DE102011075285A1 - Loading device, particularly exhaust gas turbocharger for motor vehicle, has guide blade which is rotatably arranged around axis in blade bearing ring and cover disk that is adjacent in axial direction of axis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Leitschaufel und/oder eine Deckscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Leitschaufel und/oder einer Deckscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.The invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a variable turbine geometry according to the preamble of claim 1, a vane and / or a cover plate according to the preamble of claim 7 and a method for producing a vane and / or a cover plate according to the preamble of claim 8.
Ladeeinrichtungen, beispielsweise in Form von Abgasturboladern, finden in Kraftfahrzeugen Verwendung und können sowohl zur Erhöhung der Leistung eines Verbrennungsmotors als auch zur Verbesserung der Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor dienen, um beispielsweise Emissionen zu reduzieren. Bei Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie sind hierzu Leitschaufeln angeordnet, die abhängig von einem gewünschten Leistungsbedarf verstellt werden können und den Ladedruck des Turboladers entsprechend regeln.Charging devices, for example in the form of exhaust gas turbochargers, are used in motor vehicles and can serve both to increase the power of an internal combustion engine and to improve the combustion of fuel in the internal combustion engine, for example to reduce emissions. For turbochargers with variable turbine geometry this guide vanes are arranged, which can be adjusted depending on a desired power requirement and regulate the boost pressure of the turbocharger accordingly.
In derartigen Ladeeinrichtungen mit variabler Turbinengeometrie wirken axiale Druckkräfte aus einem Steuerraum auf die um eine Achse verstellbaren Leitschaufeln. Diese werden dadurch gegen eine gegenüberliegende, sogenannte Deckscheibe gepresst, was im Laufe der Zeit zu einer erhöhten Hysterese und damit zu einem verschlechtertem Einstellen der Leitschaufeln führt. Ebenso erhöht sich der Verschleiß an den entsprechenden Reibflächen zwischen Leitschaufel und Deckscheibe. Darüber hinaus können die Leitschaufeln auch verklemmen, was die Ladeeinrichtung dauerhaft unbrauchbar machen kann und/oder erheblich beschädigt.In such variable turbocharger loading devices, axial thrust forces from a control space act on the vanes which are adjustable about an axis. These are thereby pressed against an opposite, so-called cover plate, which leads in the course of time to increased hysteresis and thus to a deteriorated setting of the guide vanes. Likewise, the wear on the corresponding friction surfaces between the guide blade and the cover disc increases. In addition, the vanes can also jam, which can make the charger permanently unusable and / or significantly damaged.
Aus der
Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist, dass damit zwar der Verschleiß reduziert werden kann, jedoch nur auf äußerst aufwendige Weise: Hierzu ist eine Neukonstruktion der Leitschaufeln sowie des Montageringes notwendig, was die Herstellungskosten erhöht. Zudem wird der Verschleiß nur unerheblich reduziert; es sind weiterhin großflächige, nicht zurückweichende Abschnitte notwendig, um Strömungsverhältnisse im Bereich der Leitschaufeln nicht zu sehr zu verschlechtern.A disadvantage of the known state of the art is that although the wear can be reduced, but only in an extremely complicated manner: For this purpose, a redesign of the guide vanes and the mounting ring is necessary, which increases the manufacturing cost. In addition, the wear is reduced only insignificantly; Furthermore, large-area, non-receding sections are necessary in order not to worsen flow conditions in the area of the guide vanes too much.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem für eine Ladeeinrichtung, eine Leitschaufel und/oder eine Deckscheibe eine verbesserte, insbesondere kostengünstigere und langlebigere Ausführungsform anzugeben, bei der sich die Strömungsverhältnisse nicht wesentlich verschlechtern.The present invention therefore deals with the problem for a charging device, a guide vane and / or a cover disc to provide an improved, in particular less expensive and more durable embodiment, in which the flow conditions do not deteriorate significantly.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1, 7 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claims 1, 7 and 8. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass die noppenartig ausgebildete Oberflächenstruktur auf der zumindest einen Leitschaufel und/oder der Deckscheibe gezielt den reibschlüssigen Kontakt, insbesondere die aneinander reibenden Flächen zwischen der zumindest einen Leitschaufel und der Deckscheibe reduziert, was die Lebensdauer der Leitschaufel, der Deckscheibe und/oder der Ladeeinrichtung insgesamt erhöht. Daneben ist eine Herstellung der die Reibkräfte vermindernden Noppen kostengünstig, da diese direkt mit einem Feinguss-Werkzeug zusammen mit der Leitschaufel und/oder der Deckscheibe einstückig hergestellt werden können.The present invention is based on the general idea that the nub-like surface structure on the at least one vane and / or the cover disc selectively reduces the frictional contact, in particular the mutually rubbing surfaces between the at least one vane and the cover plate, which the life of the vane, the cover plate and / or the charger increased overall. In addition, a production of the frictional forces-reducing knobs is cost-effective, since they can be made in one piece directly with a precision investment tool together with the vane and / or the cover plate.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Noppen durch Vertiefungen und/oder Erhöhungen ausgebildet. Auf diese Weise kann beispielsweise eine die Reibkräfte vermindernde Oberflächenstruktur der zumindest einen Leitschaufel ähnlich der Oberfläche eines Golfballs ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der Oberflächenstruktur der zumindest einen Leitschaufel und/oder der Deckscheibe.In an advantageous development of the solution according to the invention, the knobs are formed by depressions and / or elevations. In this way, for example, a friction-reducing surface structure of the at least one vane similar to the surface of a golf ball can be formed. This allows a flexible adaptation of the surface structure of the at least one vane and / or the cover plate.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Noppen in unregelmäßiger Weise, vorzugsweise in radialer Richtung zur Achse der Leitschaufel, angeordnet. Dies senkt die Luftströmung zwischen den Noppen auf Grund der unregelmäßigen Anordnung. Sogenannte Spaltverluste zwischen der zumindest einen Leitschaufel und der Deckscheibe werden damit verringert und der Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung wird nicht wesentlich abgesenkt. Die unregelmäßige Anordnung der Noppen reduziert somit eine unerwünschte Bypassströmung, da sie in der Art einer Labyrinthdichtung funktioniert. Weiterhin wird durch diesen Aufbau ein möglicher Bernoulli- bzw. Venturieffekt einer Spaltströmung mit lokaler Absenkung des statischen Drucks an den Strömungsflächen und damit einer gegenseitigen Anziehungskraft und einer daraus resultierenden höheren Anpresskraft (Reibung) entgegen gewirkt. In a further advantageous development of the solution according to the invention, the nubs are arranged in an irregular manner, preferably in the radial direction to the axis of the guide vane. This lowers the airflow between the pimples due to the irregular arrangement. So-called gap losses between the at least one vane and the cover plate are thus reduced and the efficiency of the charging device is not significantly lowered. The irregular arrangement of the nubs thus reduces unwanted bypass flow, since it works in the manner of a labyrinth seal. Furthermore, this structure counteracts a possible Bernoulli or Venturi effect of a gap flow with local lowering of the static pressure at the flow surfaces and thus a mutual attraction and a resulting higher contact pressure (friction).
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Noppen kreisförmigen, elliptischen, rechteckförmigen, quadratischen, trapezförmigen und/oder elliptischen Querschnitt auf. Der damit erzielte Vorteil ist, dass damit zum einen ein Unordnungsgrad der Noppen nicht auf die jeweilige Position beschränkt ist, sondern ebenfalls durch die unterschiedliche Ausbildung der Noppen erreicht und erhöht werden kann. Darüber hinaus können in verschiedenen Bereichen auf der Oberfläche der Leitschaufel und/oder der Deckscheibe unterschiedlich angeordnete Noppen mit unterschiedlichem Querschnitt angeordnet werden, was Spaltverluste und auch Reibung zwischen der zumindest einen Leitschaufel und der Deckscheibe noch weiter reduziert.In a further advantageous development of the solution according to the invention, the nubs have a circular, elliptical, rectangular, square, trapezoidal and / or elliptical cross section. The advantage thus achieved is that on the one hand a degree of disorder of the knobs is not limited to the respective position, but can also be achieved and increased by the different design of the knobs. In addition, in different areas on the surface of the guide vane and / or the cover disc differently arranged knobs can be arranged with different cross-section, which further reduces gap losses and friction between the at least one vane and the cover plate.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist ein oberer Bereich zumindest einer der Noppen in axialer Richtung halbkugelförmig, und/oder zumindest teilweise in Form eines Ellipsoiden ausgebildet. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Reibung zwischen der zumindest einen Leitschaufel und der Deckscheibe: Liegen die Noppen der zumindest einen Leitschaufel beispielsweise an einer im Wesentlichen glatten Teiloberfläche der Deckscheibe an, besteht im Wesentlichen nur ein punktueller, reibschlüssiger Kontakt zwischen den Noppen der zumindest einen Leitschaufel und der jeweiligen Teiloberfläche der Deckscheibe. In a further advantageous development of the solution according to the invention, an upper region of at least one of the nubs is hemispherical in the axial direction, and / or at least partially in the form of an ellipsoid. This allows a further reduction of the friction between the at least one guide vane and the cover disk: If the nubs of the at least one guide vane lie, for example, on a substantially smooth sub-surface of the cover disk, there is substantially only a punctual, frictional contact between the nubs of the at least one vane and the respective partial surface of the cover disc.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weisen zumindest zwei Noppen einen unterschiedlichen Querschnitt und/oder Durchmesser auf. Eine der Noppen kann dabei beispielsweise einen elliptischen Querschnitt aufweisen, die andere Noppe kann zylinderförmig ausgebildet sein und einen größeren Durchmesser als die Noppe mit elliptischem Querschnitt aufweisen. Dies senkt weiter Spaltverluste und reduziert damit eine Senkung des Wirkungsgrades der Ladeeinrichtung durch diese Spaltverluste.In a further advantageous development of the solution according to the invention, at least two knobs have a different cross section and / or diameter. One of the nubs may for example have an elliptical cross-section, the other nub may be cylindrical and have a larger diameter than the nub with elliptical cross-section. This further reduces gap losses and thus reduces a reduction in the efficiency of the charging device through these gap losses.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleich Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein the same reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigt jeweils in schematischer FormIt shows each in a schematic form
In
Auf der Stirnseite
In
In
In
Für alle Leitschaufeln
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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