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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der einen Gaskanal und einen Bypasskanal aufweist, wobei die Verbindung von Gaskanal und Bypasskanal mit einem Schwenkklappenventil verschließbar ist, dessen Ventilklappe mit einem Ventilhebel verbunden ist, der drehfest auf einer Welle sitzt, wobei die Welle in einem Gehäuse des Abgasturboladers gelagert ist und auf der Welle drehfest ein Betätigungshebel angeordnet ist, dessen von der Welle abgewandter Endabschnitt aus dem Gehäuse herausgeführt und außerhalb des Gehäuses mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist.
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Eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der Druckschrift
DE 39 16 221 A1 bekannt. Diese zeigt einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse, das einen Gaskanal mit einer Abblaseöffnung aufweist, an die sich ein Bypasskanal anschließt und die von einem Schwenkklappenventil beherrscht ist. Die Ventilklappe des Schwenkklappenventiles ist mit einem Hebel verbunden, der drehfest auf einer Welle sitzt. Die Welle ist in einem den Bypasskanal aufnehmenden Gehäuse gelagert. Außerhalb des Gehäuses ist die Welle mit einem Betätigungshebel verbunden, auf den eine Betätigungseinrichtung einwirkt. Die Welle ist zu beiden Seiten des Ventilhebels im Gehäuse gelagert, wobei die dem Betätigungshebel benachbarte Lagerung von einer in ein Gewindeloch im Gehäuse eingeschraubten Hohlschraube gebildet ist, durch die sich die Welle erstreckt. Die Welle weist zwischen der Lagerstelle für den Ventilhebel und der Hohlschraube einen radialen Flansch auf, der unter dem Gasdruck an die benachbarte Stirnfläche der Hohlschraube gedrückt ist.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 10 2008 032 928 A1 einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, der ein Wastegateventil aufweist, welches über einen Betätigungshebel und eine damit verbundene Welle betätigbar ist. Die Welle ist zweiteilig, nämlich aus einem mit dem Wastegateventil verbundenen Wellenunterteil und einem dem Betätigungshebel zugewandten Wellenoberteil, ausgebildet. Innerhalb des Wellenoberteiles und des Wellenunterteiles ist eine koaxial verlaufende Fixierschraube vorgesehen, über die das Wellenoberteil mit dem Wellenunterteil verbunden ist und durch die eine relative Winkellage zwischen den beiden Wellenteilen einstellbar ist.
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Darüber hinaus zeigt die Druckschrift
DE 10 2009 007 364 A1 zum einen eine Vorrichtung zur Betätigung einer Wastegateklappe. Die Vorrichtung weist dabei eine Welle auf, die in einer Lagerbuchse geführt ist. Die Lagerbuchse ist über ein Stiftelement relativ zu dem Turboladergehäuse unbeweglich gehalten. So wird ein ungewolltes Lösen oder Verdrehen der Lagerbuchse verhindert. Das Stiftelement ist hierbei zwischen der Außenseite der Lagerbuchse und der Innenfläche der Öffnung, hier des Lagergehäuses des Turboladergehäuses, vorgesehen. Zum anderen wird eine Vorrichtung gezeigt, bei der die Lagerbuchse derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Turboladergehäuse verschraubbar bzw. in eine Öffnung des Turboladergehäuses einschraubbar ist. Hierzu weist die Lagerbuchse an ihrer Außenfläche einen Abschnitt auf, der zumindest teilweise mit einem Gewinde versehen und in ein Gewinde in der Öffnung der Wand des Turboladergehäuses einschraubbar ist.
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Bei Wastegateventilen, insbesondere den als Schwenkklappenventil ausgeführten Wastegateventilen, soll der Verschleiß reduziert werden. Hierzu ist es bekannt, die Welle des Wastegateventiles beidseitig der Ventilklappe beziehungsweise des Ventilhebels zu lagern. Hierbei besteht jedoch ein Zielkonflikt, nämlich das Gehäuse des Turboladers möglichst klein zu gestalten, da eine zur Ventilklappe beidseitige Lagerung für den erforderlichen Durchflussquerschnitt des Gaskanales, in dem sich die Ventilklappe und auch die Welle bewegt, erforderlich ist und für die Montage von Ventilklappe und Welle das Gehäuse entsprechend großzügig gestaltet sein muss.
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Darüber hinaus sind die im Gaskanal angeordneten Teile des Wastegateventiles heißen und aggressiven Gasen ausgesetzt. Dies stellt an die Verbindungen einzelner Teile hohe Anforderungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader zu schaffen, bei dem die Welle des als Schwenkklappenventil gestalteten Wastegateventiles einen geringen Lagerverschleiß aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist ein Abgasturbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen, der einen Gaskanal und einen Bypasskanal aufweist, wobei die Verbindung von Gaskanal und Bypasskanal mit einem Schwenkklappenventil verschließbar, anders gesagt von einem Schwenkklappenventil beherrscht, ist. Die Ventilklappe des Schwenkklappenventils ist mit einem Ventilhebel verbunden, der drehfest auf einer Welle sitzt. Die Welle ist in einem Gehäuse des Abgasturboladers gelagert, und auf der Welle ist drehfest ein Betätigungshebel angeordnet ist, dessen von der Welle abgewandter Endabschnitt aus dem Gehäuse herausgeführt und außerhalb des Gehäuses mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Welle beidseitig des Betätigungshebels im Gehäuse an einer ersten Lagerstelle zwischen dem Ventilhebel und dem Betätigungshebel und an einer zweiten Lagerstelle zwischen dem Betätigungshebel und einem Außenende der Welle gelagert ist.
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Durch diese zwei unabhängigen Lagerstellen, von denen eine außerhalb der Gaskanäle an einem von der Ventilklappe entfernten Endabschnitt der Welle angeordnet ist, wird es möglich, den Lagerverschleiß der Welle beziehungsweise der Lagerbuchsen zu verringern. Auch können der Ventilhebel und die Welle oder die Ventilklappe, Ventilhebel und Welle einteilig ausgeführt sein, was die Beständigkeit des Wastegateventiles, insbesondere gegenüber der Gasexposion, erhöht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die einteilige Ausführung von Ventilklappe und/oder Ventilhebel mit der Welle leicht von der Seite eines Gaskanals montiert werden.
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Hierbei ist der Ventilhebel vorzugsweise an einem Innenende der Welle angeordnet, welches dem Außenende der Welle gegenüberliegt. Die Welle ist somit nicht über den Lagerbereich des Ventilhebels hinaus erstreckt.
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Der Betätigungshebel wird bei der Montage der Welle in dem Gehäuse auf der Welle positioniert und gegebenenfalls anschließend stoffschlüssig mit der Welle verbunden. Dies kann zum Beispiel mittels Laserschweißen vor dem Einsetzen der zweiten Lagerbuchse erfolgen. Dabei wird der Laserstrahl vorzugsweise parallel oder annähernd parallel zur Drehachse der Welle geführt. Durch die stoffschlüssige Verbindung von Betätigungshebel und Welle ist die relative Winkellage zwischen dem Ventilhebel und dem Betätigungshebel festgelegt. Anschließend wird die zweite Hülse in das Gehäuse eingesetzt und dort in ihrer Lage gesichert.
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Für eine einfache Demontage des Wastegateventiles, beispielsweise um mögliche Verschleißteile zu ersetzen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der Betätigungshebel formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Hierzu haben der Betätigungshebel und die Welle beispielsweise eine Radialverzahnung oder in ihrem gemeinsamen Verbindungsbereich eine polygonale Querschnittgeometrie, wie ein Drei- oder Vierkant. Die formschlüssige Verbindung von Welle und Betätigungshebel kann auch mittels einer Axialverzahnung, wie zum Beispiel einer Hirthverzahnung herbeigeführt werden. Eine formschlüssige Verbindung von Welle und Betätigungshebel ermöglicht es, diese Verbindung leicht zu lösen und so auch den Austausch einzelner Teile des Wastegateventiles zu vereinfachen. Die relative Winkellage zwischen dem Ventilhebel und dem Betätigungshebel wird beim Herstellen der formschlüssigen Verbindung von Welle und Betätigungshebel eingestellt.
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Die erste Lagerstelle der Welle, zwischen dem Ventilhebel und dem Betätigungshebel, weist eine erste Lagerbuchse auf. Diese erste Lagerbuchse liegt mit ihrer Außenfläche an dem Gehäuse und mit ihrer Innenfläche an der Welle an. Die zweite Lagerstelle der Welle weist eine zweite Lagerbuchse auf. Die erste und zweite Lagerhülse haben vorzugsweise den gleichen Außendurchmesser.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung liegt die zweite Lagerbuchse mit ihrer Außenfläche an dem Gehäuse und mit ihrer Innenfläche an einer Hülse an. Die Hülse ist auf der Welle, insbesondere mit einem engen Schiebesitz, vorzugsweise in axialer Richtung translatorisch unbeweglich angeordnet. Die Hülse dient dem Ausgleich des zumindest im Bereich der zweiten Lagerstelle der Welle geringeren Durchmessers der Welle gegenüber dem Durchmesser der Welle im Bereich der ersten Lagerstelle.
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Aus dieser Differenz des Durchmessers der Welle hat diese eine radiale, konzentrische Kante, welche als Anschlag für den Betätigungshebel in axialer Richtung dient. Die radiale Kante ist sinnvollerweise zwischen der Lagerstelle des Betätigungshebels und der ersten Lagerbuchse ausgeführt.
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Die erste Lagerbuchse ist mittels einer ersten Sicherungseinrichtung in axialer Richtung zu dem Gehäuse translatorisch unbeweglich gehalten. Die zweite Lagerbuchse ist mittels einer zweiten Sicherungseinrichtung in axialer Richtung zu der Welle translatorisch verliersicher gehalten. Die axiale Bewegung der Welle wird dadurch gehemmt, dass die Hülse und die Kante in der Welle den Betätigungshebel in axialer Richtung an der Welle translatorisch unbeweglich fixieren. Dabei ist der Betätigungshebel mittels der zweiten Sicherungseinrichtung zwischen der Hülse und der Kante axial eingespannt.
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Vorzugsweise sind auch die Innendurchmesser der ersten und zweiten Lagerhülse im Wesentlichen identisch.
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Für die erste Sicherungseinrichtung sind unterschiedliche Ausführungsformen möglich, zum Beispiel Schweiß- und Pressverbindungen sowie radial, axial beziehungsweise tangential orientierte Schraubverbindungen. Die erste Sicherungseinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Stift, der in dem Gehäuse gehalten ist und in eine konzentrische Nut der ersten Lagerhülse eingreift. Der Stift weist ein Gewinde auf, welches mit einem Gewinde in dem Gehäuse zusammenwirkt. Die konzentrische Nut ist derart ausgestaltet, dass ein axialer Formschluss zwischen Hülse und Stift erreicht wird.
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Die zweite Sicherungseinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine axial zur Welle ausgerichtete Schraubverbindung. Die Schraubverbindung weist einen Bund auf, der sich über den Durchmesser der Welle an dessen Außenende hinaus bis auf die zweite Hülse erstreckt. Der Bund dient der Übertragung von axialen Kräften zwischen der Hülse, dem Hebel und der Welle. Für die Schraubverbindung gibt es zwei grundsätzliche Gestaltungsvarianten. Zum einen kann die Welle an dem Außenende ein Außengewinde aufweisen, auf dem eine den Bund aufweisende Mutter befestigt ist. Die geringeren Platz benötigende und daher bevorzugte Ausführungsvariante der Schraubverbindung besteht aus einem in dem Außenende der Welle eingebrachten Innengewinde, in das das Außengewinde einer Schraube eingreift. Der Kopf der Schraube ist der Bund oder dieser weist einen Bund zur Lagesicherung der zweiten Lagerbuchse an der Welle auf.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer bevorzugten Ausführungsform eines Abgasturboladers mit einem Wastegateventil;
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2 eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Wastegateventiles;
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3 eine schematische Darstellung einer in einem Gehäuse angeordneten Welle des in 1 gezeigten Wastegateventiles;
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4 eine schematische Darstellung einer Verbindung von Welle und Betätigungshebel des in 1 gezeigten Wastegateventiles.
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Die 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Abgasturboladers 1 mit einem Wastegateventil.
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1 zeigt einen Gaskanal 2, einen Bypasskanal 3 und ein Gehäuse 4 des Abgasturboladers 1. Das Wastegateventil ist als ein Schwenkklappenventil 5 ausgeführt, welches eine Verbindung von Gaskanal 2 und Bypasskanal 3 beherrscht. Das Schwenkklappenventil 5 umfasst eine Ventilklappe 6, die mit einem Ventilhebel 7 verbunden ist. Der Ventilhebel 7 sitzt drehfest auf einer in 2 gezeigten Welle 8. Auf der Welle 8 ist weiterhin ein Betätigungshebel 9 drehfest angeordnet. Die Welle 8 ist beidseitig des Betätigungshebels 9 in dem Gehäuse 4 des Abgasturboladers 1 gelagert, wobei der von der Welle 8 abgewandte Endabschnitt des Betätigungshebels 9 aus dem Gehäuse 4 herausgeführt und außerhalb des Gehäuses 4 mit einer Betätigungseinrichtung 10 verbunden ist. Die Lagerung der Welle 8 im Gehäuse 4 umfasst eine erste Lagerstelle 11, die zwischen dem Ventilhebel 7 und dem Betätigungshebel 9 angeordnet ist, und eine zweite Lagerstelle 12, welche zwischen dem Betätigungshebel 9 und einem Außenende der Welle 8 gelagert ist.
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2 veranschaulicht den Aufbau des Wastegateventiles. Die Welle 8 ist mit dem Ventilhebel 7 einteilig ausgeführt, vorzugsweise aus einem Stück gesintert oder gegossen, wobei der Ventilhebel 7 an dem Innenende der Welle 8 angeordnet ist. Das innenliegende Ende der Welle 8 liegt dem Außenende der Welle 8 gegenüber, innerhalb des Gaskanales 2. Die Lagerstellen 11, 12 weisen eine erste Lagerbuchse 13 und eine zweite Lagerbuchse 14 auf. Die erste Lagerbuchse 13 ist mittels einer ersten Sicherungseinrichtung 15 in axialer Richtung zu dem Gehäuse 4 translatorisch unbeweglich gehalten. Die erste Sicherungseinrichtung 15 ist ein Stift 16, der in eine konzentrische Nut 17 der ersten Lagerbuchse 13 eingreift. Die Hülse 24 ist mittels einer zweiten Sicherungseinrichtung 18 in axialer Richtung zu der Welle 8 translatorisch unbeweglich gehalten, indem zwischen der zweiten Sicherungseinrichtung 18 und der Kante 27 die Hülse 24 und der Betätigungshebel 9 axial eingespannt sind. Die zweite Sicherungseinrichtung 18 ist als eine Schraubverbindung 19 ausgeführt, die beispielsweise eine in 3 dargestellte Schraube 20 umfasst. Die Schraubverbindung 19 hat einen Bund 21, dessen radiale Erstreckung zumindest abschnittsweise größer ist als der Innendurchmesser der zweiten Lagerbuchse 14. Dies ermöglicht es, dass der Bund 21 der zweiten Sicherungseinrichtung 18 die zweite Lagerbuchse 14 in axialer Richtung verliersicher hält.
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3 zeigt die in dem Gehäuse 4 angeordnete Welle 8. Das in den 1, 2 und 4 gezeigte Schwenkklappenventil 5 ist hier nicht dargestellt. Hingegen ist deutlich zu erkennen, dass die Welle 8 eine erste Lagerstelle 11 mit einer ersten Lagerbuchse 13 und eine zweite Lagerstelle 12 mit einer zweiten Lagerbuchse 14 aufweist. Die Lagerbuchsen 13, 14 sind beiderseits des Betätigungshebels 9 angeordnet. Die erste Lagerbuchse 13 liegt mit ihrer Außenfläche 22 an dem Gehäuse 4 und mit ihrer Innenfläche 23 an der Welle 8 an. Die zweite Lagerbuchse 14 liegt mit ihrer Außenfläche 22 an dem Gehäuse 4 und mit ihrer Innenfläche 23 an einer Hülse 24 an. Die Hülse 24 ist auf der Welle 8 unbeweglich angeordnet, wobei die Hülse 24 insbesondere mittels eines engen Schiebesitzes an der Welle 8 festgelegt ist. Die zweite Lagerbuchse 14 ist zwischen der Hülse 24 und dem Gehäuse 4 angeordnet. Die Hülse 24 und der Betätigungshebel 9 sind mittels der zweiten Sicherungseinrichtung 18 in axialer Richtung zu der Welle 8 translatorisch unbeweglich gehalten. Die als eine Schraubverbindung 19 ausgeführte zweite Sicherungseinrichtung 18 besteht in der bevorzugen Ausführungsform aus einem koaxial in der Welle 8 angeordneten Innengewinde 25 und einer Schraube 20, deren Außengewinde 26 mit dem Innengewinde 25 der Welle 8 zusammenwirkt. Die Schraube 20 hat an ihrem Kopfende einen Bund 21, der in radialer Richtung die Hülse 24 und die zweite Lagerbuchse 14 zumindest abschnittsweise übergreift. Durch den Bund 21 ist eine nach außen gerichtete, axiale Bewegung der Hülse 24 und der zweiten Lagerbuchse 14 und somit auch des Betätigungshebels 9 relativ zu der Welle 8 unterdrückt. Eine nach innen gerichtete, axiale Bewegung der Hülse 24 und der zweiten Lagerbuchse 14 und somit auch des Betätigungshebels 9 relativ zu der Welle 8 wird durch eine in der Welle 8 ausgebildete Kante 27 unterdrückt. An der als ein Anschlag für den Betätigungshebel 9 ausgeführten, zwischen dem Betätigungshebel 9 und der ersten Lagerbuchse 13 konzentrischen Kante 27 liegt der Betätigungshebel 9 nach innen gerichtet axial unbeweglich an der Welle 8 an.
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4 zeigt die drehfeste Verbindung von Betätigungshebel 9 und Welle 8. Hierzu weisen die Welle 8 und der Betätigungshebel 9 in einer bevorzugten Ausführungsform eine Radialverzahnung 28 auf. Die formschlüssige Radialverzahnung 28 ist lösbar, sodass die Welle 8 und/oder der Betätigungshebel 9 austauschbar sind. Durch eine hohe Anzahl an Zähnen ist die relative Winkellage zwischen dem Betätigungshebel 9 und dem Ventilhebel 7 sehr genau einstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasturbolader
- 2
- Gaskanal
- 3
- Bypasskanal
- 4
- Gehäuse
- 5
- Schwenkklappenventil
- 6
- Ventilklappe
- 7
- Ventilhebel
- 8
- Welle
- 9
- Betätigungshebel
- 10
- Betätigungseinrichtung
- 11
- erste Lagerstelle
- 12
- zweite Lagerstelle
- 13
- erste Lagerbuchse
- 14
- zweite Lagerbuchse
- 15
- erste Sicherungseinrichtung
- 16
- Stift
- 17
- Nut
- 18
- zweite Sicherungseinrichtung
- 19
- Schraubverbindung
- 20
- Schraube
- 21
- Bund
- 22
- Außenfläche
- 23
- Innenfläche
- 24
- Hülse
- 25
- Innengewinde
- 26
- Außengewinde
- 27
- Kante
- 28
- Radialverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3916221 A1 [0002]
- DE 102008032928 A1 [0003]
- DE 102009007364 A1 [0004]
