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Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Abgasturbolader mit einer solchen variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie.
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Aus der
DE 10 2004 037 082 A1 ist eine gattungsgemäße variable Turbinengeometrie für einen Abgasturbolader bekannt, mit einem als Schaufellagerring ausgebildeten Leitschaufelträger, in welchem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind. Über einen Verstellring, welcher mit Verstellhebeln der einzelnen Leitschaufeln zusammenwirkt, können diese simultan durch Drehung des Verstellrings relativ zum Schaufellagerring verstellt werden. Der Verstellring selbst ist dabei über eine flächige Gleitlagerung am Schaufellagerring gelagert.
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Aus der
EP 2 180 159 A1 ist wiederum eine gattungsgemäße variable Turbinengeometrie bekannt, bei welcher der Verstellring wiederum über eine Gleitlagerung an einem Leitschaufelträger gelagert ist.
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Aus der
EP 1 227 221 B1 ist eine Leitschaufelverstelleinrichtung für einen Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie bekannt, umfassend eine Leitschaufelträgerplatte, mehrere Leitschaufeln, die über in der Leitschaufelträgerplatte gelagerte Leitschaufelachsen mit Leitschaufelhebeln verbunden sind sowie einen Verstellring, der Aussparungen zur Aufnahme der Enden der Leitschaufelhebel aufweist. Der Verstellring weist dabei in Axialrichtung vorstehende Nasen auf, von denen zumindest eine in flächigem Gleitkontakt zur Leitschaufelträgerplatte steht.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten variablen Turbinengeometrien ist jedoch die vergleichsweise hohe Gleitreibung zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring und der damit verbundene, vergleichsweise hohe Aufwand zum Verstellen der variablen Turbinengeometrie.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere leichter zu verstellen ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Verstellring einer variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie erstmals zumindest in Radialrichtung ausschließlich noch über Linienkontakte an einem Schaufellagerring der variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie gleitend zu lagern und dadurch im Vergleich zu den bisherigen Flächenkontakten zwischen dem Gleitring und dem Schaufellagerring deutlich reibungsärmer. Die erfindungsgemäße variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie für einen Abgasturbolader weist dabei in bekannter Weise einen Schaufellagerring auf, in welchem Leitschaufeln mit einem jeweiligen Leitschaufelzapfen drehbar gelagert sind. Darüber hinaus besitzt die variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie einen Verstellring zum simultanen Verstellen der Leitschaufeln, wobei der Verstellring zumindest in Radialrichtung nun erfindungsgemäß ausschließlich über Linienkontakte am Schaufellagerring gleitend gelagert ist. Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten flächigen Gleitlagerung kann mit der erfindungsgemäßen variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie somit eine deutliche Reduzierung der Reibkontakte erreicht werden, wodurch insbesondere auch ein leichteres und damit energieärmeres Verstellen der Leitschaufeln möglich ist. Rein theoretisch ist sogar denkbar, dass zu einer weiteren Reduzierung der Gleitkontakte zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring ein nur noch punktförmiger Kontakt zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring gegeben ist, wobei in diesem Fall die punktförmige Kontaktfläche am Verstellring und die damit zusammenwirkenden Kontaktflächen am Schaufellagerring äußerst verschleißbeständig ausgeführt werden müsste, um ein unerwünschtes Eingraben des Verstellrings über seine punktförmigen Kontakte in den Schaufellagerring zu vermeiden. Ein derartiges Eingraben kann durch das erfindungsgemäße Vorsehen der Linienkontakte zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring problemlos vermieden werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Verstellring zumindest drei radial nach innen weisende Vorsprünge auf, die an jeweils einer Stelle in linienförmigem Gleitkontakt mit dem Schaufellagerring stehen. Diese zumindest drei radial nach innen weisenden Vorsprünge sind vorzugsweise um jeweils 120° versetzt über den Umfang angeordnet und ermöglichen dadurch eine einerseits zuverlässige, andererseits jedoch leichtgängige Gleitlagerung des Verstellrings am Schaufellagerring.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Verstellring mehrere über den Umfang verteilte und nach innen offene U-förmige Ausnehmungen auf, über welche er in Kontakt mit einem Stellhebel der jeweils zugehörigen Leitschaufel steht. Dabei kann nun vorgesehen sein, dass zwischen zwei solchen benachbarten Ausnehmungen zumindest ein radial nach innen weisender Vorsprung vorgesehen ist oder aber dass zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen zumindest zwei radial nach innen weisende Vorsprünge vorgesehen sind, die jeweils benachbart zur Ausnehmung angeordnet sind. Hierdurch kann insbesondere Einfluss auf die Anzahl der linienförmigen Kontakte zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring genommen werden, wodurch sich die Gleitlagering individuell beeinflussen lässt. Wichtig ist hierbei jedoch, dass an jedem Gleitkontakt zwischen dem Verstellring und dem Schaufellagerring ausschließlich ein Linienkontakt besteht.
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Zweckmäßig weist der Verstellring zumindest drei über den Umfang verteilte Axialerhebungen auf, über er jeweils über einen Linien- oder Punktkontakt in Axialrichtung gleitend gegenüber dem Schaufellagerring gelagert ist. Neben der linienkontaktförmigen Gleitlagerung des Verstellrings in Radialrichtung am Schaufellagerring kann in gleicher Weise auch eine linienkontaktförmige Gleitlagerung des Verstellrings in Axialrichtung am Schaufellagerring erfolgen. Mit den zumindest drei Axialerhebungen kann somit die in Axialrichtung wirkende Gleitreibung ebenfalls reduziert und darüber ein Verstellaufwand zum Verstellen des Verstellrings vermindert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Verstellring zumindest an seinen Vorsprüngen eine reibungsreduzierende Schicht auf, insbesondere ist er zumindest dort nitriert. Eine derartige reibungsreduzierende Schicht hilft ebenfalls, die Reibung zu reduzieren, wobei beim Nitrieren Stickstoff in den Werkstoff des Verstellrings eingebracht wird. Durch ein derartiges Nitrieren kann insbesondere eine Oberflächenvergütung in der Art einer Oberflächenhärtung erreicht werden, wodurch auch die Verschleißbeständigkeit der Oberfläche gesteigert werden kann. Durch die erhöhte Verschleißbeständigkeit kann auch eine langfristige Reibungsreduzierung erreicht werden. Selbstverständlich können auch andere, die Gleitreibung reduzierende Beschichtungen denkbar sein, wie beispielsweise die Beschichtung mit Polytetrafluorethylen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Abgasturbolader mit einer zuvor beschriebenen variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie auszustatten und dadurch zu erreichen, dass ein Aufwand zum Verstellen der Leitschaufeln aufgrund der reduzierten Gleitreibung zwischen Verstellring und Schaufellagerring deutlich reduziert werden kann. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, kleinere, leichtere, leistungsschwächere und kostengünstigere Stellaktuatoren einzusetzen.
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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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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine erfindungsgemäße variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie,
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2 eine Detaildarstellung A aus 1,
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3 eine weitere Detaildarstellung
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4 eine dreidimensionale Ansicht auf einen Ausschnitt eines Verstellrings im Bereich eines radial nach innen weisenden Vorsprungs,
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5 eine zu 4 alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstellrings,
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6 eine variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie mit einem Verstellring mit einer Axialerhebung zur Axiallagerung des Verstellrings am Schaufellagerring.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie 1 für einen im Übrigen nur angedeuteten Abgasturbolader 2, einen Schaufellagerring 3 auf, in welchem Leitschaufeln 4 drehbar gelagert sind. Dabei ist lediglich eine einzige Leitschaufel 4 näher bezeichnet, während die anderen Leitschaufeln 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Darüber hinaus vorgesehen ist in bekannter Weise ein Verstellring 5, über welchen die einzelnen Leitschaufeln 4 simultan verstellbar sind. Der Verstellring 5 ist dabei erfindungsgemäß zumindest in Radialrichtung 14 ausschließlich über Linienkontakte 6 am Schaufellagerring 3 gelagert. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik, bei welchem der Schaufellagerring in Radialrichtung üblicherweise über Flächenkontakte am Schaufellagerring gelagert war, stellt die erfindungsgemäße Lagerung des Verstellrings 5 am Schaufellagerring 3 ausschließlich über Linienkontakte 6 eine deutlich reibungsreduzierte Lagerung dar, wodurch insbesondere zum Verstellen der einzelnen Leitschaufeln 4 weniger Energie erforderlich ist, was wiederum einen leichteren, leistungsärmeren und kostengünstigeren Stellaktuator ermöglicht.
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Zur erfindungsgemäßen Lagerung des Verstellrings 5 am Schaufellagerring 3 weist der Verstellring 5 zumindest drei radial nach innen weisende Vorsprünge 7 (vergleiche auch die 2 bis 6) auf, die an jeweils einer Stelle in linienförmigem Gleitkontakt mit dem Schaufellagerring 3 stehen. Betrachtet man dabei die 1 bis 4, so kann man erkennen, dass der Verstellring 5 mehrere über den Umfang verteilte und nach innen offene U-förmige Ausnehmungen 8 aufweist, über welche er in Kontakt mit einem Stellhebel 9 der jeweils zugehörigen Leitschaufel 4 steht. Nun kann je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellrings 5 zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 8 jeweils ein radial nach innen weisender Vorsprung 7 vorgesehen sein (vergleiche 1 bis 4), oder aber es ist denkbar, dass zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 8 zumindest zwei radial nach innen weisende Vorsprünge 7 vorgesehen sind (vergleiche 5), die jeweils benachbart zur zugehörigen Ausnehmung 8 angeordnet sind (vergleiche 5). In diesem Fall ist jeweils eine Ausnehmung 8 von zwei direkt benachbarten Vorsprüngen 7 begrenzt. An sämtlichen Vorsprüngen 7 steht dabei jedoch der Verstellring 5 in Radialrichtung 14 in gleitendem Linienkontakt 6 zum Schaufellagerring 3 und ermöglicht dadurch eine deutlich reduzierte Reibung und damit eine deutlich leichtgängigere Lagerung des Verstellrings 5 am Schaufellagerring 3.
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In analoger Weise kann der Verstellring 5 selbstverständlich auch in Axialrichtung 10 (vergleiche 6) über zumindest drei über den Umfang verteilte Axialerhebungen 11 über jeweils einen Linienkontakt 6 am Schaufellagerring 3 gelagert sein. Rein theoretisch ist selbstverständlich hier auch ein lediglich punktförmiger Kontakt denkbar, wobei in diesem Fall eine am Schaufellagerring 3 vorgesehene Kontaktfläche 12 verschleißbeständig ausgeführt sein muss, um ein Eingraben der Axialerhebungen 11 in den Schaufellagerring 3 vermeiden zu können. Der Verstellring 5 kann beispielsweise mittels Umformverfahren hergestellt werden.
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Um die Reibung weiter reduzieren zu können, kann der Verstellring 5 zumindest an seinen Vorsprüngen 7 und/oder an seinen Axialerhebungen 11 eine reibungsreduzierende Schicht 13 aufweisen, insbesondere nitriert, das heißt oberflächengehärtet sein. Darüber hinaus kommen selbstverständlich auch andere reibungsreduzierende Beschichtungen in Frage, wie beispielsweise eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch die Kontaktfläche 12 am Schaufellagerring 3 eine reibungsreduzierende Schicht 13 aufweisen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verstellring 5 und der erfindungsgemäßen variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie 1 kann im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten variablen Turbinen- oder Verdichtergeometrie eine deutlich leichtgängigere Lagerung des Verstellrings 5 am Schaufellagerring 3 erreicht werden, wodurch es insbesondere möglich ist, leichtere und leistungsärmere und damit auch kostengünstigere Stellaktuatoren einzusetzen. Hierdurch lassen sich erhebliche Kostenvorteile erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004037082 A1 [0002]
- EP 2180159 A1 [0003]
- EP 1227221 B1 [0004]
