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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ladeeinrichtungen sind insbesondere bei Kraftfahrzeugen häufig verwendete Einrichtungen zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen. Bei einem Abgasturbolader treibt ein Abgas der Brennkraftmaschine eine Turbine der Ladeeinrichtung an, die durch eine Welle mit einem Verdichter der Ladeeinrichtung gekoppelt ist. Die Rotation der Turbine wird somit über die Welle auf den Verdichter übertragen, der eine der Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft verdichtet. Die Verdichtung der Ladeluft führt dabei zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Zur Regulierung des der Turbine antreibenden Abgases, weisen gattungsgemäße Ladeeinrichtungen insbesondere eine Wastegate-Ventilvorrichtung auf. Die Wastegate-Ventilvorrichtung erlaubt es, eine Abgasmenge des Abgases an der Turbine der Ladeeinrichtung vorbeizuführen, ohne dass diese Abgasmenge dem Antrieb der Turbine dient. Die Wastegate-Ventilvorrichtung stellt also bei Bedarf eine Bypassströmung vorbei an der Turbine der Ladeeinrichtung her. Hierzu weist die Wastegate-Ventilvorrichtung einen Antriebsstrang auf, welcher einen Aktuatorenhebel, eine drehfest mit dem Aktuatorenhebel verbundene, in einer Buchse gelagerte, Spindel mit einem davon abstehenden Spindelarm und einen am Spindelarm befestigten Ventilteller umfasst.
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Eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung ist beispielsweise aus
WO 2010/135104 A2 bekannt.
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Problematisch bei derartigen Ladeeinrichtungen ist, dass die Bestandteile des Antriebsstranges, insbesondere produktionsbedingt, Toleranzen aufweisen, die ein Spiel der aneinander gekoppelten Bestandteile erlauben. Dies führt insbesondere dazu, dass Bewegungen der Brennkraftmaschine, beispielsweise Schwingungen der Brennkraftmaschine, zu relativen Bewegungen der Bestandteile des Antriebsstranges gegeneinander führen, die unerwünschte Geräusche der Ladeeinrichtung erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine Vermeidung oder zumindest Reduzierung der Geräusche der Ladeeinrichtung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken zumindest ein Dämpfungselement vorzusehen, das in einem und/oder am Antriebsstrang einer Wastegate-Ventilvorrichtung einer Ladeeinrichtung angeordnet ist. Das Dämpfungselement ist also insbesondere zwischen den Bestandteilen des Antriebsstranges und/oder zwischen dem Antriebsstrang und einer Buchse angeordnet, und verhindert somit relative Bewegungen der Bestandteile des Antriebsstranges gegeneinander bzw. verhindert relative Bewegungen des Antriebsstranges gegenüber der Buchse oder vermindert diese zumindest. Bei der Ladeeinrichtung, insbesondere einem Abgasturbolader, einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, umfasst der Antriebsstrang der Wastegate-Ventilvorrichtung einen Aktuatorenhebel, eine drehfest mit dem Aktuatorenhebel verbundene und in einer Buchse gelagerte Spindel mit einem davon abstehenden Spindelarm, sowie einen am Spindelarm befestigten Ventilteller. Die Buchse durchsetzt eine Gehäusewand eines Gehäuses der Ladeeinrichtung. Der Antriebsstrang ist weiter derart angeordnet, dass sich der Aktuatorenhebel außerhalb eines Gehäuses der Ladeeinrichtung befindet und der Ventilteller innerhalb des Gehäuses befindet.
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Erfindungsgemäß ist ein solches Dämpfungselement zwischen der Spindel und der Buchse angeordnet. Hierzu weist die Spindel beispielsweise einen Bund auf, an dem die Buchse axial anliegt. Der Bund befindet sich zweckmäßig an einem Ende und der Buchse benachbarten Bereich der Spindel und verläuft optional über den gesamten Umlauf der Spindel in diesem Bereich. Es sind aber auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen der Bund lediglich über einen Umfangsbereich der Spindel verläuft. Beispielsweise ist zumindest ein Dämpfungselement zwischen dem Bund der Spindel und der Buchse angeordnet. Dabei ist auch vorstellbar, dass mehrere Dämpfungselemente entlang der jeweiligen Bunde angeordnet sind bzw. dass bei Vorhandensein mehrerer Bunde, zumindest ein Dämpfungselement lediglich zwischen einem oder mehreren dieser Bunde und der Buchse angeordnet ist. Diese Anordnungen der Dämpfungselemente dienen nun insbesondere dem Zweck, axiale Schwingungen bzw. Bewegungen der Spindel und somit des Antriebsstranges gegenüber der Buchse zu dämpfen und somit unerwünschte Geräusche der Ladeeinrichtung zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
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Gemäß der Erfindung ist zumindest ein solches Dämpfungselement zwischen der Buchse und dem Aktuatorenhebel angeordnet. Dazu befindet sich das Dämpfungselement vorzugsweise außerhalb der Öffnung der Buchse und ist derart angeordnet, dass es zumindest bereichsweise entlang einer dem Aktuatorenhebel zugewandten Stirnseite der Buchse verläuft. Weist die Spindel auf der dem Aktuatorenhebel zugewandten Seite einen oder mehrere Bunde auf, so befindet sich das Dämpfungselement, welches zwischen der Buchse und dem Aktuatorenhebel angeordnet ist, vorzugsweise außerhalb des Kontaktbereiches zwischen dem Bund dem Aktuatorenhebel und verläuft vorzugsweise parallel dazu. Diese Anordnung dient nun ebenfalls insbesondere dem Zweck, relative axiale Bewegungen bzw. Schwingungen des Antriebsstranges und der Buchse zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, wodurch unerwünschte Geräusche verhindert oder zumindest reduziert werden.
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Erfindungsgemäß sind die einzelnen Dämpfungselemente bedingt durch die Anordnung bzw. durch die Bauform der Bestandteile des Antriebsstranges bzw. der Buchse vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Vorstellbar sind aber auch Dämpfungselemente, welche ringsegmentförmig ausgebildet sind. Die Dämpfungselemente sind weiter vorzugsweise scheibenförmig ausgeformt, womit insbesondere eine einfache Herstellung und Montage gewährleistet ist. Auch sind Dämpfungselemente vorstellbar, die eine gekrümmte, insbesondere eine wellige Form aufweisen. Die gekrümmte bzw. wellige Form verläuft dabei vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung des Dämpfungselements. Eine weitere Variante von Dämpfungselementen zeigt Abkantungen, die ebenfalls entlang der Umfangsrichtung verlaufen. Dabei verlaufen die gekrümmte Form und/oder die Abkantung über den gesamten Umfang des Dämpfungselements oder über einen Teil des Umfanges. Auch sind Dämpfungselemente vorstellbar, die unterschiedliche Krümmungen, insbesondere Wellen, bzw. Abkantungen aufweisen. Eine besonders ausgeprägte Dämpfung der Schwingungen ist auch durch Dämpfungselemente realisierbar, welche aus einem Gewebe, insbesondere einem Drahtgewebe, ausgebildet sind. Das Gewebe kann dabei in einer vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere montagebedingt, in einem Mantel angeordnet sein, wobei der Mantel das Gewebe gänzlich oder teilweise umhüllt. Die Umhüllung des Gewebes durch den Mantel stellt also insbesondere eine Kapselung bzw. teilweise Kapselung dar. Dabei kann der Mantel das Gewebe U-förmig, L-förmig, ringförmig oder ringsegment-förmig umhüllen. Weiter ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Mantel aus einem Formmaterial, insbesondere Blech, hergestellt. Diese Abweichungen von der Scheibenform der Dämpfungselemente dienen insbesondere dem Zweck, bei den Dämpfungselementen unterschiedliche Resonanzfrequenzen zu erzielen, welche sich insbesondere von den Resonanzfrequenzen des Antriebsstranges bzw. der Buchse unterscheiden.
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Die einzelnen Dämpfungselemente, sind bedingt durch die Betriebsbedingungen der Ladeeinrichtung, vorzugsweise aus einem thermoresistenten Material hergestellt. Hierbei sei insbesondere auf Metalle hingewiesen, die zusätzlich eine einfache und kostengünstige Herstellung der Dämpfungselemente erlauben.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, ist zumindest ein solches Dämpfungselement zwischen dem Spindelarm und dem am Spindelarm befestigten Ventilteller angeordnet. Hierzu ist die Befestigung zwischen dem Spindelarm und dem Ventilteller beispielsweise derart realisiert, dass der Ventilteller einen abstehenden Dorn aufweist und der Spindelarm eine Aufnahmeöffnung umfasst. Dabei durchsetzt der Dorn des Ventiltellers die Aufnahmeöffnung des Spindelarms und ist auf der vom Ventilteller abgewandten Seite des Spindelarmes über eine Scheibe am Spindelarm abgestützt. Hierzu weist der Dorn auf der vom Ventilteller abgewandten Seite optional eine Wölbung auf, welche die Scheibe überragt und sie teilweise bedeckt. Nun ist zumindest ein Dämpfungselement zwischen dem Spindelarm und der Scheibe angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist ein Dämpfungselement zwischen dem Spindelarm und dem Ventilteller angeordnet. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen zumindest ein Dämpfungselement radial zwischen dem Spindelarm und dem Dorn angeordnet ist. Hierzu weist der Spindelarm beispielsweise eine radiale und dem Dorn zugewandte Schulter auf, auf der das Dämpfungselement angeordnet ist. Dabei kann ein solches Dämpfungselement den Spindelarm überragen und die Scheibe kontaktieren. Diese Ausführungsformen dienen insbesondere dem Zweck, relative Bewegungen des Spindelarmes und des Ventiltellers zueinander zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, wodurch ein durch diese relative Bewegung des Spindelarmes und des Ventiltellers zueinander entstehendes Geräusch verhindert oder zumindest reduziert wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Antriebsstrang derart ausgebildet, dass der Spindelarm integral an der Spindel ausgeformt ist. Die Spindel und der Spindelarm sind also insbesondere einstückig bzw. aus einem Werkstoff, beispielsweise durch ein Gussverfahren, hergestellt. Folglich sind keine Bewegungen zwischen Spindel und Spindelarm möglich, womit die damit verbundenen Geräusche verhindert sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Antriebsstrang derart ausgebildet, dass die Seite des Ventiltellers, die mit einem Ventilsitz der Wastegate-Ventilvorrichtung zusammenwirkt, diesen also insbesondere abdecken kann, in einer Ebene liegt, in welcher auch die Drehachse der Spindel liegt. Die vom Dorn abgewandte Kontaktseite des Ventiltellers verläuft also insbesondere parallel zur Drehachse der Spindel.
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Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen, bei denen mehrere Dämpfungselemente aneinander angeordnet sind, ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehören. Dabei sind die einzelnen, aneinander angeordneten Dämpfungselemente beispielsweise aufeinander gestapelt. Die benachbarten Dämpfungselemente weisen dabei vorzugsweise unterschiedliche Formen, Größen, insbesondere Dicken, und Geometrien sowie Materialien auf. Dies dient insbesondere dem Zweck, eine Resonanz dieser Dämpfungselementeanordnungen zu verhindern. Es sind jedoch auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen mehrere identische Dämpfungselemente aneinander angeordnet sind. Optional ist eine bzw. sind mehrere der aneinander angeordneten Dämpfungselemente dafür vorgesehen, den Verschleiß der restlichen Dämpfungselemente zu verhindern bzw. zu reduzieren.
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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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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 einen Querschnitt durch eine Ladeeinrichtung,
- 2 bis 4 einen Querschnitt durch einen Antriebsstrang, jeweils unterschiedlicher Ausführungsformen.
- 5 bis 7 einen Querschnitt durch ein Dämpfungselement, jeweils unterschiedlicher Ausführungsformen.
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Entsprechend 1 weist eine Ladeeinrichtung 1 eine Wastegate-Ventilvorrichtung 2 auf, die einen Antriebsstrang 3 umfasst. Der Antriebsstrang 3 umfasst einen Aktuatorenhebel 4, eine Spindel 5, einen Spindelarm 6 sowie einen Ventilteller 7. Der Aktuatorenhebel 4 weist eine Öffnung auf, in der die Spindel 5 an einem ihrer Enden drehfest angeordnet ist, derart, dass die dem Spindelarm 6 abgewandten Seiten der Spindel 5 und des Aktuatorenhebels 4 entlang einer Ebene verlaufen. Der Spindelarm 6 steht von der Spindel 5 ab und ist integral an der Spindel 5 ausgeformt, das heißt der Spindelarm 6 und die Spindel 5 sind aus einem zusammenhängenden Material hergestellt. Die Spindel 5 ist weiter drehbar in einer Buchse 8 gelagert, wobei die Spindel 5 auf der dem Aktuatorenhebel 4 abgewandten Seite einen der Buchse 8 benachbarten Bund 9 aufweist. Die Buchse 8 durchsetzt dabei eine Gehäusewand 10 der Ladeeinrichtung 1, derart, dass durch die Lagerung der Spindel 5 in der Buchse 8, der Aktuatorenhebel 4 außerhalb eines Gehäuses 11 der Ladeeinrichtung 1 und der Spindelarm 6 sowie der Ventilteller 7 innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind. Der Bund 9 der Spindel 5 verläuft über den gesamten Umfang der Spindel 5 und weist einen Abstand zu einer dem Bund 9 zugewandten Ende der Buchse 8 auf, in der zwei Dämpfungselemente 12 angeordnet sind, wobei beide Dämpfungselemente 12 ringförmig ausgebildet sind und über den gesamten Umfang der Spindel 5 verlaufen. Die Dämpfungselemente 12 sind also zwischen der Spindel 5 und der Buchse 8 angeordnet und füllen dabei den gesamten Spalt zwischen dem Bund 9 und der Buchse 8. Weiter sind die Buchse 8 und der Antriebsstrang 3 derart angeordnet, dass zwischen dem dem Aktuatorenhebel 4 zugewandten Ende der Buchse 8 und dem der Buchse 8 zugewandten Seite des Aktuatorenhebels 4 ein weiterer Spalt entsteht, in dem zwei Dämpfungselemente 12 angeordnet sind, welche ringförmig ausgebildet sind und über den gesamten Umfang der Spindel 5 verlaufen. Diese Dämpfungselemente 12 sind also zwischen dem Aktuatorenhebel 4 und der Buchse 8 angeordnet. Alle Dämpfungselemente 12 sind dabei scheibenförmig ausgebildet und weisen die gleiche Form und Größe auf.
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Bei den in 2 bis 4 gezeigten Antriebssträngen 3 der Wastegate-Ventilvorrichtung 2, weist der Ventilteller 7 einen Dorn 13 auf. Der Dorn 13 des Ventiltellers 7 durchsetzt dabei eine Aufnahmeöffnung 14 des Spindelarmes 6, derart, dass der Dorn 13 und der Spindelarm 6 bzw. die Aufnahmeöffnung 14 koaxial angeordnet sind.
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Bei der in 2 gezeigtem Ausführungsform weist der Ventilteller 7 eine Schulter 15 auf, die koaxial zum Ventilteller 7 und Spindelarm 6 ausgebildet ist und eine Öffnung bildet, in der die Aufnahmeöffnung 14 des Spindelarmes 6 teilweise angeordnet ist, wobei der Spindelarm 6 die Schulter 15 des Ventiltellers 7 überragt. Der Dorn 13 weist entlang der dem Spindelarm 6 abgewandten Richtung eine stufige Verjüngung 16 auf, auf der eine Scheibe 17 aufliegt und den Spindelarm 6 am Dorn 13 abstützt. Eine vom Dorn 13 abgewandte Kontaktseite 18 des Ventiltellers 7, die mit einem Ventilsitz 19 der Wastegate-Ventilvorrichtung 2 zusammenwirkt, ist derart angeordnet, dass sie in einer Ebene AB mit der Drehachse 20 der Spindel 5 liegt. Die Scheibe 17 und der Spindelarm 6 bilden zwischen einander zugewandten Seiten einen Spalt, in dem ein Dämpfungselement 12 angeordnet ist. Das Dämpfungselement 12 ist dabei scheibenförmig ausgebildet und weist eine flache, ebene Form auf. Weiter verläuft das Dämpfungselement 12 über den gesamten Umfangsbereich des Spalts zwischen dem Spindelarm 6 und der Scheibe 17 und liegt in einer Ebene die parallel zur Kontaktseite 18 des Ventiltellers 7 und somit parallel zur Ebene AB verläuft.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform des Antriebsstranges 3 der Wastegate-Ventilvorrichtung 2 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Dorn 13 an seinem vom Spindelarm 6 abgewandten Ende eine Wölbung 21 aufweist, welche die Scheibe 17 gegen die Stufe 16 vorspannt. Weiter ist die Kontaktseite 17 in einer Ebene AC angeordnet, die in der gezeigten Ansicht unterhalb der Drehachse 20 der Spindel 5 liegt. Weiter ist die Kontaktseite 18 des Ventiltellers 7 derart ausgebildet, dass sie in ihre Mitte eine axial symmetrische Stufe 22 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Dämpfungselement 12 in einem Spalt zwischen dem Ventilteller 7 und dem Spindelarm 6 angeordnet. Zumindest ein weiteres Dämpfungselement 12 ist in einem weiteren Spalt zwischen dem Spindelarm 6 und der Scheibe 17 angeordnet, wobei die in 3 gezeigte Ausführungsform zwei Dämpfungselemente 12 in diesem Spalt aufweist, die axial aufeinander angeordnet. Alle Dämpfungselemente 12 weisen eine flache und ebene Form auf und verlaufen über den gesamten Umfang des zugehörigen Abschnittes des Dorns 13.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Antriebesstranges 3, weist der Spindelarm 6 im Gegensatz zu den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen eine radial verlaufende und dem Dorn 13 zugewandte Spindelarmschulter 23 auf. Das Dämpfungselement 12 ist nun auf dieser Spindelarmschulter 23 angeordnet und verläuft über den gesamten Umfang des Spindelarmes 6, wobei das Dämpfungselement 12 den Spindelarm 6 überragt und den entsprechenden Spalt zwischen dem Spindelarm 6 und dem Dorn 13 gänzlich füllt. Weiter weist das Dämpfungselement 12 die Form eines in einem Mantel 24 angeordneten Drahtgewebes 25 auf. Der Gewebemantel 24 kontaktiert dabei die Schulter 23 des Spindelarmes 6 und auf der gegenüberliegenden, dem Ventilteller 7 abgewandten, Seite die Scheibe 17.
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Die 5 bis 7 zeigen einen Querschnitt durch unterschiedliche Ausführungsformen von Dämpfungselemente 12, wobei die in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen jeweils eine entlang der Umfangsrichtung gewellte Form aufweisen. Dabei weisen bei 5 beide Oberflächen 26 eine gewellte Form auf, die in ebenen und flachen Seitenflächen 27 enden. Bei dem in 6 gezeigten Dämpfungselement 12, weist eine der Oberflächen 26` eine gewellte Form auf und die andere, gegenüberliegende Oberfläche 26" weist eine ebene und flache Form auf. Die flache Oberfläche 26" und die gewellte Oberfläche 26' treffen auf ebene und flache Seitenflächen 27. Die in 7 gezeigte Ausführungsform des Dämpfungselements 12 zeigt zwei flache und ebene Oberflächen 26`, 26", wobei eine der Oberflächen 26` durch seitliche, flache und schräge Abkantungen 28 in die andere, gegenüberliegende Oberfläche 26" endet. Dabei weisen alle Dämpfungselemente 12 keine ausgezeichnete Oberseite oder Unterseite auf. Die Dämpfungselemente 12 können also beidseitig im und/oder am Antriebsstrang 3 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladeeinrichtung
- 2
- Wastegate-Ventilvorrichtung
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- Aktuatorenhebel
- 5
- Spindel
- 6
- Spindelarm
- 7
- Ventilteller
- 8
- Buchse
- 9
- Bund
- 10
- Gehäusewand
- 11
- Gehäuse
- 12
- Dämpfungselemente
- 13
- Dorn
- 14
- Aufnahmeöffnung
- 15
- Schulter
- 16
- Verjüngung
- 17
- Scheibe
- 18
- Kontaktseite
- 19
- Ventilsitz
- 20
- Drehachse
- 21
- Wölbung
- 22
- Stufe
- 23
- Spindelarmschulter
- 24
- Gewebemantel
- 25
- Drahtgewebe
- 26
- Oberfläche
