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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einer variablen Geometrie, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Anschlaghebel eines solchen Abgasturboladers sowie ein Verfahren zur Einstellung einer gewünschten Grenzströmung einer solchen variablen Turbinengeometrie.
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Ein Abgasturbolader ist beispielsweise aus der
WO 2011/066129 A2 bekannt. Der Abgasturbolader weist eine variable Turbinengeometrie auf, die einen Querschnitt variiert, durch den Abgas hin zum Turbinenrad des Abgasladers strömen kann. Die variable Turbinengeometrie weist hierzu Leitschaufeln auf, die drehbar in einem Schaufellagerring gelagert sind und mit Hilfe eines Verstellrings verstellt werden können. Zur Begrenzung einer Strömung durch die Leitschaufeln bzw. zur Begrenzung des Querschnitts weist der Abgasturbolader einen Anschlag auf, der auf der dem Verstellring zugewandten Seite des Schaufellagerrings am Schaufellagerring befestigt ist. Zudem weist der Verstellring eine zugehörige Anschlagfläche auf, die an dem Anschlag anschlägt, um besagte Begrenzung der Strömung zu erreichen. Zur Einstellung der Begrenzung der Strömung ist der Anschlag ferner plastisch deformierbar ausgestaltet.
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Nachteilig hierbei ist, dass der Anschlag in einem reibungskritischen Bereich der variablen Turbinengeometrie angeordnet ist, so dass er zusätzliche Reibung erzeugen kann und die Lebensdauer der variablen Turbinengeometrie und somit des Abgasturboladers verringert. Des Weiteren ist der Anschlag in einem von außen nicht sichtbaren Bereich des Abgasturboladers angeordnet, so dass die Einstellung der Begrenzung der Strömung erschwert ist. Zudem ist besagter Anschlag ein zusätzlich zu verbauendes Bauteil, das die Montage der variablen Turbinengeometrie und somit des Abgasturboladers erschwert.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art sowie für ein Verfahren zur Einstellung einer gewünschten Grenzströmung durch Leitschaufeln einer variablen Turbinengeometrie des Abgasturboladers eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Lebensdauer und/oder eine vereinfachte Einstellung der Grenzströmung und/oder eine vereinfachte Montage auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Begrenzung einer Strömung durch Leitschaufeln einer variablen Turbinengeometrie eines Abgasturboladers mit Hilfe eines Anschlaghebels zu realisieren, der zu diesem Zweck plastisch deformierbar ausgestaltet ist. Hierdurch erfolgt die Einstellung der Begrenzung der Strömung auf vereinfachte Weise. Zudem entfallen zusätzliche Bauteile, die zwischen dem Schaufellagerring und einem Verstellring der variablen Turbinengeometrie angeordnet werden müssten, so dass die Montage und die Produktionskosten gesenkt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Gewindestifte und zugehörige Kontermuttern zur Einstellung der Grenzströme. Auch entfallen durch zusätzliche Bauteile bedingte Reibungsrisiken, wodurch die Lebensdauer der variablen Turbinengeometrie bzw. des Abgasturboladers verbessert wird. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Abgasturbolader die variable Turbinengeometrie auf, an der die Leitschaufeln drehbar gelagert sind. Die Drehung bzw. das Verstellen der Leitschaufeln erfolgt mit Hilfe des besagten Verstellrings, wozu die Leitschaufeln mit dem Verstellring antriebsverbunden sind. Der Verstellring wird seinerseits mit Hilfe eines Anlenkhebels verstellt, der hierzu mit einer Antriebseinrichtung antriebsverbunden ist. Das Verstellen des Verstellrings mittels des Anlenkhebels erfolgt durch eine Drehung des Anlenkhebels mit Hilfe der Antriebseinrichtung, wobei diese Drehung auf beliebige Weise realisiert sein kann. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Anschlaghebel drehfest mit dem Anlenkhebel verbunden ist. Zudem ist ein Anschlag vorgesehen, an dem der Anschlaghebel zur Begrenzung der Strömung durch die Leitschaufeln anschlägt. Das heißt also, dass der Anschlaghebel bei der Bewegung in einer Drehrichtung an den Anschlag anschlägt, wodurch die Verstellung des Verstellrings und somit der Leitschaufeln begrenzt wird. Durch die Begrenzung der Verstellung der Leitschaufeln ist auch eine Strömung durch die Leitschaufeln begrenzt. Mit anderen Worten, durch das Anschlagen des Anschlaghebels an dem Anschlag wird der vom Abgas durchströmbare Querschnitt, der durch die Leitschaufeln gebildet ist, begrenzt. Bei der Begrenzung kann es sich hierbei um eine minimale Begrenzung oder eine maximale Begrenzung handeln. Bei der Begrenzung der minimalen Strömung handelt es sich also insbesondere um einen sogenannten Minflow. Vorstellbar ist auch, mit Hilfe eines solchen Anschlags eine maximale Strömung bzw. ein Maxflow zu begrenzen. Hierzu ist der Anschlag auf der anderen Seite des Anschlaghebels angeordnet. Der plastisch deformierbare Anschlaghebel erlaubt es nun, besagte Begrenzung einfach und genau einzustellen, indem der Anschlaghebel soweit plastisch deformiert wird, bis die erwünschte Begrenzung der Strömung erreicht ist.
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Zur Einstellung einer gewünschten Grenzströmung durch die Leitschaufeln kann also wie folgt vorgegangen werden: Der Anschlaghebel wird durch Andrücken gegen den Anschlag soweit plastisch verformt, bis eine Stellung der Leitschaufeln erreicht ist, bei der die Ist-Strömung durch die Leitschaufeln der gewünschten Grenzströmung entspricht. Dabei sind der Anschlaghebel und/oder der Anschlag derart ausgestaltet, dass der Anschlaghebel im normalen Betrieb des Abgasturboladers bzw. der variablen Turbinengeometrie nicht deformiert werden kann, so dass zur Deformation des Anschlaghebels insbesondere eine zusätzliche und/oder externe Kraft erforderlich ist. Somit kann die Grenzströmung auch nachgestellt werden, sofern diese zusätzliche Kraft aufgebracht wird. Durch das Nachstellen können beispielsweise Verschleißbedingte Änderungen der variablen Turbinengeometrie berücksichtigt werden.
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Das Zusammenwirken des Anschlaghebels mit dem Anschlag erfolgt üblicherweise mittels eines Anschlagbereichs des Anschlaghebels. Das heißt, dass der Anschlaghebel in seinem Anschlagbereich an den Anschlag anschlägt. Bevorzugt sind hierbei Ausführungsformen, bei denen die plastische Deformation des Anschlaghebels im Anschlagbereich erfolgt. Das heißt also, dass der Anschlaghebel im Anschlagbereich plastisch deformierbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine vereinfachte und/oder genauere Einstellung der Grenzströmung erfolgen kann.
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Die deformierbare Ausgestaltung des Anschlaghebels, insbesondere des Anschlagbereichs, kann auf beliebige Weise realisiert sein. Bevorzugt sind beispielsweise Ausführungsformen, bei denen zwischen dem Anschlagbereich und dem übrigen Anschlaghebel ein Hohlraum ausgebildet bzw. vorgesehen ist. Die Deformation erfolgt also insbesondere dadurch, dass der Anschlagbereich in den Hohlraum deformiert wird.
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Bei anderen Ausführungsform ist es vorstellbar, den Anschlagbereich als vom übrigen Anschlaghebel beabstandeten Rand auszubilden, wobei auch hier die Deformation derart realisieren kann, dass der Rand verformt wird.
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Besagter Rand kann eine beliebige Form und/oder Größe aufweisen. Es ist beispielsweise vorstellbar, den Anschlaghebel derart auszugestalten, dass der Rand vor dem Deformieren, das heißt insbesondere vor dem Einstellen der Grenzströmung, bogenförmig, geradlinig oder gewinkelt ausgebildet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anschlaghebel als ein Stanzteil, insbesondere als Blechstanzteil ausgebildet. Die Ausbildung des Anschlaghebels als Stanzteil ermöglicht eine kostengünstige und/oder einfache Herstellung und/oder deformierbare Ausgestaltung des Anschlaghebels. Insbesondere kann der Anschlaghebel somit vereinfacht mit einem solchen Hohlraum und/oder einem solchen Rand versehen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Anschlag im Vergleich zum Anschlaghebel, insbesondere zum Anschlagbereich, nicht plastisch deformierbar. Das heißt, dass das Einstellen der Grenzströmung ausschließlich bzw. im Wesentlichen durch eine solche Deformation des Anschlaghebels erfolgt. Bevorzugt sind auch diejenigen Ausführungsformen, bei denen der Anschlag fest mit einem Gehäuse des Abgasturboladers, insbesondere eines Lagergehäuses des Abgasturboladers verbunden ist. Vorteilhaft ist der Anschlag mit besagtem Gehäuse einstückig, insbesondere monolithisch ausgebildet. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Gehäuse und der Anschlag beispielsweise durch ein Gussverfahren zusammen hergestellt werden.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Anschlaghebel und/oder der Anschlag auf einer vom Schaufellagerring abgewandten Seite des Verstellrings angeordnet sind, um insbesondere eine vereinfachte Montage der variablen Turbinengeometrie und/oder eine vereinfachte Einstellung der Grenzströmung zu ermöglichen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen sind der Anschlaghebel und der Anschlag auf einer vom Verstellring abgewandten Seite, insbesondere Außenseite, des Gehäuses angeordnet.
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Es versteht sich, dass neben dem Abgasturbolader und dem zugehörigen Verfahren zur Einstellung der Grenzströmung auch der Anschlaghebel als Solcher zum Umfang dieser Erfindung gehört. Besagter Anschlaghebel ist hierbei insbesondere als kostengünstiges Blechstanzteil ausgebildet und weist besagten Anschlagbereich auf.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 einen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader im Bereich einer Turbine,
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2 einen weiteren Längsschnitt durch den Abgasturbolader im Bereich der Turbine,
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3 eine Draufsicht auf ein Lagergehäuse des Abgasturboladers im Bereich eines Anschlags,
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4 die Ansicht aus 3 bei einer anderen Ausführungsform.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader 1 im Bereich einer Turbine 2 des Abgasturboladers 1. Dabei ist der in 2 gezeigte Schnitt im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Schnitt in der Umfangsrichtung bezüglich einer Welle 3 des Abgasturboladers 1 gedreht. Der Abgasturbolader 1 weist eine variable Turbinengeometrie 4 auf, die einen Schaufellagerring 5 sowie einen Verstellring 6 besitzt. Am Schaufellagerring 5 sind mehrere Leitschaufeln 7 der variablen Turbinengeometrie 4 drehbar gelagert, wobei in 1 lediglich eine einzelne solche Leitschaufel 7 zu sehen ist. Die Leitschaufel 7 ist mittels eines Schaufelzapfens 8 im Schaufellagerring 5 drehbar gelagert, der drehfest mit einem Verstellhebel 9 verbunden ist. Durch die drehfeste Verbindung des Schaufelzapfens 8 mit dem Verstellhebel 9 und der Leitschaufel 7 führt eine Drehung des Verstellhebels 9 bezüglich der Achse des Leitschaufelzapfens 8 zu einer entsprechenden Drehung der Leitschaufel 7. Hierdurch wird die Strömung des durch die variable Turbinengeometrie 4 strömenden Abgases variiert, das ein Turbinenrad 10 der Turbine 2 antreibt. Das Turbinenrad 10 ist drehfest mit der Welle 3 verbunden, so dass es ein hier nicht gezeigtes Verdichterrad des Abgasturboladers 1 antreibt. Zum Verstellen des Verstellhebels 9 ist der Verstellring 6 vorgesehen, der den Verstellhebel 9 aufnimmt.
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Die Turbine 2 ist samt der variablen Turbinengeometrie 4 in einem Gehäuse 11 des Abgasturboladers 1 angeordnet, das als Turbinengehäuse 11’ ausgestaltet ist. Dem Turbinengehäuse 11’ benachbart ist ein weiteres Gehäuse 11 des Abgasturboladers 1 angeordnet, das als Lagergehäuse 11’’ ausgestaltet ist, in welchem die Welle 3 gelagert ist. Hierbei können das Turbinengehäuse 11’ und das Lagergehäuse 11’’ miteinander, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben, verbunden sein.
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Entsprechend 2 wird der Verstellring 6 mit Hilfe eines Anlenkhebels 12 verstellt, der vom Verstellring 6 aufgenommen ist, und mit Hilfe eines Verstellzapfens 13 drehfest mit einem Anschlaghebel 14 verbunden ist. Hierbei durchsetzt der Verstellzapfen 13 das Lagergehäuse 11’’ und ist somit mit dem auf der vom Schaufellagerring 5 abgewandten Außenseite 15 des Lagergehäuses 11’’ angeordneten Anschlaghebel 14 verbunden. Der Anschlaghebel 14 ist seinerseits mittels eines vom Verstellzapfen 13 versetzten Antriebszapfen 16 mit einer Antriebseinrichtung 17 verbunden, von dem ein Antriebshebel 18 zu sehen ist. Das heißt, dass die Antriebseinrichtung 17 bzw. der Antriebshebel 18 den Anschlaghebel 14 dreht, wodurch der Anschlaghebel 14 mittels des Verstellzapfens 13 den Anlenkhebel 12 dreht, womit auch der Verstellring 6 gedreht bzw. verstellt wird. Somit ist der Anlenkhebel 12 mit der Antriebseinrichtung 17 antriebsverbunden.
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Die 3 und 4 zeigen eine Draufsicht auf die Außenseite 15 des Lagergehäuses 11’’. Dabei ist zu erkennen, dass ein Anschlag 19 am Lagergehäuse 11’’ ausgebildet ist. Der Anschlag 19 und das Lagergehäuse 11’’ können, beispielsweise durch ein Gussverfahren, einstückig bzw. monolithisch ausgebildet sein. In den 3 und 4 ist ferner eine Position des Anschlaghebels 14 dargestellt, bei dem der Anschlaghebel 14 mittels eines Anschlagbereichs 20 am Anschlag 19 anschlägt, der sich hin zum Anschlagbereich 20 verjüngt. Dabei ist im Anschlaghebel 14 ein Hohlraum 21 ausgebildet, der den Anschlagbereich 20 vom übrigen Anschlaghebel 14 beabstandet, so dass der Anschlagbereich 20 als ein Rand 22 ausgebildet ist. Der Hohlraum 21 ist in 3 gewinkelt und in 4 bogenförmig ausgebildet.
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Zur Einstellung einer Grenzströmung, das heißt zur Einstellung einer Grenze der Strömung durch die variable Turbinengeometrie 4, wird der Anschlaghebel 14 gegen den Anschlag 19 gedrückt, so dass eine plastische Deformation des Anschlagbereichs 20 bzw. des Randes 22 derart erfolgt, dass der Anschlagbereich 20 bzw. der Rand 22 in den Hohlraum 21 verformt wird. Diese plastische Deformation erfolgt hierbei soweit, bis die Leitschaufeln 7 eine Stellung erreicht haben, bei der die Ist-Strömung durch die Leitschaufeln 7 einer gewünschten Soll- bzw. Grenzströmung entspricht. Dabei ist der jeweilige Anschlaghebel 14 in den 3 und 4 in einem nicht deformierten Zustand gezeigt. In diesen Figuren ist ferner erkennbar, dass der jeweilige Anschlaghebel 14 als ein Stanzbauteil 23 ausgebildet ist, das durch ein Stanzverfahren hergestellt wurde.
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Die plastische Verformung des Anschlaghebels 14 ist im normalen Betrieb des Abgasturboladers 1 bzw. der variablen Turbinengeometrie 4 nicht möglich, so dass ein unerwünschtes Verstellen der Grenzströmung nicht erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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