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Die Erfindung betrifft eine Stellanordnung eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Sogenannte „downsizing-Motoren” mit hohen Leistungsdichten neigen zu erhöhten Schwingungen, sodass die Komponenten eines mit derartigen Motoren kombinierten Abgasturboladers durch einen Schwingungsreibverschleiss stark beansprucht werden. Von diesem Verschleiß sind auch die Komponenten von Stellanordnungen derartiger Turbolader, bspw. zur Betätigung einer Wastegate-Klappe betroffen. Selbst spezielle Werkstoffe für die genannten Komponenten mit unterschiedlichsten Oberflächenbehandlungen können hierbei an ihre Grenzen stoßen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stellanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der es möglich ist, einen Schwingungsreibverschleiß ihrer Komponenten zumindest deutlich zu minimieren.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
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Im Einzelnen erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die Stellanordnung eines Abgasturboladers, die eine Regeleinheit, bspw. in Form einer hydraulischen Steuerdose, aufweist, die mit einer Regelstange versehen ist. Die Regelstange weist einen freien Endbereich auf, der mit einem Führungsstück verbunden ist, das bspw. auf einem äußeren Hebel befestigt ist, der über eine Stellwelle mit einer Wastegate-Klappe verbunden sein kann. Erfindungsgemäß ist der freie Endbereich der Regelstange mittels einer Federklammer mit dem Führungsstück verbunden. Hierbei umgreift die Federklamme den freien Endbereich und ist mit dem Führungsstück verklemmt.
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Dadurch wird vorteilhafterweise zunächst eine vereinfachte gelenkige vorgespannte Verbindung der Regelstange mit dem Führungsstück geschaffen. Durch die Federvorspannung ist es möglich, Klappergeräusche im Eigenfrequenzbereich zu vermeiden. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Ist die Federklammer mit zwei zueinander beabstandeten Federringen versehen, die mittels eines Verbindungsbügels miteinander verbunden sind, ergibt sich der Vorteil einer einstückigen Ausbildung der Federklammer, sodass mit nur einem einzigen Montagemittel eine federnde gelenkige Anbindung der Regelstange an das Führungsstück geschaffen werden kann. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass diese Konstruktion logistisch einfach ist, da eine geringere Anzahl von Einzelteilen benötigt wird.
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Ferner ergibt sich der Vorteil der Möglichkeit einer einfachen Herstellung der Federklammer in einem Stanzbiegeverfahren, bei dem gleichzeitig die Außenkontur und die Ausgestaltung der Federringe vorgegeben werden.
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Ist der Abstand der Federringe gleich der Materialstärke des freien Endbereichs, ergibt sich der Vorteil einer umgreifenden, spielfreien Montage des Endbereichs der Regelstange.
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Wird der Abstand zwischen den Federringen durch die Ausbildung des Verbindungsbügels variabel gestaltet, ergibt sich der Vorteil einer Anpassungsmöglichkeit an Toleranzabweichungen in der Materialstärke des freien Endbereichs.
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Weisen die Federringe jeweils Federzungen auf, die entlang des Innenumfangs eines Außenringes angeordnet und an diesem fixiert sind, ergibt sich der Vorteil, dass die Federzungen, bspw. im Gegensatz zu Tellerfedern mit geschlossenen kreisförmigen Konturen, leichter verformbar sind, sodass ohne Erreichen einer plastischen Verformungsgrenze, also innerhalb der elastischen Verformung, die im Montagezustand obere bzw. erste Federklammer mit dem Führungsstück verklemmt werden kann. Gleichzeitig wird eine Federvorspannung in einer axialen Richtung im Betrieb zur Eliminierung eines Spiels bzw. zur Eliminierung von Klappergeräuschen bereitgestellt.
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Stehen die Federzungen vom Außenring in einem stumpfen Winkel ab, ergibt sich der Vorteil der Bereitstellung einer Federwirkung und einer Auflagefläche, von der sich die Federzungen radial nach innen erstrecken.
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Werden die Federzungen in gleichen Abständen zueinander angeordnet, ergibt sich der Vorteil einer gleichmäßigen Kraftverteilung.
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Sind die Federzungen durch Ausnehmungen voneinander getrennt, ergibt sich der Vorteil, dass eine variable Breite der Federelemente möglich gemacht wird, was wiederum den Vorteil ergibt, dass eine Beeinflussung der Federsteifigkeit in axialer Richtung möglich wird.
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Sind die Federringe jeweils identisch ausgebildet, ergibt sich der Vorteil einer gleichmäßigen Belastung bzw. Vorspannung, im Montagezustand, von unten nach oben.
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Weist der Verbindungsbügel eine an die Außenkonturen des freien Endbereichs angepasste Bügelkontur auf, ergibt sich der Vorteil einer platzsparenden Montage. Ferner ragen keine scharfkantigen Gegenstände vom freien Endbereich ab.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausprägungsform stützt sich der im Montagezustand untere bzw. zweite Federring auf einer Anlageplatte des Führungsstücks ab, während der erste bzw. obere Federring an einem Bolzen des Führungsstücks verklemmt ist. Dies ergibt den Vorteil, dass nach dem Einklemmen des oberen Federrings eine axiale Vorspannung bereitgestellt wird.
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Ferner ist es optional möglich, radiale Laschen am Verbindungsbügel vorzusehen, was den Vorteil ergibt, dass das Führungsstück zusätzlich in radialer Richtung seines Bolzens gefedert werden kann.
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Schließlich ist es möglich, das Material der erfindungsgemäßen Federklammer mit einer Oberflächenbeschichtung (vorzugsweise in Form einer Gleitbeschichtung) zu versehen, um die Reibung zwischen der Federklammer und dem freien Endbereich zu reduzieren, was ferner zu einer Hysteresereduktion führt.
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Bevorzugter Weise liegt die Materialstärke der Federklammer in einem Bereich von 0,1mm bis 0,3mm, insbesondere 0,12mm bis 0,18mm.
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In Anspruch 15 ist eine erfindungsgemäße Federklammer als selbständig handelbares Objekt der erfindungsgemäßen Stellanordnung definiert.
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In Anspruch 16 ist ein Verfahren zur Montage einer Regelstange an einem Führungsstück definiert.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
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1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
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2 einen freien Endbereich einer Regelstange des erfindungsgemäßen Abgasturboladers im an einem Führungsstück montierten Zustand,
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3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Federklammer, und
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4a bis 4d schematisch stark vereinfachte Darstellungen der erfindungsgemäßen Federklammer und des Führungsstücks zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1, der ein Turbinengehäuse 2 umfasst. Im Turbinengehäuse 2 ist ein Turbinenrad 26 angeordnet, das an einem Ende einer Laderwelle 25 angeordnet ist. Die Laderwelle 25 ist in einem Lagergehäuse 24 gelagert, wozu dieses üblicherweise eine Radiallageranordnung und eine Axiallageranordnung umfasst. Das Lagergehäuse 24 weist ferner eine Ölversorgungseinrichtung 30 auf und ist mit einem Verdichtergehäuse 23 verbunden, in dem ein Verdichterrad 22 angeordnet ist. Das Verdichterrad 22 ist auf dem anderen Ende der Laderwelle 25 fixiert.
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Der Abgasturbolader 1 weist ferner eine Regeleinheit 4 als Komponente einer Stellanordnung 9 auf. Wie 1 verdeutlicht, ist die Regeleinheit 4 im Beispielsfalle als pneumatische Steuerdose ausgebildet, könnte jedoch auch als elektrischer Aktuator ausgebildet sein.
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Die Regeleinheit 4 weist eine Regelstange 5 auf, die einen freien Endbereich 8 umfasst. Der freie Endbereich 8 ist mit einem Führungsstück 6 verbunden. Das Führungsstück 6 ist auf einem äußeren Hebel 7 fixiert, der mit einer im Turbinengehäuse 2 geführten Stellwelle 31 verbunden ist. Die Stellwelle 31 ist an ihrem im Turbinengehäuse 2 angeordneten Endbereich 32 mit einem inneren Hebel 33 verbunden. Der innere Hebel 33 wiederum ist an seinem freien Ende mit einer Wastegate-Klappe 3 verbunden, die zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und einer Offenstellung durch Betätigung mittels der Regeleinheit 4 schwenkbar ist. In der Schließstellung schließt die Wastegate-Klappe 3 eine Bypassöffnung 28, die den Turbinengehäuseeintritt 27 in der Offenstellung der Wastegate-Klappe 3 mit dem Turbinengehäuseaustritt 29 verbindet, um das Turbinenrad 26 umgehen zu können.
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Der freie Endbereich 8 der Regelstange 5 ist mit dem Führungsstück 6 mittels einer Federklammer 10 verbunden, die den freien Endbereich 8 umgreift und die mit dem Führungsstück 6 verklemmt ist, was nachfolgend im Einzelnen anhand der Darstellungen der 2 und 3 beschrieben wird.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des freien Endbereichs 8 der Regelstange 5. Aus dieser Darstellung wird deutlich, wie die Federklammer 10 den freien Endbereich umgreift.
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Wie sich aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ergibt, weist die Federklammer hierfür bei der in diesen Figuren dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform zwei beabstandete Federringe 11 und 12 auf. Die Federringe 11 und 12 sind mittels eines Verbindungsbügels 13 miteinander verbunden.
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Der in 3 eingezeichnete Abstand A zwischen den Federringen 11 und 12 entspricht der in 2 eingezeichneten Materialstärke M des freien Endbereiches, was den eingangs erwähnten Vorteil einer spielfreien Montage des freien Endbereiches 8 ergibt.
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Vorteilhafterweise ist der genannte Abstand A durch die Ausbildung des Verbindungsbügels variabel, sodass Anpassungen an unterschiedliche Konturen und Dimensionierungen des freien Endbereiches 8 möglich sind.
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Wie die 3 im Einzelnen zeigt, weisen die Federringe 11 und 12 jeweils Federzungen 11A bis 11F bzw. 12A bis 12F auf. Dies bedeutet, dass bei der in 3 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform die Federringe 11 und 12 jeweils sechs Federzungen aufweisen.
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Die Federzungen 11A bis 11F und 12A bis 12F sind entlang eines Innenumfanges IU14 bzw. IU15 eines Außenringes 14 bzw. 15 angeordnet und an diesem fixiert.
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Hierbei nehmen die Federzungen 11A bis 11F sowie 12A bis 12F zu den zugeordneten Außenringen 14 bzw. 15 jeweils einen stumpfen Winkel α bzw. β ein, die jeweils in 3 eingezeichnet sind.
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Der im Montagezustand, der sich aus 2 ergibt, untere bzw. zweite Federring 12 weist ferner einen inneren Auflagerand 21 auf, der den Federzungen 12A bis 12F zugeordnete Auflagerandbereiche unterteilt ist, also im Beispielsfalle sechs Auflagerandbereiche umfasst, da sechs Federzungen 12A bis 12F vorgesehen sind.
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Bei der in 3 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform, nimmt der Auflagerand 21 bzw. seine Auflagerandbereiche jeweils einen Winkel β1 zu den zugeordneten Federzungen 12A bis 12F ein. Bei der in 3 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform, ist dieser Winkel β1 gleich dem Winkel β, sodass der Auflagerand 21 bzw. seine Auflagerandbereiche parallel zum Außenring 15 angeordnet sind.
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Die Darstellung der 3 verdeutlicht ferner, dass die Federzungen 11A bis 11F sowie 12A bis 12F jeweils in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
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Hierbei sind bei der in 3 dargestellten Ausführungsform die Federzungen 11A bis 11F sowie 12A bis 12F jeweils durch Ausnehmungen voneinander getrennt, im Beispielsfalle also sechs Ausnehmungen, von denen jeweils eine Ausnehmung mit der Bezugsziffer 16 für den ersten Federring 11 und eine Ausnehmung mit der Bezugsziffer 16' für den zweiten Federring 12 repräsentativ für alle Ausnehmungen gekennzeichnet sind.
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Wie 3 ferner verdeutlicht, sind bei dieser Ausführungsform die Federringe 11 und 12 identisch ausgebildet.
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2 zeigt den Montagezustand der Federklammer 10, in dem diese den freien Endbereich 8 umgreift und in dem der erste Federring 11 den oberen Federring darstellt, dessen Federzungen 11A bis 11F in eine Nut 20 eingreifen, die zwischen dem Führungsstück 6 und einem Bolzen 19 angeordnet ist, der auf dem oberen Ende des Führungsstücks 6 angeordnet ist. Aufgrund der in 2 gewählten Darstellung ist von den Federzungen des Federrings 11 nur die Federzunge 11E nicht sichtbar, diese greift jedoch ebenso wie die Federzungen 11A bis 11F in die Nut 20 ein, wie sich dies aus der Darstellung der 2 im einzelnen ergibt.
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2 verdeutlicht ferner, dass der Verbindungsbügel 13 eine an die Außenkontur des freien Endbereichs 8 angepasste Bügelkontur aufweist.
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Ferner zeigt 2, dass sich der zweite, im Montagezustand untere, Federring 12 über seinen Auflagerand 21 auf einer Auflageplatte 18 abstützt, die am Führungsstück 6 angeordnet ist.
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Ferner kann der Verbindungsbügel 13, als optionales Merkmal, radiale Laschen aufweisen, von denen eine Lasche 17 gestrichelt in 2 eingezeichnet ist. Eine zweite entsprechend der Lasche 17 ausgebildete Lasche kann auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungsbügel 13 vorgesehen sein, ist aufgrund der in 2 gewählten Darstellung jedoch nicht sichtbar.
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Anhand der 4A bis 4D wird nachfolgend das erfindungsgemäße Montageverfahren erläutert:
Nach der Herstellung der Federklammer 10, bspw. durch ein Biegestanzverfahren, wird die Federklammer 10 im noch flachen Zustand mit Hilfe ihres Federringes 12 auf das Verbindungsstück 6 aufgesetzt. Danach wird der Verbindungbügel 13, der in den 4A und 4D strichliert angedeutet ist, gemäß den in den 4A und 4B gewählten Darstellungen nach oben umgebogen, sodass, wie aus 4A ersichtlich, der erste bzw. obere Federring 11 oberhalb des Bolzens 19 angeordnet ist. In diesem Zustand wird eine in 4A durch die Pfeile F1 und F2 symbolisierte Kraft auf den oberen Federring 11 ausgeübt, sodass, wie 4B zeigt, der Federring 11 auf den Bolzen 19 gedrückt wird, wozu dieser bevorzugter Weise zur Erleichterung der Montage eine Auflaufschräge 34 aufweist. Wie 4C und die in 4D dargestellte vergrößerte Einzelheit X zeigen, wird durch diese Krafteinwirkung der obere Federring 11 mit seinen Federzungen 11A bis 11F in die Nut 20 gedrückt, wobei er sich lediglich elastisch, also nicht plastisch, verformt und in die Nut 20 dementsprechend elastisch einschnappen bzw. einrasten kann. Hierbei nimmt der Federring 11 mit seinen Federzungen 11A bis 11F jeweils ein geringes Spiel S zum Führungsstück 6 ein, damit die Federzungen 11A bis 11F nur in axialer Richtung wirken.
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Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4D Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasturbolader
- 2
- Turbinengehäuse
- 3
- Wastegate-Klappe
- 4
- Regeleinheit
- 5
- Regelstange
- 6
- Führungsstück
- 7
- Äußerer Hebel
- 8
- Freier Endbereich
- 9
- Stellanordnung
- 10
- Federklammer
- 11
- Erster Federring
- 12
- Zweiter Federring
- 11A–11F
- Federzungen des ersten Federringes
- 12A–12F
- Federzungen des zweiten Federringes
- 13
- Verbindungsbügel
- 14, 15
- Außenringe
- 16, 16'
- Ausnehmungen
- 17
- Radialer Bügel
- 18
- Auflageplatte
- 19
- Bolzen
- 20
- Nut
- 21
- Auflagerand
- 22
- Verdichterrad
- 23
- Verdichtergehäuse
- 24
- Lagergehäuse
- 25
- Laderwelle
- 26
- Turbinenrad
- 27
- Turbinengehäuseeintritt
- 28
- Bypassöffnung
- 29
- Turbinengehäuseaustritt
- 30
- Ölversorgungseinrichtung
- 31
- Stellwelle
- 32
- Inneres Ende
- 33
- Innerer Hebel
- 34
- Auflaufschräge
- IU14, IU15
- Innenumfang
- α, β, β1
- Winkel
- F1, F2
- Kraftpfeile
- X
- Einzelheit
