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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 9 sowie einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 10.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 038 748 A1 geht ein verstellbarer Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers hervor, wobei der verstellbare Leitapparat einen Trägerring aufweist, welchem eine Mehrzahl von Leitschaufeln drehbar gelagert zugeordnet sind zur Änderung einer Anströmung, im Allgemeinen eine Abgasanströmung, eines Turbinenrades der Turbine. Die Leitschaufeln sind zwischen einer ersten Wandung und einer zweiten Wandung positioniert, wobei die erste Wandung eine den Leitschaufeln zugewandt positionierte Oberfläche des Trägerrings und die zweite Wandung eine Strömungskanalwandung eines Turbinengehäuses der Turbine ist. Zwischen Leitschaufelstirnflächen der Leitschaufeln und der ersten Wandung und/oder der zweiten Wandung ist ein Spalt mit einer axialen Ausdehnung ausbildbar. Zur Verdrehung der Leitschaufeln weist der verstellbare Leitapparat einen drehbaren ersten Drehring auf. Der Trägerring weist zur axialen Bewegbarkeit in dem Turbinengehäuse eine Lagerung in Form einer schwimmenden Lagerung. Mit Hilfe dieser axialen Bewegbarkeit ist es möglich den Spalt in seiner axialen Ausdehnung veränderbar zu gestalten. Die axiale Bewegung erfolgt selbstregelnd aufgrund am Trägerring anliegender Druckunterschiede. Eine axiale Bewegung des Trägerrings im Falle eines Verklemmens der Leitschaufeln ist nicht sichergestellt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 060 251 A1 offenbart einen Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie in Form eines verstellbaren Leitapparates, wobei der Trägerring mit Hilfe einer Spannkraft und positionierten Distanzhaltern gegen die dem Trägerring gegenüberliegende Wandung gedrückt wird. Mit Hilfe einer hebelartigen Vorrichtung wird gegen die anliegende Spannkraft eine weitere Kraft dem Trägerring aufgeprägt, welche eine Änderung der axialen Lage des Trägerrings bewirkt. Die Vorrichtung zur axialen Bewegung des Trägerrings ist kraftintensiv ausgestaltet, wobei ein Verkanten kraftübertragender Bauteile aufgrund der hebelartigen Vorrichtung nicht auszuschließen ist.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 111 196 B1 geht ein verstellbarer Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers hervor. Dem Trägerring gegenüberliegend ist im Turbinengehäuse eine Ausgleichsvorrichtung angeordnet, mit deren Hilfe der zwischen Leitschaufelstirnflächen der Leitschaufeln und den die Leitschaufelstirnflächen begrenzenden Wandungen vorliegende Spalt veränderbar ist. Dabei weist die Ausgleichsvorrichtung einen axial bewegbaren Wandabschnitt in Form eines Ringkolbens auf, welcher mit Hilfe von Druckluft pneumatisch positionierbar ist, so dass, je nach Positionierung des Ringkolbens eine Reduzierung oder Vergrößerung des Spaltes erfolgt. Mit Hilfe dieses Systems ist zwar ein dem Trägerring gegenüberliegend ausgebildeter Wandabschnitt zur Reduzierung der axialen Spaltausdehnung bewegbar, allerdings nicht der Trägerring selbst.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen verstellbaren Leitapparat bereitzustellen, welcher auf eine einfache und sichere Art und Weise eine Positionierung eines Trägerrings zur Änderung einer axialen Spaltausdehnung bei gleichzeitig reduzierter Klemmgefahr aufweist, eine Turbine bereitzustellen, welche einen hohen Wirkungsgrad bei insbesondere niedrigen Massendurchsätzen als Folge einer Reduzierung von Spaltverlusten aufweist und einen Abgasturbolader anzugeben, welcher eine hohe Leistung insbesondere bei niedrigen Massendurchsätzen als Folge einer Anpassung der axialen Spaltausdehnung sicherstellt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem verstellbaren Leitapparat gemäß Anspruch 1, einer Turbine gemäß Anspruch 9 und einem Abgasturbolader gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausbildungen an.
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Erfindungsgemäß weist der verstellbare Leitapparat einen drehbaren zweiten Drehring auf, mit dessen Hilfe der Trägerring entlang seiner Symmetrieachse mittelbar oder unmittelbar axial positionierbar ist, wobei mindestens der Trägerring und der zweite Drehring kraftübertragbar koaxial angeordnet sind. Die koaxiale Positionierung des Trägerrings und des zweiten Drehrings ermöglicht eine mittelbare oder unmittelbare flächenförmige Kraftübertragung über eine vollständige radiale Fläche des Trägerrings und des zweiten Drehrings, so dass eine Kippneigung bei der Kraftübertragung eines der kraftübertragend miteinander in Verbindung stehenden Bauteile, wesentlich reduziert ist, bzw. ausgeschlossen werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mit Hilfe des zweiten Drehringes die axiale Positionierung des Trägerrings formschlüssig und eine Verdrehung der Leitschaufeln kraftschlüssig initiierbar. Dies birgt den Vorteil, dass sowohl eine axiale Positionierung des Trägerrings als auch eine Verdrehung der Leitschaufeln mit Hilfe des zweiten Drehrings sicher und ohne ein Verkanten der Leitschaufeln erfolgen kann. Das heißt, dass eine Bewegung der Leitschaufeln und eine Entlastung bei Verkanten oder Klemmen mit nur einem Akutator initiierbar ist. Mit Hilfe der formschlüssigen Initiierbarkeit zur axialen Positionierung des Trägerrings ist eine Kraftübertragung auch bei hohen Kräften gesichert möglich, wohingegen aufgrund der kraftschlüssigen Initiierbarkeit bereits bei kleinen Kräften die Leitschaufeln erfolgreich drehbar sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Drehring axial dem ersten Drehring benachbart angeordnet, wobei eine erste Ringfläche des ersten Drehrings und eine zweite Ringfläche des zweiten Drehrings berührbar einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die erste Ringfläche komplementär zur zweiten Ringfläche ausgebildet ist. Somit kann eine Krafteinleitung zur Positionierung des Trägerrings und zur Verdrehung der Leitschaufeln am zweiten Drehring erfolgen. Aufgrund einer ausgebildeten Flächenberührung des ersten Drehrings und des zweiten Drehrings ist damit eine Rotationsbewegung des zweiten Drehrings auf den ersten Drehring übertragbar, ähnlich einer Schleifkupplung.
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Üblicherweise erfolgt eine Verdrehung der Leitschaufeln mit Hilfe von im ersten Drehring eingreifenden Leitschaufelhebelarmen, wobei eine asymmetrische Krafteinleitung am ersten Drehring erfolgt und somit eine Gefahr des Verkantens des ersten Drehrings in sich trägt. Mit anderen Worten weist üblicherweise der erste Drehring an einer Stelle eine hebelarmförmige Krafteinleitungsvorrichtung auf, welche somit nur an einer Stelle, d. h. asymmetrisch auf den ersten Drehring wirkt. Dadurch, dass nun die Krafteinleitung am zweiten Drehring erfolgt, kann die Rotationsbewegung, welche der zweite Drehring infolge der Krafteinwirkung ausübt, flächenübergreifend, nämlich über die Flächenberührung der ersten Ringfläche und der zweiten Ringfläche, auf den ersten Drehring übertragen werden, wodurch ein Verkippen oder Verkanten des ersten Drehrings ausgeschlossen ist.
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Dies birgt den weiteren Vorteil, dass somit auch ein Verkippen oder Verkanten der am ersten Drehring eingreifenden Leitschaufelhebelarmen aufgrund der Drehbewegung des ersten Drehrings ausgeschlossen werden kann und eine Verdrehung der Leitschaufeln ist betriebssicher möglich, selbstverständlich bei allen Betriebstemperaturen, denen der verstellbare Leitapparat ausgesetzt ist.
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Im Betrieb des verstellbaren Leitapparates erfolgt die Verdrehung der Leitschaufeln aufgrund der Flächenberührung bei bereits kleiner Kraftübertragung durch zwischen der ersten Ringfläche und der zweiten Ringfläche wirkenden Reibkräfte. Sofern ein Verkanten oder Verklemmen der Leitschaufeln infolge ungleichmäßiger Wärmeausdehnung erfolgt, so dass die vorliegenden Reibkräfte zur Verdrehung der Leitschaufeln nicht mehr ausreichen, erfolgt ein mittelbarer oder unmittelbarer Formschluß des zweiten Drehrings und des Trägerrings, woraufhin höhere Kräfte einleitbar sind und eine axiale Bewegung des Trägerrings bewirken. Diese axiale Bewegung des Trägerrings bewirkt ein Lösen der Verkantung der Leitschaufeln, so dass diese aufgrund von Reibkräften wieder bewegbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Ringfläche in Form einer ersten Ringstirnfläche des ersten Drehrings und die zweite Ringfläche in Form einer zweiten Ringstirnfläche des zweiten Drehrings ausgebildet. Da die erste Ringstirnfläche und die zweite Ringstirnfläche aufgrund der Koaxialtät des ersten Drehrings und des zweiten Drehrings und der zwingenden Voraussetzung der Berührung axial einander gegenüberliegend angeordnet sind, ist somit eine kompakte Bauweise des verstellbaren Leitapparates möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Ringfläche und die zweite Ringfläche zahnartig profiliert, einen Neigungswinkel, im Weiteren mit Winkel bezeichnet, aufweisend ausgebildet. Die zahnartige Profilierung der ersten Ringfläche und der zweiten Ringfläche trägt weiter zu einer gesicherten Bewegung des ersten Drehringes bei, die aufgrund des zähneartigen Ineinandergreifens des ersten Drehrings und des zweiten Drehrings auch teilweise formschlüssig erfolgen kann. Je nach Auslegung des Winkels kann bestimmt werden, wie hoch eine erforderliche Kraft zur axialen Positionierung des Trägerrings mindestens sein muss, damit eine axiale Positionierung des Trägerrings erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Haltering vorgesehen zur Begrenzung einer axialen Bewegbarkeit des zweiten Drehringes, wobei der Haltering den zweiten Drehring und den Trägerring berührend ausgebildet ist. Der Haltering stellt zum Einen sicher, dass eine Flächenreibung und ein Formschluß mit einfachen Mitteln gesichert ist und zum Anderen ist ein den ersten Drehring, den zweiten Drehring und den Trägerring aufnehmendes Gehäuseteil des verstellbaren Leitapparates unabhängig von einer Bewegungssicherung des zweiten Drehrings gestaltbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Haltering fest mit dem Trägerring verbunden, so dass infolge eines Formschluß zwischen dem ersten Drehring und dem zweiten Drehring, der Trägerring eine axiale Positionierung erfährt. Der Haltering steht mit dem ersten Drehring und dem zweiten Drehring in Wirkverbindung und erfährt aufgrund eines Formschlußes zwischen dem ersten Drehring und dem zweiten Drehring eine axiale Bewegung. Da der Haltering und der Trägerring fest miteinander verbunden sind, ist die vom Haltering ausgeübte axiale Bewegung direkt auf den Trägerring übertragbar, so dass dieser ebenfalls eine axiale Bewegung durchführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Stützring vorgesehen, wobei der Stützring den ersten Drehring und den zweiten Drehring umfassend ausgebildet ist und einer Begrenzung der radialen Bewegbarkeit des ersten Drehrings und des zweiten Drehrings dient.
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Die erfindungsgemäße Turbine für einen Abgasturbolader zeichnet sich dadurch aus, dass ein verstellbarer Leitapparat entsprechend dem aufgeführten erfindungsgemäßen Leitapparat ausgebildet ist. Eine Änderung der axialen Ausdehnung des zwischen einer Trägerringstirnfläche des Trägerrings gegenüberliegenden Wandung vorliegenden Spaltes ist mit Hilfe des entsprechend ausgebildeten verstellbaren Leitapparates betriebssicher erzielbar, so dass sichergestellt ist, dass aufgrund einer erfolgreichen Reduzierung der Spaltverluste durch eine axiale Positionierung des Trägerrings ein hoher Wirkungsgrad der Turbine auch, bzw. insbesondere bei geringen Massendurchsätzen erreichbar ist.
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Der erfindungsgemäße Abgasturbolader zeichnet sich dadurch aus, dass eine Turbine gemäß der angeführten erfindungsgemäßen Turbine ausgestaltet ist, so dass insbesondere bei geringen Massendurchsätzen eine hohe Leistung bei gleichzeitiger Betriebssicherheit erzielbar ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Dabei zeigen:
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1 In einer perspektivischen Draufsicht einen erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparat,
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2 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus dem verstellbaren Leitapparat gem. 1,
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3 in einer Schnittdarstellung einer perspektivischen Ansicht eines Ausschnitts aus dem verstellbaren Leitapparat gem. 1 und
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4 in einem Winkel-Kraft-Diagramm im verstellbaren Leitapparat auftretende Kräfte.
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In den Figuren sind alle gleichen oder gleich wirkenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein gemäß 1 ausgebildeter verstellbarer Leitapparat 1 umfasst einen Trägerring 2, am Trägerring 2 drehbar gelagert Leitschaufeln 3 sowie einen ersten Drehring 4 zum Verdrehen der Leitschaufeln 3. Die Leitschaufeln 3 sind zur Drehbarkeit jeweils mit Hilfe einer Lagerwelle 5 drehbar am Trägerring 2 gelagert.
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Der erste Drehring 4 weist in regelmäßigen Abständen über seinem Umfang Ausnehmungen 6 auf, in welche jeweils ein Leitschaufelhebelarm 7 einer Leitschaufel 3 hineinragend ausgebildet ist. Der Leitschaufelhebelarm 7 ist an seinem von der Ausnehmung 6 abgewandt ausgebildeten Ende drehfest mit der Lagerwelle 5 der Leitschaufel 3 verbunden. Eine Verdrehung bzw. eine rotatorische Bewegung des ersten Drehrings 4 um seine Drehachse, eine erste Drehachse 8, bewirkt somit eine Verdrehung der Leitschaufeln 3. Die erste Drehachse 8 entspricht einer Symmetrieachse 9 des Trägerrings 2, das heißt der erste Drehring 4 und der Trägerring 2 sind koaxial angeordnet.
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Dem Trägerring 2 gegenüberliegend ist ein Konturring 10 ausgebildet, in welchem ein Ende jeweils einer Lagerwelle 5 bewegbar aufgenommen ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lagerwellen 5 beidseitig gelagert. Ebenso könnten die Lagerwellen 5 auch einseitig, das heißt nur am Trägerring 2, gelagert sein.
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Neben dem ersten Drehring 4 ist ein zweiter Drehring 11 axial benachbart angeordnet. Eine zweite Drehachse 12 des zweiten Drehrings 11 entspricht der ersten Drehachse 8, das heißt der erste Drehring 4 und der zweite Drehring 11 sind somit koaxial angeordnet. Da der erste Drehring 4 koaxial mit dem Trägerring 2 angeordnet ist und der zweite Drehring 11 koaxial mit dem ersten Drehring 4 angeordnet ist, ist der zweite Drehring 11 ebenfalls koaxial mit dem Trägerring 2 positioniert.
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Der erste Drehring 4 weist einen kleinsten ersten Innendurchmesser DI1 und einen größten ersten Außendurchmesser DA1 auf. Ebenso weist der zweite Drehring 11 einen kleinsten zweiten Innendurchmesser DI2 und einen größten zweiten Außendurchmesser DA2 auf. Der kleinste erste Innendurchmesser DI1 entspricht dem kleinsten zweiten Innendurchmesser DI2 und der größte erste Außendurchmesser DA1 entspricht dem größten zweiten Außendurchmesser DA2.
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Der erste Drehring 4 weist eine erste Ringfläche 13 auf, wobei diese erste Ringfläche 13 in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Stirnfläche des ersten Drehrings 4, einer ersten Ringstirnfläche 14 ausgebildet ist. Dieser ersten Ringstirnfläche 14 ist eine zweite Ringfläche 15 des zweiten Drehrings 11 gegenüberliegend angeordnet, wobei auch dieser zweiten Ringfläche 15 in Form einer Stirnfläche des zweiten Drehrings 11, einer zweiten Ringstirnfläche 16 ausgebildet ist. Die erste Ringstirnfläche 14 und die zweite Ringstirnfläche 16 sind berührbar einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die erste Ringstirnfläche 14 und die zweite Ringstirnfläche 16 komplementär zueinander ausgebildet sind.
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Ebenso könnten die berührbaren Ringflächen 13, 15 auch radial nebeneinander angeordnet sein, wobei in diesem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise der erste Außendurchmesser DA1 dem kleinsten zweiten Innendurchmesser DI2 entsprechen würde.
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Aus der 2 geht in einer perspektivischen Draufsicht ein Ausschnitt des verstellbaren Leitapparates 1 hervor. Die erste Ringstirnfläche 14 und die zweite Ringstirnfläche 16 sind zahnartig profiliert. Ein Zahn 17 ist ein Winkel α, in Form eines Neigungswinkels, aufweisend ausgebildet. Mit anderen Worten weist die erste Ringstirnfläche 14 regelmäßige Flächenabschnitte 18 auf, wobei die Flächenabschnitte 18 gegenüber einer fiktiven Waagerechten W1 eine Neigung mit dem Winkel α aufweisen. Vorteilhafterweise sind dabei jeweils zwei benachbarte Flächenabschnitte 18 entgegengesetzt geneigt, so dass eine abrupte Bewegung, beispielsweise in Form einer Sprungfunktion, bei Rotation des ersten Drehrings 4 und des zweiten Drehrings 11 ausgeschlossen ist.
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Der zweite Drehring 11 weist an einer Stelle eine Einbuchtung 19 zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Krafteinleitungsvorrichtung auf. Die Einbuchtung 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Innenbereich des zweiten Drehrings 11 positioniert.
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Zur Begrenzung einer axialen Bewegbarkeit des zweiten Drehringes 11 ist ein Haltering 20 vorgesehen. Der Haltering 20 weist eine Ringscheibe 21 auf, wobei dieser Ringscheibe 21 abstandweise Klemmhebel 22 zugeordnet sind, so dass zumindest teilweise ein S-förmiges Profil des Halterings 20 ausgebildet ist, s. 3. Die Klemmhebel 22 sind mit Hilfe federnder Abschnitte, Federabschnitte 23, sich am zweiten Drehring 11 abstützend positioniert, so dass eine axiale Bewegung des zweiten Drehrings 11 nur begrenzt möglich ist. Die Ringscheibe 21 ist fest mit dem Trägerring 2 verbunden.
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Zur Begrenzung einer radialen Bewegung des ersten Drehrings 4 und des zweiten Drehrings 11 ist ein Stützring 24 den ersten Drehring 4 und den zweiten Drehring 11 an ihrer Außenfläche, der ersten Außenfläche 25 des ersten Drehrings 4 und der zweiten Außenfläche 26 des zweiten Drehrings 11, umfassend ausgebildet.
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Im Betrieb des verstellbaren Leitapparates 1 wird über die nicht näher dargestellte Krafteinleitungsvorrichtung eine Drehbewegung des zweiten Drehrings 11 initiiert. Aufgrund von zwischen der ersten Ringstirnfläche 14 und der zweiten Ringstirnfläche 16 vorliegenden Reibkräften ist es möglich die Rotationsbewegung des zweiten Drehrings 11 auf den ersten Drehring 4 zu übertragen, so dass dieser ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Durch die Rotationsbewegung des ersten Drehrings 4 wird mit Hilfe der Leitschaufelhebelarme 7 eine Verdrehung der Lagerwellen 5 und somit eine Verdrehung der Leitschaufeln 3 initiiert. Eine Kraftübertragung zur Verdrehung der Leitschaufeln erfolgt demnach kraftschlüssig.
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Weist der verstellbare Leitapparat 1 im Betrieb ein Verklemmen der Leitschaufeln 3 auf, können die Leitschaufeln 3 nicht mehr nur über die zwischen dem ersten Drehring 4 und dem zweiten Drehring 11 vorliegenden Reibkräfte verdreht werden. Der erste Drehring 4 ist in diesem Zustand unbewegbar. Der zweite Drehring 11 wird allerdings in Umfangsrichtung weiterbewegt und rotiert somit auf dem ersten Drehring 4. Da sowohl die erste Ringstirnfläche 14 des ersten Drehrings 4 als auch die zweite Ringstirnfläche 16 des zweiten Drehrings 11 abschnittsweise geneigt ausgebildet sind, erfährt der zweite Drehring 11 eine axiale Bewegung.
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Da der Haltering 20 sich am zweiten Drehring 11 abstützend ausgebildet ist, erfährt der Haltering 20 ebenfalls eine axiale Bewegung, die sich aufgrund der festen Verbindung mit dem Trägerring 2 direkt auf diesen überträgt. Somit bewirkt die axiale Bewegung des Halterings 20 eine axiale Positionierung des Trägerrings 2, wodurch ein Verklemmen der Leitschaufeln 3 aufgehoben wird. Der Trägerring 2 ist folglich mit Hilfe des drehbaren zweiten Drehrings 11 entlang seiner Symmetrieachse 9 mittelbar axial positioniert, wobei der Trägerring 2, der erste Drehring 4, der zweite Drehring 11 und der Haltering 20 kraftübertragend koaxial angeordnet sind. Die axiale Positionierung des Trägerrings 2 ist demnach formschlüssig initiiert.
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Der Winkel α ist entsprechend den Anforderungen im Betrieb zu wählen. Beispielsweise bewirkt schon eine Änderung der Materialen des ersten Drehrings 4 und des zweiten Drehrings 11 Änderungen des Winkels α, da je nach Materialwahl unterschiedliche Reibwerte μ vorherrschen. Grundlegend kann angenommen werden, dass ausgehend von einem Kräftedreieck eine Rotationskraft Frot, mit deren Hilfe die Rotationsbewegung des zweiten Drehrings 11 auf den ersten Drehring 4 übertragen wird, größer ist als die die Bewegung am zweiten Drehring 11 einleitende Kraft Fact. Weiterhin kann angenommen werden, dass bei einer Bewegung des ersten Drehrings 4, das heißt ohne Verkanten der Leitschaufeln, eine Reibkraft FReib, größer sein muss als die Rotationskraft Frot multipliziert mit dem Kosinus des Winkels α. Sofern dies nicht mehr gegeben ist, ist die Rotationskraft Frot kleiner als die einleitende Kraft Fact und der Trägerring 2 wird mittelbar mit Hilfe des zweiten Drehrings 11 angehoben, das heißt eine senkrecht zur Rotationskraft Frot wirkende Entlastungskraft FE dividiert durch den Tangens des Winkels α ist kleiner als die einleitende Kraft Fact.
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In 4 sind in einem Winkel-Kraft-Diagramm im verstellbaren Leitapparat auftretende Kräfte in Abhängigkeit des Winkels α dargestellt. Die Entlastungskraft FE ist als konstant anzunehmen, ebenso der Reibwert μ zwischen der ersten Ringfläche 13 und der zweiten Ringfläche 15. In dem Winkel-Kraft-Diagramm sind dargestellt:
- – die Rotationskraft Frot, in Form einer mit Quadraten versehenen Linie,
- – die Reibkraft FReib, in Form einer mit Dreiecken versehenen Linie,
- – eine Parallelkraft Fpar, welche einem Produkt der Rotationskraft Frot und des Kosinus des Winkels α entspricht, in Form eine mit Kreuzen versehenen Linie sowie
- – eine Differenzkraft FDiff, welche einer Differenz der Parallelkraft Fpar und der Reibkraft FReib entspricht, in Form einer mit Punkten versehenen Linie.
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Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass sofern die Differenzkraft FDiff negativ ist, die Entlastungskraft FE wirkt und der Trägerring 2 axial positioniert wird.
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Ein nicht näher dargestellter Abgasturbolader umfasst ein nicht näher dargestelltes durchströmbares Turbinengehäuse, ein nicht näher dargestelltes durchströmbares Verdichtergehäuse sowie ein nicht näher dargestelltes Lagergehäuse, wobei das Lagergehäuse neben seiner primären Funktion zur Lagerung eines Laufzeugs des Abgasturboladers das Verdichtergehäuse mit dem Turbinengehäuse verbindend ausgebildet ist.
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Eine nicht näher dargestellte Turbine für den Abgasturbolader weist ein nicht näher dargestelltes durchströmbares Turbinengehäuse auf, mit einem im Turbinengehäuse drehbar positionierten nicht näher dargestellten Turbinenrad. Zur Änderung einer Anströmung des Turbinenrades, insbesondere einer Abgasanströmung, erzeugt mit Hilfe einer Brennkraftmaschine, ist im Turbinengehäuse der das Turbinenrad mindestens teilweise umfassende verstellbare Leitapparat 1 angeordnet. Die Leitschaufeln 3 des verstellbaren Leitapparates 1 sind stromauf dem Turbinenrad drehbar positioniert. Die Leitschaufeln 1 sind zwischen einer Trägerringstirnfläche 27 und einer der Trägerringstirnfläche 27 gegenüberliegenden Wandung angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des verstellbaren Leitapparates 1 ist die der Trägerringstirnfläche 27 gegenüberliegende Wandung in Form einer Konturringfläche 28 ausgebildet. Ebenso könnte die Wandung auch eine Wandung des Turbinengehäuses sein.
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Zwischen Leitschaufelstirnflächen 29 der Leitschaufeln 3, die der Wandung 28 gegenüberliegend angeordnet sind, und der Wandung 28 ist ein Spalt 30 mit einer axialen Ausdehnung A ausbildbar. Sofern der Spalt 30 eine bestimmte axiale Ausdehnung A unterschreitet, bzw. die axiale Ausdehnung A einen Wert Null erreicht, somit nicht mehr vorliegt, ist es möglich den Trägerring 4 axial zu positionieren, so dass eine Bewegbarkeit der Leitschaufeln 3 wieder erreicht wird. Mit anderen Worten, wenn der Spalt 30 wieder eine zur Verdrehung der Leitschaufeln 3 hinreichend axiale Ausdehnung A aufweist. Die Bewegbarkeit des Trägerrings 2 ist mit Hilfe des Bewegungspfeiles 31 richtungweisend angezeigt.
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Im Betrieb des Abgasturboladers ist die Turbine und somit ihr Turbinengehäuse unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt, was zu unterschiedlichen Ausdehnungen des Turbinengehäuses sowie der im Turbinengehäuse positionierten Bauteile führt. Somit weist der Spalt 30 entsprechend den unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche axiale Ausdehnungen A auf. Das bedeutet, dass sofern der Spalt 30 zu groß ist Einbußen im Wirkungsgrad der Turbine vorliegen, wohingegen, sofern der Spalt 30 zu klein ist, ein Klemmen oder Verkanten der Leitschaufeln 3 an den Wandungen 27, 28 in Erscheinung treten kann. Somit dient der verstellbare Leitapparat 1 einer Funktionstüchtigkeit des Abgasturboladers und der Turbine bei gleichzeitiger Optimierung des Wirkungsgrades der Turbine und somit einer Steigerung der Leistung des Abgasturboladers, insbesondere im Betriebsbereich mit kleinen Massenströmen, in denen bevorzugt kleine axiale Ausdehnungen A des Spaltes 30 gewählt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038748 A1 [0002]
- DE 102008060251 A1 [0003]
- EP 1111196 B1 [0004]
