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Gebiet der Erfindung
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Die Vorliegen Erfindung betrifft einen Turbolader, insbesondere zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor und Verfahren zur Montage und Einstellung eines Turboladers.
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Hintergrund der Erfindung
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DE 10 2007 018 618 A1 beschreibt den allgemein bekannten Aufbau eines Turboladers für einen Verbrennungsmotor. Dieser besteht im Wesentlichen aus einer Radialturbine mit einem Turbinenrad und einem über eine Welle mit dem Turbinenrad gekoppelten Radialverdichter mit einem Verdichterrad. Das Turbinenrad wird vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben und treibt über die Welle das im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Verdichterrad an. Diese Art von Turboladern wird im Allgemeinen zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren eingesetzt.
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Zur Regelung der Turbine kann der Abgasstrom, der durch die Turbine geleitet wird, eingestellt werden. Für die Einstellung des Abgasstroms ist auf der Turbinenseite ein Bypass angeordnet, der es ermöglicht, dass zumindest ein Teil des Abgases an der Turbine vorbei geleitet wird. Die Menge des umgeleiteten Abgases wird durch einen Regelmechanismus, z.B. durch ein sogenanntes Wastegate-Ventil (oder auch Bypass-Ventil), geregelt. Dieser leitet bei vorbestimmten Verhältnissen einen Teil der Abgase durch den Bypass und um die Turbine herum direkt in den Auspuff. Dadurch kann z.B. eine zu hohe Drehzahl des Turboladers sowie eine mechanische oder thermische Überlastung des Verbrennungsmotors verhindert werden.
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Die Ansteuerung des Regelmechanismus kann über eine Aktuatorvorrichtung funktionieren. Diese umfasst meist eine Regelstange zur Kraft- bzw. Bewegungsübertragung innerhalb des Regelmechanismus. Für die Koppelung von Regelstange und Ventil existieren verschiedenste konstruktive Varianten.
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Bei der Montage des Turboladers erfolgt die Einstellung des Regelmechanismus meist auf manuelle Weise. Wie aus
DE 10 2007 018 618 A1 oder auch aus
EP 1949926 bekannt, kann die Regelstange einstellbar mit dem Ventil gekoppelt sein. Dies kann z.B. über ein Gewinde auf der Regelstange und ein entsprechendes Gegenstück in dem Koppelmechanismus realisiert werden (siehe
3). Problematisch an dieser Vorgehensweise und dieser Konstruktion ist, dass eine Manipulationssicherheit des Regelmechanismus nicht gewährleistet ist. So kann z.B. von Endkunden die Einstellung des Turboladers durch einfaches Verstellen der einstellbaren Verbindung zwischen der Regelstange und dem Koppelmechanismus geändert werden, um z.B. eine höhere Motorleistung zu erreichen. Bei daraus resultierenden Schäden am Turbolader oder am Verbrennungsmotor ist eine unbefugte Veränderung durch, z.B. den Endkunden sehr schwer nachweisbar. Somit können fahrlässig herbeigeführte Schäden zu unberechtigten Gewährleistungsansprüchen führen. Solch eine Art der nachträglichen Verstellung gilt es zu vermeiden. Außerdem gilt es, die Voraussetzungen für den Einbau und die Einstellung eines Turboladers zu optimieren, z.B. durch eine verbesserte Lage und Ausrichtung des Regelmechanismus mit Hinblick auf die Montage und die Einstellung bzw. Fixierung. Dies kann z.B. den Einsatz von Robotern oder sonstigen Automatisierungsmaßnahmen ermöglichen. Ein weiterer Punkt sind die relativ hohen Kosten für die Herstellung der im Stand der Technik beschriebenen Lösungen für einstellbare Regelmechanismen durch Gewindestangen oder anderer Schraublösungen (siehe
3).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß Anspruch 1. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 15 und ein Verfahren zum Einstellen eines Turboladers gemäß Anspruch 16. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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Der Abgasturbolader der vorliegenden Erfindung dient zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor und umfasst einen Regelmechanismus und eine Aktuatorvorrichtung zur Betätigung des Regelmechanismus, wobei die Aktuatorvorrichtung eine Regelstange mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil umfasst. Das zweite Teil der Regelstange weist eine Führung auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Teil zumindest teilweise umgibt. Außerdem weist das zweite Teil mindestens ein Loch auf, wobei das erste Teil mit dem zweiten Teil über eine Schweiß- oder Fügeverbindung verbunden ist, die in dem mindestens einen Loch angeordnet ist. Durch die Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil über eine unlösbare Schweiß- oder sonstige Fügeverbindung kann ein nachträgliches Verstellen der beiden Teile zueinander unterbunden werden. Dadurch können ungewollte Überlastungen von Turbolader und Verbrennungsmotor verhindert werden.
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Für die im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen für das Loch ist davon auszugehen, dass selbige Ausführungsformen auch für zwei oder mehr Löcher gelten können.
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Nach einem Aspekt der Erfindung kann das mindestens eine Loch im Bereich der Führung angeordnet sein. Das zweite Teil der Regelstange kann mindestens zwei, also zwei, drei oder mehr Löcher umfassen und es kann jeweils eine Schweiß- oder Fügeverbindung in jedem der Löcher angeordnet sein oder sich eine Schweiß- oder Fügeverbindung über sämtliche Löcher hinweg erstrecken, wobei die Löcher optional auf einer Achse parallel zur Längsachse des ersten Teils angeordnet sind.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das mindestens eine Loch ein Langloch sein. Die Längsachse des Langlochs kann parallel zur Längsachse des ersten Teils verlaufen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das zweite Teil einen Anschluss umfassen. Dieser kann dazu dienen die Regelstange mit weiteren Elementen des Regelmechanismus zu verbinden. Der Anschluss kann in Bezug auf die Führung auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Teils angeordnet sein. Der Anschluss kann ein Anschlussloch mit einer Mittelachse aufweisen. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Anschluss einen flexiblen Anschluss oder ein Lager für ein Kugelgelenk umfassen kann, wodurch eine entsprechende Verbindung mit weiteren Elementen des Regelmechanismus, z.B. einer Koppelvorrichtung, ermöglicht werden kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung können der Mittelpunkt des Lochs oder die Mittelpunkte der Löcher in einer Ebene liegen, die von der Mittelachse des Anschlusslochs und der Längsachse des ersten Teils aufgespannt wird. In einer alternativen Ausführungsform können der Mittelpunkt des Lochs oder die Mittelpunkte der Löcher in einer Ebene liegen, welche senkrecht zur Mittelachse durch das Anschlussloch liegt, und welche die Längsachse des ersten Teils beinhaltet. Durch diese Anordnung des Lochs oder der Löcher für die Schweißnaht kann eine einfache und zumindest teilweise automatisierte Montage sowie Einstellung und Fixierung ermöglicht werden. Folglich können Kosten für eine manuelle Montage und Einstellung verringert werden.
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Vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass die Führung die Position des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil bis auf einen Freiheitsgrad parallel zur Längsachse des ersten Teils festlegt. Dies lässt eine Verschiebung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil parallel zur Längsachse des ersten Teils zu, bei gleichzeitiger Stützung des ersten Teils durch die Führung des zweiten Teils. Somit wird der Vorgang des Einstellens und der Fixierung der beiden Teile über die Schweiß- oder Fügeverbindung erleichtert. Vorteilhaft kann das erste Teil als Blech, eckiger Stab oder runder Stab ausgeführt sein. Die Führung kann hülsenförmig ausgestaltet sein, wobei die hülsenförmige Führung optional einen Bereich des ersten Teils vollständig umgibt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das zweite Teil aus einem Stanzteil oder einem Stanz-Biegeteil gefertigt sein. Das zweite Teil kann durch Biegen um eine Achse senkrecht zur Längsachse des ersten Teils hergestellt werden. Die Führung kann nach dem Biegevorgang durch eine Oberseite und eine Unterseite des zweiten Teils ausgebildet werden.
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Alternativ kann das zweite Teil durch zweimaliges Biegen um zwei Achsen, die zueinander senkrecht stehen, oder durch mehrmaliges Biegen um verschiedene Achsen unterschiedlicher Ausrichtung hergestellt werden. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das zweite Teil nach dem Biegevorgang über mindestens eine Fügeverbindung fixiert wird. Die Fügeverbindung kann entweder eine Nietverbindung, eine Schraubverbindung, eine Falzverbindung, eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung sein. Die Schweißverbindung kann eine Laserschweißverbindung, eine Lichtbogenschweißverbindung, eine Widerstandsschweißverbindung, eine Elektronenstrahlschweißverbindung, eine Diffusionsschweißverbindung oder eine andere im Stand der Technik bekannte Schweißverbindung sein. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die mindestens eine Fügeverbindung in einem Bereich um den Anschluss, nicht aber im Bereich um die Führung angeordnet ist. Dadurch kann einerseits Material für das zweite Teil eingespart werden, andererseits ermöglicht diese Anordnung eine Positionierung des Lochs oder der Löcher an einer bestimmten Stelle im gesamten Bereich der Führung. Beispielsweise kann das (Lang-)loch im Falle einer hülsenförmigen Ausgestaltung der Führung entlang einer beliebigen, für die Montage sowie die Einstellung und Fixierung des Regelmechanismus optimierten Stelle positioniert werden. Das mindestens eine Loch kann direkt in das Stanzteil mit eingearbeitet werden. Dadurch kann der Fertigungsprozess für das zweite Teil vereinfacht werden. Das mindestens eine Loch kann dabei schon vor einem Biegevorgang vollständig ausgebildet sein, zum Beispiel durch Ausstanzen oder Durchbohren des kompletten Lochs. Alternativ kann das mindestens eine Loch auch aus zwei Hälften bestehen, wobei zwei Kantenbereiche des zweiten Teils nach dem Biegevorgang das endgültige Loch bilden.
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In einer alternativen Ausführungsform für das zweite Teil kann vorgesehen sein, dass das zweite Teil aus zwei miteinander fest verbundenen Einzelteilen besteht, wobei die beiden Einzelteile optional Stanzteile sind. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Alternative für das zweite Teil kann bei der Fertigung des zweiten Teils, wenn es aus zwei Einzelteilen hergestellt wird, ein Biegevorgang vermieden werden. Dabei können die beiden Einzelteile über mindestens eine Fügeverbindung zusammengehalten werden. Die mindestens eine Fügeverbindung kann entweder eine Nietverbindung, eine Schraubverbindung, eine Lötverbindung, eine Falzverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung sein. Die Schweißverbindung kann eine Laserschweißverbindung, eine Lichtbogenschweißverbindung, eine Widerstandsschweißverbindung, eine Elektronenstrahlschweißverbindung, eine Diffusionsschweißverbindung oder eine andere im Stand der Technik bekannte Schweißverbindung sein. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die mindestens eine Fügeverbindung in einem Bereich um den Anschluss, nicht aber im Bereich um die Führung angeordnet ist. Dies kann die oben beschriebenen Vorteile der Kosteneinsparung und optimierten Positionierung für Montage, Einstellung und Fixierung mit sich bringen. Das mindestens eine Loch kann direkt in eines der beiden Einzelteile mit eingearbeitet sein, z.B. durch Ausstanzen des kompletten Lochs oder die beiden Einzelteile können jeweils eine Hälfte des Lochs beinhalten.
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In einer alternativen Ausführungsform für das zweite Teil kann das zweite Teil ein Gussteil, ein MIM-Spritzgussteil, ein Sinterteil oder ein Drehteil sein.
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Das mindestens eine Loch kann gebohrt, gestanzt oder gefräst sein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Abgasturbolader eine Turbine zum Antreiben eines Verdichterrads über eine gemeinsame Achse bzw. Welle umfassen. Die Mittelachse des Anschlusslochs kann im Wesentlichen parallel zur Achse der Turbine verlaufen. Alternativ kann die Mittelachse des Anschlusslochs im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Turbine verlaufen. Auch eine beliebige andere Ausrichtung der Mittelachse des Anschlusslochs zur Achse der Turbine kann vorgesehen werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Abgasturbolader einen Bypasskanal für die Turbine und eine Schließvorrichtung in dem Bypasskanal umfassen. Der Regelmechanismus kann geeignet sein, für die Regelung der Durchströmung durch den Bypasskanal, die Schließvorrichtung zumindest teilweise zu öffnen und zu schließen. Der Regelmechanismus kann mindestens eine Koppelvorrichtung umfassen, die die Regelstange mit der Schließvorrichtung verbindet. Die Schließvorrichtung kann eine Klappe oder ein Ventil umfassen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aktuatorvorrichtung ein Stellmittel umfassen. Das Stellmittel kann eine hydraulische oder pneumatische Steuerdose oder eine elektrische Stelleinheit umfassen. Das Stellmittel kann an dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil der Turbine und/oder an dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil des Verdichterrads befestigt sein.
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Die oben beschriebene Schweiß- oder Fügeverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil umfassen, die durch aufgetragenes und/oder aufgeschmolzenes Material entstanden ist. Das aufgetragene und/oder aufgeschmolzene Material kann sich von dem ersten Teil durch das Loch oder die Löcher auf das zweite Teil erstrecken.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das zweite Teil, wenn es montiert ist, zumindest teilweise in einem Bereich zwischen einem Gehäuse für eine Turbine des Turboladers und einem Gehäuse für ein Verdichterrad des Turboladers angeordnet sein. Diese Positionierung kann für eine kompakte Bauweise des Turboladers sorgen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aktuatorvorrichtung dazu geeignet sein, eine Bewegung und/oder eine Kraft, initiiert von dem Stellmittel, über die Regelstange an den Regelmechanismus zu übertragen.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor eine Ausführungsform des oben beschriebenen Abgasturboladers.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Montage und/oder Einstellung eines oben beschriebenen Abgasturboladers, welches sich durch folgende Schritte auszeichnet:
Zunächst wird ein Stellmittel und das erste Teil am Abgasturbolader befestigt. Danach wird das Stellmittel betätigt, so, dass das mit dem Stellmittel verbundene erste Teil in eine entsprechende Arbeitsposition gebracht wird. Daraufhin wird das zweite Teil relativ zu dem ersten Teil in einer vorbestimmten Position durch longitudinales Verschieben des ersten und des zweiten Teils zueinander unter Verwendung der Führung des zweiten Teils angeordnet, wobei die vorbestimmte Position von der Arbeitsposition des ersten Teils bestimmt wird. Wenn die Position erreicht wurde wird das zweite Teil an dem ersten Teil in der vorbestimmten Position durch die Schweiß- oder Fügeverbindung befestigt.
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Diese Aspekte, und wie sie erreicht werden, werden in der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren im Einzelnen erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt einen Turbolader nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2a und 2b zeigen Ausführungsformen für die Regelstange eines Turboladers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine Ausführungsform für Regelstangen gemäß dem Stand der Technik.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt einen Turbolader nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Abgasturbolader 10 der vorliegenden Erfindung dient zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor. Der Turbolader weist in bekannter Weise eine Turbine mit einem Turbinengehäuse 50 und ein Verdichterrad mit dazugehörigem Gehäuse 60 auf. Darüber hinaus weist der Abgasturbolader 10 einen Regelmechanismus und eine Aktuatorvorrichtung 20 zur Betätigung des Regelmechanismus auf, wobei die Aktuatorvorrichtung 20 eine Regelstange 100 mit einem ersten Teil 110 und einem zweiten Teil 120 umfasst. Das zweite Teil 120 der Regelstange weist eine Führung 130 auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Teil 110 zumindest teilweise umgibt. Außerdem weist das zweite Teil 120 mindestens ein Loch 140 auf, wobei das erste Teil 110 mit dem zweiten Teil 120 über eine Schweiß- oder Fügeverbindung (zum besseren Verständnis der Erfindung auf den Figuren nicht dargestellt) verbunden ist, die in dem mindestens einen Loch 140 angeordnet ist. Durch die Verbindung des ersten Teils 110 mit dem zweiten Teil 120 über eine unlösbare Schweiß- oder sonstige Fügeverbindung kann ein nachträgliches Verstellen der beiden Teile zueinander unterbunden werden. Folglich bleibt die ursprüngliche Einstellung des Turboladers erhalten und eine Überlastungen von Turbolader und Verbrennungsmotor kann somit verhindert werden.
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2a und 2b zeigen vergrößerte Darstellungen der Regelstange 100 bestehend aus dem ersten Teil 110 und dem zweiten Teil 120.
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Das mindestens eine Loch 140 kann, wie dies in 2a und 2b dargestellt ist, im Bereich der Führung 130 angeordnet sein. Je nach Ausführungsform kann das zweite Teil 120 der Regelstange 100 auch zwei, drei oder mehr Löcher aufweisen und es kann jeweils eine Schweiß- oder Fügeverbindung in jedem der Löcher angeordnet sein oder sich eine Schweiß- oder Fügeverbindung über sämtliche Löcher hinweg erstrecken. Die Löcher können dabei optional auf einer Achse parallel zur Längsachse 111 des ersten Teils 110 angeordnet sein.
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Im Folgenden werden unter anderen weitere Details bezüglich des Lochs beschrieben. Sämtliche Spezifikationen die für ein Loch genannt werden können entsprechend auch für zwei oder noch mehr Löcher gelten, auch wenn dies an den jeweiligen Stellen nicht weiter ausdrücklich hervorgehoben wird und nicht auf den Figuren ersichtlich ist.
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2a und 2b zeigen das mindestens eine Loch 140 als ein Langloch. Die in 2b gezeigte Längsachse 141 des Langlochs 140 kann dabei parallel zur Längsachse des ersten Teils verlaufen.
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Das zweite Teil 120 der Regelstange 100 weist einen Anschluss 150 auf. Dieser dient dazu die Regelstange 100 mit weiteren Elementen des Regelmechanismus zu verbinden, wie in 1 ersichtlich. Der Anschluss 150 liegt in Bezug auf die Führung 130 auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Teils 120. Der Anschluss 150 hat ein Anschlussloch 151 mit einer Mittelachse 152. Je nach Ausführungsform der weiteren Elemente des Regelmechanismus kann der Anschluss 150 zur Befestigung einen flexiblen Anschluss oder ein Lager für ein Kugelgelenk umfassen. Dadurch kann eine entsprechende Verbindung mit den weiteren Elementen des Regelmechanismus, z.B. einer Koppelvorrichtung 40, erzeugt werden.
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Wie in 2a und 2b gezeigt liegt die Längsachse 140 des Lochs (oder auch nur der Mittelpunkt falls das Loch kein Langloch ist) in einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse 152 durch das Anschlussloch liegt und welche die Längsachse 111 des ersten Teils 110 beinhaltet. Durch diese Anordnung des Lochs oder der Löcher für die Schweißnaht kann eine einfache und zumindest teilweise automatisierte Montage sowie Einstellung und Fixierung ermöglicht werden. Es ist z.B. möglich, dass ein Roboter die Einstellung vornimmt und/oder die Schweißnaht anbringt. In einer alternativen Ausführungsform (in den Figuren nicht gezeigt) kann der Mittelpunkt des Lochs in einer Ebene liegen, die von der Mittelachse 152 des Anschlusslochs 152 und der Längsachse 111 des ersten Teils 110 aufgespannt wird.
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Wie in 2a und 2b gezeigt, legt die Führung 130 die Position des ersten Teils 110 relativ zu dem zweiten Teil 120 bis auf einen Freiheitsgrad parallel zur Längsachse 111 des ersten Teils 110 festlegt. Dies beschränkt die Bewegung der beiden Teile zueinander auf eine Verschiebung des ersten Teils 110 relativ zu dem zweiten Teil 120 parallel zur Längsachse 111 des ersten Teils 110 (dargestellt durch die Pfeile in 2a und 2b). Gleichzeitig stützt die Führung 130 des zweiten Teils 120 den ersten Teil 110 der Regelstange 100. Dadurch wird der Vorgang des Einstellens und der Fixierung der beiden Teile über die Schweiß- oder Fügeverbindung erleichtert. Vorteilhaft kann das erste Teil als ein Blech, ein eckiger Stab oder ein runder Stab ausgeführt sein. Die Führung kann zum Beispiel, hülsenförmig ausgestaltet sein, wobei die hülsenförmige Führung optional einen Bereich des ersten Teils vollständig umgibt (siehe 2a und 2b).
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Das zweite Teil 120 der Regelstange 100 kann aus einem Stanzteil oder einem Stanz-Biegeteil gefertigt sein. Dabei kann das zweite Teil 120 durch Biegen um eine Achse senkrecht zur Längsachse 111 des ersten Teils 110 hergestellt werden. Die Führung kann nach dem Biegevorgang durch eine Oberseite und eine Unterseite des zweiten Teils 120 ausgebildet werden. Alternativ kann das zweite Teil auch durch zweimaliges Biegen um zwei Achsen, die zueinander senkrecht stehen, oder durch mehrmaliges Biegen um verschiedene Achsen unterschiedlicher Ausrichtung hergestellt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform (siehe 2a) besteht das zweite Teil 120 aus zwei miteinander fest verbundenen Einzelteilen 120a und 120b, wobei die beiden Einzelteile 120a und 120b optional Stanzteile sind. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Alternative für das zweite Teil 120 kann bei der Fertigung des zweiten Teils 120, wenn es aus zwei Einzelteilen 120a und 120b hergestellt wird, ein Biegevorgang vermieden werden.
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Nach dem Biegevorgang werden die Enden bzw. nach dem Zusammenlegen der beiden Einzelteile 120a und 120b des zweiten Teils 120 werden diese über Fügeverbindungen 123 miteinander fixiert. 2a zeigt insgesamt vier Fügeverbindungen 123. In anderen Ausführungsformen können aber auch weniger, z.B. nur eine oder auch mehr als vier Fügeverbindungen vorgesehen sein. Die Fügeverbindung kann entweder eine Nietverbindung, eine Schraubverbindung, eine Falzverbindung, eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung sein. Falls eine Schweißverbindung verwendet wird, kann diese eine Laserschweißverbindung, eine Lichtbogenschweißverbindung, eine Widerstandsschweißverbindung, eine Elektronenstrahlschweißverbindung, eine Diffusionsschweißverbindung oder eine andere im Stand der Technik bekannte Schweißverbindung sein. Wie in 2a gezeigt, liegen die Fügeverbindungen 123 in einem Bereich um den Anschluss, nicht aber im Bereich um die Führung 130. Einerseits kann dadurch zum Beispiel Material für das zweite Teil eingespart werden. Andererseits ermöglicht diese Anordnung eine Positionierung des Lochs 140 an einer bestimmten Stelle im gesamten Bereich der Führung 130, da im Bereich der Führung 130 kein Material bzw. keine Flächen für Fügeverbindungen verbraucht werden. Beispielsweise kann das Loch 140 im Falle einer hülsenförmigen Ausgestaltung der Führung 130 entlang einer beliebigen, für die Montage sowie die Einstellung und Fixierung des Regelmechanismus optimierten Stelle entlang des gesamten Umfangs der Führung 130 positioniert werden.
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Falls das zweite Teil aus einem Stanz-Biegeteil hergestellt wird, kann das Loch 140 direkt in das Stanzteil mit eingearbeitet werden. Somit kann der Fertigungsprozess für das zweite Teil vereinfacht werden. Das mindestens eine Loch kann dabei schon vor einem Biegevorgang vollständig ausgebildet sein, zum Beispiel durch Ausstanzen oder Durchbohren des kompletten Lochs. Alternativ kann das Loch aus zwei Hälften bestehen, wobei zwei Kantenbereiche des zweiten Teils nach dem Biegevorgang das endgültige Loch bilden.
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Auch in der Ausführungsform des zweiten Teils 120 aus zwei Einzelteilen 120a und 120b kann das Loch direkt in eines der beiden Einzelteile mit eingearbeitet sein, z.B. durch Ausstanzen des kompletten Lochs oder die beiden Einzelteile können jeweils eine Hälfte des Lochs beinhalten (siehe 2a).
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2b zeigt eine alternative Ausführungsform für das zweite Teil bei der das zweite Teil als Gussteil, MIM-Spritzgussteil, Sinterteil oder Drehteil gefertigt ist. Das Loch 140 kann z.B. gebohrt, gestanzt oder gefräst sein.
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Der Abgasturbolader weist außerdem eine Turbine zum Antreiben eines Verdichterrads über eine gemeinsame Achse bzw. Welle auf. Die Regelstange 100 der Aktuatorvorrichtung 20 kann auf unterschiedliche Weise am Turbolader 10 positioniert werden. Zum Beispiel kann die Mittelachse 152 des Anschlusslochs 151 im Wesentlichen parallel zur Achse der Turbine verlaufen. Alternativ kann die Mittelachse 152 des Anschlusslochs 151 im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Turbine verlaufen. Auch eine beliebige andere Ausrichtung der Mittelachse 152 des Anschlusslochs 151 zur Achse der Turbine kann vorgesehen werden.
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Weiterhin weist der Abgasturbolader einen Bypasskanal für die Turbine und eine Schließvorrichtung in dem Bypasskanal auf. Die Aktuatorvorrichtung 20 ist zusammen mit dem Regelmechanismus ausgelegt, um für die Regelung der Durchströmung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor durch den Bypasskanal, die Schließvorrichtung zumindest teilweise zu öffnen und zu schließen. Der Regelmechanismus weist dafür eine Koppelvorrichtung 40 auf, die die Regelstange 100 mit der Schließvorrichtung verbindet. Die Schließvorrichtung kann als Klappe oder Ventil ausgelegt werden.
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Zum Aufbringen einer Kraft beziehungsweise zum Erzeugen einer Bewegung weist die Aktuatorvorrichtung ein Stellmittel 30 auf. Das Stellmittel 30 kann eine hydraulische oder pneumatische Steuerdose oder eine elektrische bzw. elektromechanische Stelleinheit sein. Wenn zum Beispiel eine Überdruckdose verwendet wird ist es möglich, dass sich der Turbolader über einen der Drücke der Arbeitsfluide (auf der Verdichterseite oder der Turbinenseite) selbst regelt. Bei Verwendung anderer Stellmittel ist es möglich den Regelmechanismus noch präziser zu steuern und z.B. eine Öffnung der Schließvorrichtung (z.B. Wastegate) bereits bei niedrigen Drehzahlen zu ermöglichen, um beispielsweise den Abgaskatalysator vorzuheizen. Diese Arten von Stellmittel können z.B. über einen Drucksensor am Verdichter oder direkt über die Motorsteuerung geregelt werden. Das Stellmittel 30 ist an dem Gehäuse 60 des Verdichterrads befestigt. Alternativ kann das Stellmittel 30 auch an dem Gehäuse 50 der Turbine oder an beiden Gehäusen 50, 60 oder am Verbrennungsmotor befestigt sein.
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Die oben beschriebene Schweiß- oder Fügeverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil 110, 120 stellt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 110 und dem zweiten Teil 120 her, die durch aufgetragenes und/oder aufgeschmolzenes Material entstanden ist. Das aufgetragene und/oder aufgeschmolzene Material kann sich dabei von dem ersten Teil 110 durch das Loch 140 oder die Löcher auf das zweite Teil 120 erstrecken.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das zweite Teil 120, wenn es montiert ist, zumindest teilweise in einem Bereich zwischen dem Gehäuse 50 für die Turbine des Turboladers und dem Gehäuse 60 für das Verdichterrad des Turboladers angeordnet sein (siehe 1). Diese Positionierung ermöglicht eine kompakte Bauweise des Turboladers.
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Bei Betrieb des Turboladers 10 überträgt die Aktuatorvorrichtung 20, eine Bewegung und/oder eine Kraft, initiiert von dem Stellmittel 30, über die Regelstange 100 an den Regelmechanismus.
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Die Regelstange 100 und die daran gekoppelten Bauteile sind vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen gefertigt. Alternativ wäre es auch möglich diese Bauteile, zumindest teilweise, aus hitzebeständigen Kunststoffen und/oder Verbundwerkstoffen zu fertigen.
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Der in 1 dargestellte Turbolader wird zur Verwendung im Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt. Die Koppelung kann auf unterschiedliche Weise und in Verbindung mit unterschiedlichen Verbrennungsmotoren erfolgen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Montage und/oder Einstellung des oben beschriebenen und in 1 dargestellten Abgasturboladers beschrieben:
Zunächst wird das Stellmittel 30 und zumindest das erste Teil 110 der Regelstange 100 am Abgasturbolader 10 befestigt. Das erste Teil 110 der Regelstange 120 ist zu diesem Zeitpunkt in der Führung 130 des zweiten Teils 120 verschiebbar. Dadurch kann das erste Teil 110 der Regelstange 100 von dem Stellmittel 30 in jede beliebige axiale Position bezüglich der Führung 130 verschoben werden. Durch betätigen des Stellmittels 30 wird das mit dem Stellmittel 30 verbundene erste Teil 110 in eine entsprechende Arbeitsposition gebracht. Basierend auf dieser Arbeitsposition wird das zweite Teil 120 in einer vorbestimmten Position angeordnet. Dies geschieht durch longitudinales Verschieben (siehe Pfeile 2a und 2b) des zweiten Teils 120 relativ zu dem ersten Teil 110 unter Verwendung der Führung 130 des zweiten Teils 120. Nach der Ausrichtung wird das zweite Teil 120 an dem ersten Teil 110 in der vorbestimmten Position durch die Schweiß- oder Fügeverbindung befestigt. Eine Schweißverbindung kann zum Beispiel sehr schnell und automatisiert, z.B. durch Widerstandsschweißen durch einen Roboter, angebracht werden. Alternativ kann als Fügeverbindung zum Beispiel eine Brödelverbindung vorgesehen sein. Die Fixierung des ersten 110 und des zweiten Teils 120 der Regelstange 100 kann aber auch durch jedes andere Schweißverfahren, durch ein Lötverfahren oder auch ein Klebeverfahren geschehen. Es muss dabei nur sichergestellt sein, dass die Verbindung nicht (ohne die Zerstörung der Bauteile) lösbar ist, so dass ein unbefugtes Lösen der Verbindung zur Änderung der Einstellung des Abgasturboladers verhindert bzw. sehr leicht nachgewiesen werden kann. Dadurch wird eine erhöhte Manipulationssicherheit garantiert und Gewährleistungsansprüche können verhindert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
- 1. Abgasturbolader zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor, umfassend:
einen Regelmechanismus; und
eine Aktuatorvorrichtung zur Betätigung des Regelmechanismus, wobei die Aktuatorvorrichtung eine Regelstange mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil umfasst,
wobei das zweite Teil eine Führung aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Teil zumindest teilweise umgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil mindestens ein Loch aufweist, wobei das erste Teil mit dem zweiten Teil über eine Schweiß- oder Fügeverbindung verbunden ist, die in dem mindestens einen Loch angeordnet ist.
- 2. Abgasturbolader nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch im Bereich der Führung angeordnet ist.
- 3. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil mindestens zwei Löcher umfasst und jeweils eine Schweiß- oder Fügeverbindung in jedem der Löcher angeordnet ist oder sich eine Schweiß- oder Fügeverbindung über sämtliche Löcher hinweg erstreckt, wobei die mindestens zwei Löcher optional auf einer Achse parallel zur Längsachse des ersten Teils angeordnet sind.
- 4. Abgasturbolader gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch ein Langloch ist.
- 5. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Langlochs parallel zur Längsachse des ersten Teils verläuft.
- 6. Abgasturbolader gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil einen Anschluss umfasst.
- 7. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss in Bezug auf die Führung auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Teils angeordnet ist.
- 8. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss ein Anschlussloch mit einer Mittelachse aufweist.
- 9. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Lochs oder die Mittelpunkte der Löcher in einer Ebene liegen, die von der Mittelachse des Anschlusslochs und der Längsachse des ersten Teils aufgespannt wird.
- 10. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Lochs oder die Mittelpunkte der Löcher in einer Ebene liegen, welche senkrecht zur Mittelachse durch das Anschlussloch liegt und welche die Längsachse des ersten Teils beinhaltet.
- 11. Abgasturbolader gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung die Position des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil bis auf einen Freiheitsgrad parallel zur Längsachse des ersten Teils festlegt.
- 12. Abgasturbolader gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil ein Blech, ein eckiger Stab oder ein runder Stab ist.
- 13. Abgasturbolader gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung hülsenförmig ausgestaltet ist, wobei die hülsenförmige Führung optional einen Bereich des ersten Teils vollständig umgibt.
- 14. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil aus einem Stanzteil oder einem Stanz-Biegeteil gefertigt ist.
- 15. Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor einen Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 umfasst.
- 16. Verfahren zur Montage und/oder Einstellung eines Abgasturboladers gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14, welches sich durch folgende Schritte auszeichnet:
– Befestigen eines Stellmittels und des ersten Teils am Abgasturbolader;
– Betätigen des Stellmittels, so, dass das mit dem Stellmittel verbundene erste Teil in eine entsprechende Arbeitsposition gebracht wird;
– Anordnen des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil in einer vorbestimmten Position durch longitudinales Verschieben des ersten und des zweiten Teils zueinander unter Verwendung der Führung des zweiten Teils, wobei die vorbestimmte Position von der Arbeitsposition des ersten Teils bestimmt wird;
– Befestigen des zweiten Teils an dem ersten Teil in der vorbestimmten Position durch die Schweiß- oder Fügeverbindung.
- 17. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil durch Biegen um eine Achse senkrecht zur Längsachse des ersten Teils hergestellt wird.
- 18. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung nach dem Biegevorgang durch eine Oberseite und eine Unterseite des zweiten Teils ausgebildet wird.
- 19. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil durch zweimaliges Biegen um zwei Achsen, die zueinander senkrecht stehen, hergestellt wird.
- 20. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 14 oder 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil nach dem Biegevorgang über mindestens eine Fügeverbindung fixiert wird.
- 21. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeverbindung entweder eine Nietverbindung, eine Schraubverbindung, eine Falzverbindung, eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung ist.
- 22. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung eine Laserschweißverbindung, eine Lichtbogenschweißverbindung, eine Widerstandsschweißverbindung, eine Elektronenstrahlschweißverbindung oder eine Diffusionsschweißverbindung ist.
- 23. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fügeverbindung in einem
- Bereich um den Anschluss, nicht aber im Bereich um die Führung angeordnet ist.
- 24. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 14 oder 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch direkt in das Stanzteil mit eingearbeitet ist.
- 25. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch schon vor einem Biegevorgang vollständig ausgebildet ist, zum Beispiel durch Ausstanzen oder Durchbohren des kompletten Lochs.
- 26. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch aus zwei Hälften besteht, wobei zwei Kantenbereiche des zweiten Teils nach dem Biegevorgang das endgültige Loch bilden.
- 27. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil aus zwei miteinander fest verbundenen Einzelteilen besteht, wobei die beiden Einzelteile optional Stanzteile sind.
- 28. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 27, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einzelteile über mindestens eine Fügeverbindung zusammengehalten werden.
- 29. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fügeverbindung entweder eine Nietverbindung, eine Schraubverbindung, eine Lötverbindung, eine Falzverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung ist.
- 30. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung eine Laserschweißverbindung, Lichtbogenschweißverbindung, eine Widerstandsschweißverbindung, eine Elektronenstrahlschweißverbindung oder eine Diffusionsschweißverbindung ist.
- 31. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fügeverbindung in einem Bereich um den Anschluss, nicht aber im Bereich um die Führung angeordnet ist.
- 32. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch direkt in eines der beiden Einzelteile mit eingearbeitet ist, z.B. durch Ausstanzen des kompletten Lochs.
- 33. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einzelteile jeweils eine Hälfte des Lochs beinhalten.
- 34. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil ein Gussteil, ein MIM-Spritzgussteil, ein Sinterteil oder ein Drehteil ist.
- 35. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13 oder 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch gebohrt, gestanzt oder gefräst ist.
- 36. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 6 bis 14 oder 17 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss einen flexiblen Anschluss oder ein Lager für ein Kugelgelenk umfasst.
- 37. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 oder 17 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader eine Turbine zum Antreiben eines Verdichterrads über eine gemeinsame Achse umfasst.
- 38. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Anschlusslochs im Wesentlichen parallel zur Achse der Turbine verläuft.
- 39. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Anschlusslochs im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Turbine verläuft.
- 40. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 oder 17 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader einen Bypasskanal für die Turbine und eine Schließvorrichtung in dem Bypasskanal umfasst.
- 41. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelmechanismus geeignet ist, für die Regelung der Durchströmung durch den Bypasskanal, die Schließvorrichtung zumindest teilweise zu öffnen und zu schließen.
- 42. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelmechanismus mindestens eine Koppelvorrichtung umfasst, die die Regelstange mit der Schließvorrichtung verbindet.
- 43. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung eine Klappe oder ein Ventil umfasst.
- 44. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 oder 17 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung ein Stellmittel umfasst.
- 45. Abgasvorrichtung gemäß Ausführungsform 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel eine hydraulische oder pneumatische Steuerdose oder eine elektrische Stelleinheit umfasst.
- 46. Abgasvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel an einem Gehäuse der Turbine befestigt ist.
- 47. Abgasvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel an einem Gehäuse des Verdichterrads befestigt ist.
- 48. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 oder 17 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweiß- oder Fügeverbindung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil umfasst, entstanden durch aufgetragenes und/oder aufgeschmolzenes Material.
- 49. Abgasturbolader gemäß Ausführungsform 48, dadurch gekennzeichnet, dass sich das aufgetragene und/oder aufgeschmolzene Material von dem ersten Teil durch das Loch oder die Löcher auf das zweite Teil erstreckt.
- 50. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14 oder 17 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil zumindest teilweise in einem Bereich zwischen einem Gehäuse für eine Turbine des Turboladers und einem Gehäuse für ein Verdichterrad des Turboladers angeordnet ist.
- 51. Abgasturbolader gemäß einer der Ausführungsformen 44 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung dazu geeignet ist, eine Bewegung und/oder eine Kraft, initiiert von dem Stellmittel, über die Regelstange an den Regelmechanismus zu übertragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018618 A1 [0002, 0005]
- EP 1949926 [0005]