DE102011079580A1 - Variable turbine / compressor geometry and associated manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) für eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, wobei die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) einen Schaufellagerring (3) aufweist, in dem Leitschaufeln (8) über jeweils einen Schaufelzapfen (9) angeordnet sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass zumindest ein Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2), also insbesondere eine Leitschaufel (8) und/oder zumindest ein Teil des Schaufellagerrings (3) durch ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM) hergestellt sind/ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) sowie eine Ladeeinrichtung (1) mit einer derartigen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2).The present invention relates to a variable turbine / compressor geometry (2) for a charging device (1), in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, wherein the variable turbine / compressor geometry (2) has a blade bearing ring (3), in the guide vanes (8) via in each case a blade journal (9) are arranged. It is essential to the invention that at least one component of the variable turbine / compressor geometry (2), ie in particular a guide vane (8) and / or at least a part of the vane bearing ring (3), is / are produced by an electrochemical removal method (ECM). The invention further relates to a method for producing such a variable turbine / compressor geometry (2) and to a charging device (1) having such a variable turbine / compressor geometry (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie für eine Ladeeinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Herstellverfahren für eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung mit einer derartigen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie. The present invention relates to a variable turbine / compressor geometry for a charging device, according to the preamble of claim 1 and to a manufacturing method for such a variable turbine / compressor geometry. The invention also relates to a charging device with such a variable turbine / compressor geometry.

Zur Leistungsregulierung weisen Ladeeinrichtungen häufig variable Turbinen-/Verdichtergeometrien auf, die durch eine Variation eines Querschnittes für ein die Ladeeinrichtung antreibendes Fluid die Leistung der Ladeeinrichtung verändern. Dazu weisen gattungsgemäße variable Turbinen-/Verdichtergeometrien Leitschaufeln auf, die jeweils über einen Schaufelzapfen in einem Schaufellagerring angeordnet sind. Nachteilig dabei ist, dass die Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, also insbesondere die Leitschaufeln, die Schaufelzapfen und der Schaufellagerring, durch ein Gussverfahren hergestellt werden. Dieses Gussverfahren macht dabei eine weitere Verarbeitung dieser Bestandteile, beispielsweise das Schleifen, notwendig. Dies führt insbesondere zu hohen Herstellungskosten der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie. For power regulation, chargers often have variable turbine / compressor geometries that alter the power of the charger by varying a cross section for a fluid driving the charger. For this purpose, generic variable turbine / compressor geometries have guide vanes which are each arranged via a blade journal in a blade bearing ring. The disadvantage here is that the components of the variable turbine / compressor geometry, ie in particular the guide vanes, the blade pin and the blade bearing ring, are produced by a casting process. This casting process makes further processing of these components, such as grinding, necessary. This leads in particular to high production costs of the variable turbine / compressor geometry.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine wirtschaftliche Herstellung auszeichnet. The present invention therefore deals with the problem of providing for a variable turbine / compressor geometry of the generic type an improved or at least alternative embodiment, which is characterized in particular by economical production.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the independent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit jeweils über einen Schaufelzapfen in einem Schaufellagerring angeordneten Leitschaufeln, zumindest einen Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie durch ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM elektro chemical machining) herzustellen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass das elektrochemische Abtragverfahren zu einer präzisen Herstellung der Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie führt und darüber hinaus keine oder zumindest nur eine geringfügige Nachbearbeitung der mit diesem Verfahren hergestellten Bestandteile erfordert. The present invention is based on the general idea, in a variable turbine / compressor geometry, in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, each arranged via a blade journal in a blade bearing ring vanes, at least one component of the variable turbine / compressor geometry by an electrochemical removal method (ECM electro chemical machining). The invention uses the knowledge that the electrochemical removal process leads to a precise production of the components of the variable turbine / compressor geometry and moreover requires no or at least only a minor reworking of the components produced by this process.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist eine Ausführungsform zumindest eine Leitschaufel auf, die durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt ist. Dabei können also eine oder mehrere der Leitschaufeln der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie durch ein derartiges Verfahren hergestellt sein. According to the concept of the invention, an embodiment has at least one vane, which is produced by an electrochemical removal method. In this case, one or more of the vanes of the variable turbine / compressor geometry can thus be produced by such a method.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie ein Schaufellagerring auf, der durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt ist. Ein derartiger Schaufellagerring kann dabei auch nur teilweise durch ein derartiges Verfahren hergestellt sein. Als Beispiel für einen derartigen Schaufellagerring sei auf eine Ausführungsform hingewiesen, bei dem lediglich eine oder mehrere der Öffnungen im Schaufellagerring, in denen die Schaufelzapfen angeordnet sind, mit einem elektrochemischen Abtragverfahren hergestellt ist/sind. In another embodiment, the variable turbine / compressor geometry includes a vane bearing ring made by an electrochemical removal process. Such a blade bearing ring can also be made only partially by such a method. As an example of such a blade bearing ring is pointed to an embodiment in which only one or more of the openings in the blade bearing ring, in which the blade pins are arranged, is prepared by an electrochemical removal method / are.

Die Bestandteile einer solchen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie können dabei gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden:
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere gleiche Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie gleichzeitig hergestellt. Es werden also insbesondere mehrere Leitschaufeln gleichzeitig, das heißt insbesondere im gleichen Verfahrenszyklus, durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt. Gleiches gilt für Schaufellagerringe. Dabei kann das gleichzeitige elektrochemische Abtragverfahren auch einen Teil der Herstellung der entsprechenden Bestandteile betreffen. Hierbei sei auf die gleichzeitige Herstellung von Schaufelzapfenöffnungen eines Schaufellagerringes bzw. mehrerer Schaufellagerringe hingewiesen. Hierbei wird also der entsprechende Schaufellagerring durch ein elektrochemisches Abtragverfahren insbesondere bearbeitet. Es sind auch Verfahren vorstellbar, bei denen mehrere Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, beispielsweise der Schaufellagerring und die zugehörigen Leitschaufeln, gleichzeitig durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt werden, wobei der Schaufellagerring und die Leitschaufeln beim elektrochemischen Abtragverfahren räumlich getrennt sein können oder optional aus einem zusammenhängenden Ausgangsmaterial hergestellt werden. The components of such a variable turbine / compressor geometry can be produced according to the method described below:
In an advantageous embodiment of the method, a plurality of identical components of the variable turbine / compressor geometry are produced simultaneously. Thus, in particular a plurality of guide vanes are produced simultaneously, that is to say in particular in the same process cycle, by the electrochemical removal method. The same applies to blade bearing rings. The simultaneous electrochemical removal process may also relate to a part of the production of the corresponding constituents. Reference should be made to the simultaneous production of blade journal openings of a blade bearing ring or a plurality of blade bearing rings. Here, therefore, the corresponding blade bearing ring is processed by an electrochemical removal process in particular. Methods are also conceivable in which a plurality of components of the variable turbine / compressor geometry, for example the blade bearing ring and the associated guide vanes, are produced simultaneously by the electrochemical removal method, wherein the blade bearing ring and the guide vanes can be spatially separated during the electrochemical removal process or optionally from one contiguous starting material.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellten Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie entgratet, wobei die Entgratung vorzugsweise mechanisch erfolgt. Dies dient insbesondere dem Zweck, etwaige unerwünschte Kanten des entsprechenden Bestandteiles zu beseitigen. In a further embodiment of the method, the components of the variable turbine / compressor geometry produced by the electrochemical removal method are deburred, the deburring preferably taking place mechanically. This serves in particular the purpose of eliminating any unwanted edges of the corresponding component.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient ein Blech als Ausgangsmaterial für die durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellten Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie. Die entsprechenden Bestandteile werden also insbesondere aus Blechtafeln oder Ronden hergestellt, die einer Vorrichtung zum elektrochemischen Abtragverfahren zugeführt werden.In a further preferred embodiment of the invention, a sheet serves as a starting material for the components of the variable turbine / compressor geometry produced by the electrochemical removal method. The corresponding constituents are thus produced, in particular, from metal sheets or round blanks which are fed to a device for the electrochemical removal process.

Es sei darauf hingewiesen, dass beim elektrochemischen Abtragverfahren ein entsprechendes Elektrolyt verwendet wird. Dabei sei insbesondere auf Salzlösungen, beispielsweise auf Natriumchlorid oder Natriumnitrat hingewiesen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das elektrochemische Abtragverfahren einem Erodierverfahren äquivalent ist und der Erfindungsgedanke entsprechend auf ein derartiges Erodierverfahren übertragen werden kann. It should be noted that in the electrochemical removal process, a corresponding electrolyte is used. Particular attention should be drawn to salt solutions, for example sodium chloride or sodium nitrate. It should also be noted that the electrochemical removal method is equivalent to an erosion method, and the inventive concept can be correspondingly applied to such an erosion method.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie auf. Dies führt insbesondere zu einer wirtschaftlichen, weil kostengünstigen, Herstellung der Ladeeinrichtung. In an advantageous development of the solution according to the invention, a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, has such a variable turbine / compressor geometry. This leads in particular to an economical, because cost-effective, production of the charging device.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

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.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and are explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt eine Draufsicht einer Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie.The only 1 shows a plan view of a charging device with a variable turbine / compressor geometry.

Wie in der 1 gezeigt ist, weist eine Ladeeinrichtung 1 eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie 2 auf. Dabei umfasst die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie 2 einen Schaufellagerring 3, wobei eine Turbine 4 der Ladeeinrichtung 1 in der Öffnung 5 der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 2 koaxial angeordnet ist. Eine Welle 6 der Turbine 4 ist dabei mit Laufschaufeln 7 verbunden, die radial um die Welle 6 angeordnet sind. Die variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie 2 weist dabei Leitschaufeln 8 auf, von denen exemplarisch zwei gezeigt sind. Die Leitschaufeln 8 sind jeweils über einen Schaufelzapfen 9, die in Schaufellageröffnungen 10 des Schaufellagerrings 3 angeordnet sind. Zur besseren Veranschaulichung weist die in 1 gezeigte Ausführungsform Schaufellagerringöffnungen 10 auf, in denen keine Schaufelzapfen 9 bzw. Leitschaufeln 8 angeordnet ist. Die Schaufellagerringöffnungen 10 sind radial zu einem Mittelpunkt 11 des Schaufellagerrings 3, also entlang eines Kreises 12 mit dem Mittelpunkt 11 angeordnet. Damit weisen auch die Leitschaufeln 8 eine derartige Anordnung bezüglich des Schaufellagerrings 3 bzw. des Mittelpunktes 11 auf. Like in the 1 is shown, has a charging device 1 a variable turbine / compressor geometry 2 on. This includes the variable turbine / compressor geometry 2 a blade bearing ring 3 where a turbine 4 the charging device 1 in the opening 5 the variable turbine / compressor geometry 2 is arranged coaxially. A wave 6 the turbine 4 is doing with blades 7 connected radially around the shaft 6 are arranged. The variable turbine or compressor geometry 2 has guide vanes 8th two of which are shown by way of example. The vanes 8th are each about a scoop pin 9 that are in vane bearing openings 10 of the vane bearing ring 3 are arranged. For better illustration, the in 1 embodiment shown blade bearing ring openings 10 on, in which no scoop pegs 9 or vanes 8th is arranged. The vane bearing ring openings 10 are radial to a midpoint 11 of the vane bearing ring 3 that is, along a circle 12 with the center 11 arranged. This is also shown by the vanes 8th such an arrangement with respect to the vane bearing ring 3 or the center point 11 on.

Die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie 2 weist nun Leitschaufeln 8 auf, die durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt sind. Zusätzlich ist der Schaufellagerring inkl. der Öffnung 5 und der Schaufelzapfenöffnungen 10 mit einem derartigen Verfahren hergestellt. Dabei können alle Leitschaufeln 8 der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 2 gleichzeitig durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt werden. The variable turbine / compressor geometry 2 now has guide vanes 8th which are produced by an electrochemical removal process. In addition, the blade bearing ring including the opening 5 and the bucket pin holes 10 produced by such a method. It can all the vanes 8th the variable turbine / compressor geometry 2 be produced simultaneously by the electrochemical removal process.

Claims (9)

Variable Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) für eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit jeweils über einen Schaufelzapfen (9) in einem Schaufellagerring (3) angeordneten Leitschaufeln (8), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) durch ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM) hergestellt ist.Variable turbine / compressor geometry ( 2 ) for a charging device ( 1 ), in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, each with a blade ( 9 ) in a blade bearing ring ( 3 ) arranged guide vanes ( 8th ), characterized in that at least one component of the variable turbine / compressor geometry ( 2 ) is produced by an electrochemical erosion process (ECM). Variable Turbinen-/Verdichtergeometrie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bestandteile eine Leitschaufel (8) und/oder ein Schaufellagerring (3) ist.Variable turbine / compressor geometry according to claim 1, characterized in that at least one of the constituents of a guide vane ( 8th ) and / or a blade bearing ring ( 3 ). Variable Turbinen-/Verdichtergeometrie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bestandteil eine Schaufelzapfenöffnung (10) im Schaufellagerring (3) ist.Variable turbine / compressor geometry according to claim 2, characterized in that at least one of the component a blade journal opening ( 10 ) in the blade bearing ring ( 3 ). Verfahren zur Herstellung einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2), mit jeweils über einen Schaufelzapfen (9) in einem Schaufellagerring (3) drehbar angeordneten Leitschaufeln (9), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) durch ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM) hergestellt wird.Method for producing a variable turbine / compressor geometry ( 2 ), each with a blade ( 9 ) in a blade bearing ring ( 3 ) rotatably arranged guide vanes ( 9 ), characterized in that at least one component of the variable turbine / compressor geometry ( 2 ) is produced by an electrochemical removal process (ECM). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bestandteile gleichzeitig durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt bzw. bearbeitet werden.A method according to claim 4, characterized in that a plurality of components are produced or processed simultaneously by the electrochemical removal process. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bestandteil nach dem elektrochemischen Abtragen mechanisch entgratet wird. A method according to claim 4 or 5, characterized in that at least one component is mechanically deburred after the electrochemical removal. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil vor dem elektrochemischen Abtragen aus einem Blech gestanzt wird. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the component is punched from a sheet before the electrochemical ablation. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt eine Salzlösung, insbesondere Natriumchlorid oder Natriumnitrat, verwendet wird. Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that a salt solution, in particular sodium chloride or sodium nitrate, is used as the electrolyte. Ladeeinrichtung (1), insbesondere Abgasturbolader, mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.Charging device ( 1 ), in particular exhaust gas turbocharger, with a variable turbine / compressor geometry ( 2 ) according to one of claims 1 to 3.
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