der Aufladeeinrichtung ausgebildet ist.