DE102011086031A1

DE102011086031A1 - Variable Turbinengeometrie

Info

Publication number: DE102011086031A1
Application number: DE102011086031A
Authority: DE
Inventors: Florian Rentz; Christoph Butscher
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: DE102011086031B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine variable Turbinengeometrie (1) für eine Ladeeinrichtung mit einem Schaufellagerring (2), an welchem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind, mit einem relativ zum Schaufellagerring (2) verdrehbaren Verstellring (5) zum simultanen Verdrehen der Leitschaufeln und mit zumindest einem Radialsteller (12, 12'), zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes (5) in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspiels (13) des Verstellrings (5). Durch exzentrische bzw. asymmetrische Ausbildung des Radialstellers (12, 12') bzgl. einer Befestigungsaufnahme (14), in der der Radialsteller (12, 12') in Einbaulage drehfixiert befestigt ist, gelingt es die Herstellungskosten und zu senken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinengeometrie (VTG) für eine Ladeeinrichtung mit einem Schaufellagerring, an welchem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls eine Ladeeinrichtung mit zumindest einer variablen Turbinen-/Verdichter-Geometrie.
Ladeeinrichtungen, wie zum Beispiel Abgasturbolader, können mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden. Die variable Turbinengeometrie ist mit beweglichen Leitschaufeln ausgestattet, die einen Zuströmquerschnitt der Abgase auf das Turbinenrad beeinflussen beziehungsweise verändern können. Durch eine derartige variable Turbinengeometrie ist somit turbinenseitig der Zustrom von Abgas auf das Turbinenrad veränderbar, sodass mittels der variablen Turbinengeometrie die Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrades und darüber die Leistung des Abgasturboladers beeinflusst werden kann. Verdichterseitig kann mit einer variablen Verdichtergeometrie der durch das Verdichterrad erzeugte Luft-/Abgasstrom beeinflusst werden. Vorteilhaft kann demzufolge durch Verwendung einer variablen Turbinengeometrie eine derartige Ladeeinrichtung spezifisch für die jeweilige Betriebsart eingestellt werden und eine an die Ladeeinrichtung angeschlossene Brennkraftmaschine mit einem optimierten Luft-/Abgasstrom versorgen.
Nachteilig an der Verwendung einer variablen Turbinengeometrie sind jedoch das Vorhandensein und gegebenenfalls die hohe Anzahl von/an beweglichen Teilen. Bei Verwendung von beweglichen Teilen tritt üblicherweise auch ein Spiel der einzelnen Komponenten zueinander auf. Aufgrund dessen ist die Genauigkeit, mit der eine derartige variable Turbinengeometrie eingestellt werden kann, durch das Spiel der einzelnen zueinander beweglichen Teile begrenzt. Zudem ist aufgrund eines ggf. großen Spiels der Komponenten zueinander auch ein erhöhter Verschleiß zu erwarten, wodurch die Betriebssicherheit der Ladeeinrichtung verringert ist und der Wartungsaufwand erhöht.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine variable Turbinengeometrie und für mit einer derartigen variablen Turbinengeometrie ausgestatteten Ladeeinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine höhere Einstellgenauigkeit und/oder einen geringeren Verschleiß auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die variable Turbinengeometrie für eine Ladeeinrichtung mit einem Schaufellagerring, an welchem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind, mit einem relativ zum Schaufellagerring verdrehbaren Verstellring zum simultanen Verdrehen der Leitschaufeln und mit zumindest einem Radialsteller, zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspiels des Verstellringes auszustatten, wobei der Radialsteller exzentrisch beziehungsweise asymmetrisch bezüglich einer Befestigungsaufnahme ausgebildet ist, in der der Radialsteller in Einbaulage drehfixiert befestigt ist. Aufgrund der Verwendung eines exzentrischen beziehungsweise asymmetrischen Radialstellers können sämtliche Komponenten der variablen Turbinengeometrie analog vorgefertigt und vormontiert werden und das Radialspiel des Verstellringes durch Verdrehen des Radialstellers auf die gewünschte Größe eingestellt werden. Vorteilhaft kann durch den Radialsteller zudem der Verstellring im Radialring justiert und/oder fixiert werden. Eine derartige Ausbildung der variablen Turbinengeometrie verringert die Anzahl der unterschiedlich auszubildenden Komponenten einer variablen Turbinengeometrie, vereinfacht den Herstellungsprozess und beschleunigt die Montage einer derartigen variablen Turbinengeometrie.
Dabei sind verschiedene Ausführungsformen des Radialstellers denkbar. Zum einen kann der Radialsteller einstückig ausgebildet sein oder einen separaten Lagerzapfen mit einem aufgesetzten Stellkopf aufweisen. Während der Montage kann der Lagerzapfen in der Befestigungsaufnahme verdrehbar sein oder der Stellkopf gegenüber dem Lagerzapfen, um das Radialspiel des Verstellringes einzustellen. Es ist ebenso denkbar, dass der Lagerzapfen eine Radialstufe aufweist. Im Falle einer am Lagerzapfen ausgebildeten Radialstufe kann darauf verzichtet werden, den Stellkopf exzentrisch bezüglich des Lagerzapfens auszubilden.
Es kann sowohl der Stellkopf am Lagerzapfen als auch der Lagerzapfen in der Befestigungsaufnahme mittels eines Presssitzes oder einem Verstemmen fixiert werden. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Presssitzes, da nach Ausrichtung des Radialstellers derselbe durch Einschlagen in die Befestigungsaufnahme drehfixiert werden kann, was zu einer Vereinfachung des Herstellungs- beziehungsweise Montageprozesses führt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibungen anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch:
1 eine variable Turbinengeometrie mit einem Radialsteller,
2 einen Radialsteller mit einer Radialstufe,
3a eine variable Turbinengeometrie mit einer weiteren Ausführungsform des Radialstellers,
3b eine Detaildarstellung aus 3a,
4a eine variable Turbinengeometrie mit noch einer weiteren Ausführungsform des Radialstellers,
4b eine Detaildarstellung aus 4a.
Eine in 1 dargestellte variable Turbinengeometrie 1 weist einen Schaufellagerring 2 auf, an welchem mehrere in der 1 nicht gezeigte Leitschaufeln drehbar gelagert sind. Die nicht dargestellten Leitschaufeln sind über jeweils einen Schaufellagerzapfen 3 mit jeweils einem Verstellhebel 4 verbunden und gegenüber dem jeweiligen Verstellhebel 4 drehfixiert. Mittels der Schaufellagerzapfen 3 sind sowohl die Leitschaufeln als auch die Verstellhebel 4 drehbar an dem Schaufellagerring 2 gelagert. Des Weiteren weist die variable Turbinengeometrie 1 noch einen Verstellring 5 auf, der relativ zum Schaufellagerring 2 verdrehbar ist und mit dem simultan sämtliche Leitschaufeln mittels der Verstellhebel 4 verdreht werden können. Zu diesem Zweck weisen die Verstellhebel 4 jeweils einen Hebelarm 6 auf, der in eine zugehörige Aussparung 7 des Verstellringes 5 eingreift, sodass beim Drehen des Verstellringes 5 die in den Aussparungen 7 angeordneten Hebelarme 6 der Verstellhebel 4 mitgeführt werden. Des Weiteren weist die variable Turbinengeometrie 1 mehrere Befestigungselemente 8 auf, mit denen die variable Turbinengeometrie 1 mittels des Schaufellagerringes 2 an anderen Komponenten einer Ladeeinrichtung befestigt werden kann.
Zudem kann die variable Turbinengeometrie 1 mit zumindest einem Fixierelement 9 ausgestattet sein, mit Hilfe dessen der Verstellring 5 in axialer sowie in radialer Richtung fixiert werden kann. Dabei ist das zumindest eine Fixierelement 9 bevorzugt an dem Schaufellagerring 2 befestigt und weist einen Befestigungszapfen 10 auf, mittels dem das jeweilige Fixierelement 9 in dem Schaufellagerring 2 befestigt ist und an dem ein Fixierkopf 11 gegebenenfalls drehbar positioniert ist, mit Hilfe dessen der Verstellring 5 in seiner relativen radialen sowie axialen Lage gegenüber dem Schaufellagerring 2 fixiert und/oder justiert wird. Das zumindest eine Fixierelement 9 kann an dem Schaufellagerring 2 mittels eines Presssitzes oder einem Verstemmen, Verkleben, etc. befestigt werden.
Des Weiteren kann die variable Turbinengeometrie 1 mit zumindest einem Radialsteller 12 ausgestattet sein, der zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes 5 in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspieles 13 des Verstellringes 5 dient. Dabei ist der Radialsteller 12 exzentrisch beziehungsweise asymmetrisch bezüglich einer Befestigungsaufnahme 14 ausgebildet, in der der Radialsteller 12 in Einbaulage drehfixiert befestigt ist. Ein maximal mittels des Radialstellers 12 einstellbares Radialspiel bemisst sich dabei aus der Differenz des kleinsten und dem größten Radius des Radialstellers 12. Zumindest ein Radialsteller 12 kann mittels eines Presssitzes 15 in der Befestigungsaufnahme 14 drehfixiert befestigt sein. Bevorzugt ist dabei die Befestigungsaufnahme 14 in dem Schaufellagerring 2 ausgebildet.
Der Radialsteller 12 kann einen Lagerzapfen 16 und einen Stellkopf 17 aufweisen, wobei der Radialsteller 12 zumindest mittels des Lagerzapfens 16 in der Befestigungsaufnahme 14 drehfixiert befestigt ist. Der Stellkopf 17 und der Lagerzapfen 16 können einstückig miteinander ausgebildet sein. Es ist jedoch auch eine mehrteilige Ausbildung denkbar, wobei in Einbaulage der Stellkopf 17 mittels eines Presssitzes oder einer Verkeilung, zum Beispiel mittels eines Kerbnagels, drehfixiert mit dem Lagerzapfen 16 verbunden ist.
Im Falle einer zweiteiligen Ausbildung kann der Stellkopf 17 als Hülse oder als Rolle ausgebildet sein. Des Weiteren kann der Stellkopf 17 exzentrisch bezüglich des Lagerzapfens 16 ausgebildet oder angeordnet sein, sodass durch eine Verdrehung 18 des Stellkopfes 17 gegenüber dem Lagerzapfen 16 oder, im Falle zum Beispiel einer einstückigen Ausbildung des Radialstellers 12, des Radialstellers 12 gegenüber dem Schaufellagerring 2 das Radialspiel 13 eingestellt werden kann.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Radialstellers 12' dargestellt. In dieser alternativen Ausführungsform weist ein Lagerzapfen 16' des Radialstellers 12', der in der Befestigungsaufnahme 14 mittels zum Beispiel eines Presssitzes 15 drehfixiert befestigt ist, eine Radialstufe 19 auf, die im Wesentlichen in dieser Ausführungsform die zu der Befestigungsaufnahme 14 exzentrische beziehungsweise asymmetrische Ausbildung des Radialstellers 12' herstellt. In diesem Fall kann der Stellkopf 17 rotationssymmetrisch ausgebildet sein, da in dieser Ausführungsform die exzentrische beziehungsweise asymmetrische Ausbildung durch die spezielle Form des Lagerzapfens 16' zustande kommt. Es ist in dieser Ausführungsform jedoch auch möglich, den Stellkopf 17 bezüglich des Lagerzapfens 16' asymmetrisch beziehungsweise exzentrisch auszubilden.
Das in den vorherigen Absätzen zu den 1 und 2 gesagte, gilt auch für die nachfolgend kürzer beschriebenen 3 und 4. Gemäß den 3 und 4 weist der Radialsteller 12 einen Federarm 20 aufweist, über welchen er direkt oder indirekt gegen den Verstellring 5 drückt. Am Federarm 20 ist dabei gemäß den 4a und b ein Rollenelement 21 oder gemäß den 3a, b ein Halteelement 22, insbesondere ein U-förmiges Halteelement 22 angeordnet, das über den Federarm 21 gegen den Verstellring 5 vorgespannt ist. Sowohl das Halteelement 22, das den Verstellring 5 umgreift, als auch das Rollenelement 21 sind dabei federnd gegen den Verstellring 5 vorgespannt und drücken gegen diesen in radialer Richtung.
Auch der Radialsteller 12 gemäß den 3, 4 dient dabei zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes 5 in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspiels 13 des Verstellrings 5, wobei der Radialsteller 12 exzentrisch bzgl. der Befestigungsaufnahme 14 ausgebildet ist, in der der Radialsteller 12 in Einbaulage drehfixiert befestigt ist. Durch das Rollenelement 21 sowie durch das Halteelement 22 kann auch eine axiale Fixierung des Verstellrings 5 erfolgen, da eine Umgreifung des Verstellrings 5 gegeben ist. Das Rollenelement 21 ermöglicht dabei eine Rollenlagerung des Verstellrings 5, wogegen das Halteelement 22 einen Gleitlagerkontakt zum Verstellring 5 aufweist. Generell wird auch durch den federnden Radialsteller 12 das Radialspiel 13 des Verstellrings 5 minimiert, jedoch nicht fix, wie bei den Radialstellern 12, 12' nach den 1 und 2, sondern flexibel, das heißt federnd.
Bezugszeichenliste

1: Variable Turbinengeometrie
2: Schaufellagering
3: Shaufellagerzapfen
4: Verstellhebel
5: Verstellring
6: Hebelarm
7: Aussparungen
8: Befestigungselement
9: Fixierelement
10: Befestigungszapfen
11: Fixierkopf
12, 12': Radialsteller
13: Radialspiel
14: Befestigungsaufnahme
15: Presssitz
16, 16': Lagerzapfen
17: Stellkopf
18: Verdrehung
19: Presssitz

Claims

Variable Turbinengeometrie für eine Ladeeinrichtung mit – einem Schaufellagerring (2), an welchem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind, – einem relativ zum Schaufellagerring (2) verdrehbaren Verstellring (5) zum simultanen Verdrehen der Leitschaufeln, – zumindest einem Radialsteller (12, 12'), zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes (5) in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspiels (13) des Verstellrings (5), – wobei der Radialsteller (12, 12') exzentrisch bzw. asymmetrisch bzgl. einer Befestigungsaufnahme (14) ausgebildet ist, in der der Radialsteller (12, 12') in Einbaulage drehfixiert befestigt ist.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radialsteller (12, 12') mittels eines Presssitzes (15) in der Befestigungsaufnahme (14) drehfixiert befestigt ist.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsaufnahme (14) in dem Schaufellagerring (2) ausgebildet ist.
Variable Turbinengeometrie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialsteller (12, 12') einen Lagerzapfen (16, 16') und einen Stellkopf (17) aufweist, wobei der Radialsteller (12, 12') mittels des Lagerzapfens (16, 16') in der Befestigungsaufnahme (14) drehfixiert befestigt ist.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Stellkopf (17) exzentrisch bzgl. des Lagerzapfens (16, 16') ausgebildet oder angeordnet ist und/oder – der Lagerzapfen (16, 16') eine Radialstufe (19) aufweist.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkopf (17) als Hülse oder als Rolle ausgebildet ist.
Variable Turbinengeometrie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der Stellkopf (17) und der Lagerzapfen (16, 16') einstückig miteinander ausgebildet sind, oder – der Stellkopf (17) mittels eines Presssitzes (15) oder einer Verkeilung, z.B. mittels eines Kerbnagels, drehfixiert mit dem Lagerzapfen (16, 16') verbunden ist.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialsteller (12, 12') einen Federarm aufweist, über welchen er direkt oder indirekt gegen den Verstellring (5) drückt.
Variable Turbinengeometrie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Federarm ein Rollenelement oder ein Halteelement, insbesondere ein U-förmiges Halteelement angeordnet ist, das über den Federarm gegen den Verstellring (5) vorgespannt ist.
Ladeeinrichtung mit zumindest einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zumindest einen Radialsteller (12, 12') zum Justieren und/oder Fixieren des Verstellringes (5) in Radialrichtung und/oder zum Einstellen eines Radialspiels (13) des Verstellrings (5) aufweist, wobei der Radialsteller (12, 12') exzentrisch bzw. asymmetrisch bzgl. einer Befestigungsaufnahme (14) ausgebildet ist, in der der Radialsteller () in Einbaulage drehfixiert befestigt ist.