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Die Erfindung betrifft einen Turbolader für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, mit einem Gehäuse sowie einem Aktor zur Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters des Turboladers. Der Aktor ist durch eine Verbindungsanordnung am Gehäuse befestigt.
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Turbolader werden bei modernen Kraftfahrzeugen verwendet, um die Leistung von Verbrennungsmotoren zu steigern. Dabei wird dem Einlass des Verbrennungsmotors Luft mit erhöhtem Druck, also oberhalb des Atmosphärendrucks, zugeführt. Der Turbolader umfasst dabei eine Turbine sowie einen Verdichter bzw. Kompressor, die mechanisch aneinander gekoppelt sind. Genauer gesagt ist ein Turbinenrad über eine gemeinsame Welle an ein Verdichterrad gekoppelt. Das Turbinenrad wird dabei durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben. Hieraus resultiert wiederum ein Antrieb des Verdichterrades, das die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft vorverdichtet. Sowohl bei der Turbine als auch beim Verdichter sind unterschiedliche Konfigurationen bekannt, die allerdings alle auf dem oben beschriebenen Funktionsprinzip basieren.
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Es ist im Stand der Technik auch bekannt, die Funktion des Turboladers bzw. den Ablauf des Verdichtungsvorgangs zu beeinflussen bzw. zu regeln. So kann bspw. der im Verdichter erzeugte Druck (der Ladedruck) begrenzt werden, indem ein gewissermaßen „parallel“ zur Turbine verlaufender Umgehungskanal oder Bypass vorgesehen wird, durch den wenigstens ein Teil der Abgase an der Turbine vorbei geleitet werden kann. Dabei wird die Menge des Abgases, die durch den Umgehungskanal strömt, über ein Ventil geregelt, das auch als „Ladedruckregelventil“ oder „Wastegate“ bezeichnet wird. Dieses Ventil kann wiederum über einen Aktor betätigt werden, der an den Verdichter gekoppelt ist. Ein derartiger Aktor kann pneumatisch über den Ladedruck gesteuert werden. Dabei kann bspw. ein federbeaufschlagter Kolben (oder eine Membran) innerhalb eines Zylinders angeordnet sein. Der Kolben wirkt auf eine Betätigungsstange ein, die wiederum das Ventil betätigt. Das Innere des Zylinders ist über eine normalerweise flexible Zufuhrleitung mit dem Inneren des Verdichters verbunden, so dass eine Seite des Kolbens mit dem Ladedruck beaufschlagt ist. Die Kraft der Feder ist hierbei so gewählt, dass bei Überschreiten eines gewissen Ladedrucks der Kolben mit der Betätigungsstange so bewegt wird, dass der Umgehungskanal mittels des Ventils geöffnet wird. Ein derartiger Aktor wird auch als Druckdose bezeichnet. Neben dieser pneumatischen Ladedruckregelung ist auch eine elektronische Ladedruckregelung bekannt, bei welcher der Ladedruck sowie ggf. weitere Parameter über Sensoren festgestellt werden und in Abhängigkeit hiervon ein elektrisch betriebener Aktor, ggf. wiederum über eine Betätigungsstange, das Ventil betätigt.
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Unabhängig von der Funktionsweise ist der Aktor selbst üblicherweise mit einem Gehäuse des Turboladers, insbesondere des Verdichters, verbunden, bspw. verschraubt. Eine mögliche Bauform ist hierbei, dass der Zylinder auf einer gabelförmigen Halterung aufliegt, wobei die Betätigungsstange zwischen zwei Armen der Halterung hindurchgeführt ist. Jeder der Arme kann dabei eine Bohrung aufweisen, durch die eine Schraube zur Befestigung des Aktors hindurchgeführt ist.
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Im Hinblick auf die Sicherheit von Insassen des Fahrzeugs ist dabei zu berücksichtigen, dass der Aktor (sowie ggf. die Betätigungsstange) eine Vergrößerung der X-Dimension eines quer eingebauten Motors darstellen kann. Häufig sind die beschriebenen Komponenten vor der Spritzwand, relativ nahe zum Fahrzeuginnenraum und dem Armaturenbrett, angeordnet. Aufgrund der notwendigen mechanischen Stabilität sind sowohl der Aktor als auch die Betätigungsstange nur unter hohen Lasten komprimierbar. Die zur Verfügung stehende Gegenkraft der Spritzwand liegt jedoch meist unter diesem Lastniveau, was dazu führen kann, dass sich die nicht-komprimierbare Ausdehnung des gesamten Motors in X-Richtung vergrößert. Im Falle eines Frontalaufpralls drücken die genannten Komponenten gegen die Spritzwand und können diese eindrücken, was Einfluss auf den Überlebensraum der Insassen haben kann. Bei einigen Fahrzeugen kann der Einschlag der beschriebenen Komponenten im Bereich lasttragender Strukturquerträger erfolgen und die Integrität der Fahrgastzelle massiv schwächen.
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Die
US 2011/0133439 A1 zeigt ein Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug, wobei ein Dreipunktgurt in bekannter Weise über einen Endbeschlag mit der Seite eines Fahrzeugsitzes verbunden ist. Der Endbeschlag besteht aus einem Blechteil und weist eine langgestreckte Ausnehmung auf, durch die eine Schraube geführt ist, mit welcher der Endbeschlag mit dem Fahrzeugsitz verschraubt ist. Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs durchgreift die Schraube die Ausnehmung an einem Ende derselben. Um bei einem Unfall die maximale Rückhaltekraft des Gurtes zu begrenzen, kann bei Überschreiten einer bestimmten Schwellkraft die Schraube entlang der Ausnehmung von dem genannten Ende fort bewegt werden. Gemäß einer Ausgestaltung sind angrenzend an das Ende nach innen gerichtete Nasen ausgebildet, die die Schraube in Position halten und bei Überschreiten der Schwellkraft nachgeben, um so die Relativbewegung der Schraube freizugeben.
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Die
JP 2015-120469 A offenbart eine Aufhängung für ein Fahrzeugrad, bei der ein Dreieckslenker fahrzeugseitig an einem vorderen Anbindungspunkt über ein Gummi-Metall-Lager und einen Achsstift mit einer fahrzeugseitigen Halterung verbunden ist. Die Halterung ist dabei als U-förmiges Blechteil ausgebildet und weist zwei Arme mit Ausnehmungen auf, durch die der Achsstift hindurchgeführt ist. Jede der Ausnehmungen ist dabei in Richtung auf einen Endbereich des Arms verlängert. Weiterhin weist der Arm im Endbereich eine geringere Materialstärke auf. Im normalen Betrieb ist der Achsstift an einem dem Endbereich gegenüberliegenden Ende der Ausnehmung angeordnet, wobei nach innen gerichtete Vorsprünge eine Verschiebung des Achsstifts verhindern. Wird bei einem Unfall eine bestimmte Schwellkraft überschritten, geben die Vorsprünge nach und der Achsstift wird innerhalb der Ausnehmung verschoben. Dabei kann er auch das relativ dünne Material im Endbereich durchbrechen, wodurch sich der Dreieckslenker von der Halterung löst.
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Die
CN 103661324 A zeigt eine Pedalbaugruppe für ein Gaspedal eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist das eigentliche Gaspedal über eine mehrteilige Halterung mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Ein erstes Halterungsteil ist U-förmig ausgebildet und weist Bohrungen auf, durch die geschlitzte Achsstifte zur drehbaren Befestigung des Gaspedals geführt sind. Durch die Achsstifte sind wiederum Keilelemente geführt, die über einen Hebelmechanismus an ein zweites Halterungsteil gekoppelt sind. Bei einem Frontalaufprall können durch eine Relativbewegung des ersten und zweiten Halterungsteil die Keilelemente in die Achsstifte geschoben werden, so dass letztere axial herausfallen und das Pedal freigeben. Das zweite Halterungsteil weist eine zum Rand hin geöffnete Ausnehmung auf, durch die eine Schraube zur Verbindung mit einem dritten Halterungsteil geführt ist. Die Schraube wirkt mit einer Mutter zusammen und wird beim normalen Betrieb durch Reibung innerhalb der Ausnehmung gehalten. Bei einem Unfall wird sie randseitig aus der Ausnehmung herausgeführt, was zu einer Entkopplung von zweitem und drittem Halterungsteil führt.
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Die
DE 10 2012 009 940 A1 betrifft eine crashtolerante Systemanordnung in einem im Vorderwagenbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten Motorraum, umfassend einen im Motorraum angeordneten Verbrennungsmotor mit einem Motorblock, einen Abgase des Verbrennungsmotors aufnehmenden Abgassammler, einen dem Verbrennungsmotor zugeordneten Abgasturbolader mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass, sowie ein Abgasreinigungssystem mit einem in Fahrtrichtung vor dem Abgasturbolader angeordneten, im Wesentlichen zylindrischen ersten Katalysatorgehäuse, in dem ein erstes Abgaskatalysatorelement angeordnet ist. Dabei ist ein erstes Abgasleitungselement zur Abgasführung vom Abgasauslass des Abgasturboladers zum ersten Katalysatorgehäuses vorgesehen, das sich vom Abgasauslass des Abgasturboladers zu einem Einlasstrichter des ersten Katalysatorgehäuses erstreckt und eine im Wesentlichen entgegen der Fahrtrichtung auf das erste Katalysatorgehäuse einwirkende Druckkraft wenigstens teilweise auf den Abgasturbolader übertragen kann. Der Abgasturbolader ist durch eine erste Befestigungsvorrichtung mit dem Abgassammler und durch eine zweite Befestigungsvorrichtung mit dem Motorblock mechanisch verbunden. Die erste und zweite Befestigungsvorrichtung sind so ausgelegt, dass ein Lösen der Verbindung des Abgasturboladers mit dem Abgassammler und/oder ein Lösen der Verbindung des Abgasturboladers mit dem Motorblock innerhalb eines vorgegebenen oberen Wertebereichs für die Druckkraft erfolgt.
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In der
DE 11 2012 000 810 T5 ist offenbart, dass mit Wastegate versehene Turbolader Aktuatoren zur Betätigung des Wastegate-Ventils verwenden. Die Membrane dieser Aktuatoren seien für Beschädigung durch Fremdkörper anfällig.
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Diese mögliche Beschädigung soll durch das Hinzufügen einer Manschette um die Aktuatorwelle herum auf ein Minimum reduziert werden. Durch die Manschette wird ein Eintritt von Fremdkörpern und -fluiden, die die Aktuatorlebensdauer beeinträchtigen könnten, verhindert.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Sicherheit von Fahrzeuginsassen bei einem Fahrzeug mit ladedruckgeregeltem Turbolader noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der Fahrzeuginsassen bei einem Fahrzeug mit ladedruckgeregeltem Turbolader zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Der Turbolader ist selbstverständlich im Betriebszustand mit einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs verbunden bzw. ist ein Teil dieses Verbrennungsmotors. Das grundsätzliche Funktionsprinzip besteht hierbei wie oben beschrieben darin, dass ein Rad eines Verdichters des Turboladers über eine gemeinsame Welle an ein Rad einer Turbine des Turboladers gekoppelt ist, wobei die Turbine wenigstens zeitweise durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Gleichzeitig wird durch den Verdichter die dem Motor zugeführte Luft vorverdichtet und somit auf einen Ladedruck gebracht, der über dem Atmosphärendruck liegt. Hinsichtlich der Anordnung und Geometrie von Turbine und Verdichter bestehen im Rahmen der Erfindung keinerlei Beschränkungen.
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Der Turbolader weist ein Gehäuse auf sowie einen Aktor zur Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters des Turboladers, wobei der Aktor durch eine Verbindungsanordnung am Gehäuse befestigt ist. Das Gehäuse kann hierbei aus einer beliebigen Anzahl von Teilen zusammengesetzt sein und dient zur gasdichten Unterbringung des Turbinenrads sowie des Verdichterrads. Weiterhin sind das Turbinenrad und das Verdichterrad normalerweise wenigstens indirekt am Gehäuse drehbar gelagert. Das Gehäuse besteht üblicherweise aus Metall, bspw. Grauguss, Aluminium oder dergleichen. Es können auch unterschiedliche Metalle für verschiedene Gehäuseteile verwendet werden. An dem Gehäuse bzw. innerhalb desselben kann insbesondere ein Umgehungskanal oder Bypass ausgebildet sein, mittels dessen ein Abgasstrom ganz oder teilweise am Turbinenrad vorbei geführt werden kann, so dass er dieses umgeht. Dem Umgehungskanal kann ein Ventil zugeordnet sein, mittels dessen der Abgasstrom innerhalb des Umgehungskanals wenigstens qualitativ gesteuert werden kann.
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Der Aktor dient zur Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters des Turboladers. Insbesondere kann es sich bei diesem Betriebsparameter um den Ladedruck handeln, also den durch den Verdichter erzeugten Luftdruck. Dabei kann der Aktor direkt oder indirekt auf ein oben beschriebenes Ventil einwirken, das den Abgasstrom innerhalb des Umgehungskanals steuert. Hinsichtlich der Energiequelle zum Betrieb des Aktors bestehen im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen. Er kann bspw. hydraulisch betrieben sein oder insbesondere pneumatisch, wobei er namentlich durch den Luftdruck innerhalb des Verdichters betrieben werden kann. In diesem Fall kann der Aktor in bekannter Weise als Druckdose ausgestaltet sein. Des Weiteren kann es sich um einen elektrisch betriebenen Aktor handeln, der in Abhängigkeit von den Messwerten wenigstens eines Sensors angesteuert wird. Im einfachsten Fall kann es sich dabei um einen Drucksensor handeln, der den Luftdruck innerhalb des Verdichters misst. Der Aktor ist durch eine Verbindungsanordnung am Gehäuse befestigt. Dies schließt ausdrücklich die Möglichkeit ein, dass Teile der Verbindungsanordnung als Teile des Aktors und/oder des Gehäuses angesehen werden können, also dass die Verbindungsanordnung wenigstens teilweise durch das Gehäuse und/oder den Aktor gebildet ist. Der Aktor ist hierbei bevorzugt wenigstens überwiegend, normalerweise vollständig, an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Üblicherweise ist der Aktor während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs starr mit dem Gehäuse verbunden, also derart, dass allenfalls eine Relativbewegung möglich ist, die gegenüber den Abmessungen des Aktors vernachlässigbar ist.
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Erfindungsgemäß ist die Verbindungsanordnung dazu ausgebildet, bei Überschreiten einer Schwellkraft zwischen dem Aktor und dem Gehäuse planmäßig nachzugeben und eine Bewegung des Aktors freizugeben. Die genannte Schwellkraft entspricht einem vorgesehenen Schwellwert einer zwischen dem Aktor und dem Gehäuse wirkenden Kraft. Dabei ist vorgesehen, dass beim normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs diese Schwellkraft nicht überschritten wird, sondern allenfalls bei einem Frontalaufprall, also einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug, einem feststehenden Hindernis, etc. Die Schwellkraft muss hierbei nicht exakt festgelegt sein, es kann je nach Anforderungen eine gewisse Ungenauigkeit hinsichtlich des Wertes bestehen, aber sie sollte bevorzugt so nah wie möglich an einem zulässigen unteren Grenzwert ausgelegt werden. Selbstverständlich sollte gewährleistet sein, dass die Schwellkraft beim normalen Betrieb des Fahrzeugs nicht überschritten wird. Wenn die Schwellkraft überschritten wird, gibt die Verbindungsanordnung planmäßig nach und gibt die Bewegung des Aktors frei. D.h. es wird eine Bewegung des Aktors relativ zum Gehäuse ermöglicht. Insbesondere kann sich der Aktor durch das planmäßige Nachgeben der Verbindungsanordnung wenigstens teilweise vom Gehäuse lösen. Das Nachgeben der Verbindungsanordnung kann eine Verformung und/oder ein Abtrennen beinhalten, z.B. ein Abreißen oder Abbrechen.
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Dadurch, dass sich bei Überschreiten der Schwellkraft der Aktor gegenüber dem Gehäuse bewegen kann, besteht ein geringeres Risiko, dass bei einem Frontalaufprall bspw. der Aktor mit anderen Fahrzeugteilen zusammengeschoben wird und so in Richtung auf den Fahrzeuginnenraum gedrückt wird. Hierdurch ist es bspw. möglich, dass der Aktor sich bei einem Frontalaufprall zunächst in einer vorgesehenen Richtung löst, z.B. in Hauptlastrichtung, und danach in eine andere Richtung ausweicht, wodurch er bspw. einem Druck seitens des Gehäuses oder anderer Motorteile, aber auch seitens der Spritzwand entgehen kann, wodurch sich die nicht deformierbare X-Dimension des Motors reduzieren kann. Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs, bei dem zwischen Aktor und Gehäuse nur Kräfte unterhalb der Schwellkraft wirken, ist der Aktor hingegen stationär am Gehäuse befestigt, wodurch seine normale Funktion gewährleistet bleibt.
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Erfindungsgemäß weist die Verbindungsanordnung eine gehäuseseitige Halterung auf, sowie wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung der Halterung mit dem Aktor, das durch eine Durchgangsöffnung der Halterung geführt ist. Die Halterung kann hierbei einstückig mit dem Gehäuse bzw. einem Teil des Gehäuses ausgebildet sein, d.h. ein und dasselbe Bauteil kann die Halterung ausbilden und gleichzeitig dazu dienen, Teile des Verdichters oder der Turbine zu umschließen. Wenigstens ein Verbindungselement, normalerweise eine Mehrzahl von Verbindungselementen, ist zur Verbindung der Halterung mit dem Aktor vorgesehen, wobei jedes Verbindungselement durch eine Durchgangsöffnung der Halterung geführt ist. Das Verbindungselement kann insbesondere wenigstens abschnittsweise schaftförmig oder stiftförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungselement um einen Gewindestift oder eine Schraube handeln. Je nach Bauart kann die Schraube unmittelbar an den Aktor angeschraubt sein oder sie kann bspw. eine weitere Durchgangsöffnungen des Aktors durchgreifen. Die Schraube kann mit einer Mutter derart zusammenwirken, dass der Aktor gegen die Halterung verspannt ist. Es ist auch möglich, dass ein Gewindestift nicht-lösbar mit dem Aktor verbunden ist und durch die Durchgangsöffnung geführt ist, wobei an einem gegenüberliegenden Ende eine Mutter auf den Gewindestift aufgeschraubt ist. Die Durchgangsöffnung kann als durchgehende Bohrung oder dergleichen ausgeführt sein. Sie kann ggf. wenigstens abschnittsweise ein Gewinde aufweisen.
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Gemäß der Erfindung weist die Halterung zwei Armabschnitte mit jeweils einer Durchgangsöffnung für ein Verbindungselement auf, wobei eine Betätigungsstange, über welche der Aktor ein Ventil des Turboladers betätigt, zwischen den Armabschnitten hindurchgeführt ist. Die Halterung kann hierbei gegabelt, U-förmig oder Y-förmig ausgebildet sein. Die Armabschnitte können durch einen Basisabschnitt miteinander verbunden sein, der ebenfalls Teil der Halterung ist. Die Armabschnitte können symmetrisch ausgebildet sein, allerdings sind auch asymmetrische Ausgestaltungen möglich. Jeder der Armabschnitte weist jeweils eine Durchgangsöffnung (ggf. auch mehrere) für ein Verbindungselement auf, d.h. der Aktor ist über die Verbindungselemente somit auch mit jedem der Armabschnitte verbunden. Die Betätigungsstange kann als Teil des Aktors angesehen werden oder als ein Teil, auf das der Aktor einwirkt. Üblicherweise handelt es sich um eine Stange aus Metall, bspw. Stahl, die dazu dient, Zug- und Druckkräfte zu übertragen. Sie kann bspw. auf einen Hebel wirken, der den Öffnungsgrad des Ventils bestimmt. Dies entspricht bspw. einem Aufbau, bei dem das Ventil am Umgehungskanal, z.B. im Bereich der Turbine, angeordnet ist, während der Aktor im Abstand hierzu, z.B. im Bereich des Verdichters, angeordnet ist. Insofern, als Kräfte entlang der Betätigungsstange übertragen werden, ist es sinnvoll, dass der Aktor in etwa symmetrisch hierzu befestigt ist, was sich gewährleisten lässt, wenn die Verbindungsstange zwischen den Armabschnitten mit den genannten Durchgangsöffnungen für die Verbindungselemente hindurchgeführt ist.
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Bevorzugt ist wenigstens eine Durchgangsöffnung länglich ausgebildet ist. Dies ist selbstverständlich so zu verstehen, dass sie quer zu ihrer Durchgangsrichtung, also der Verlaufsrichtung des hindurchgeführten Verbindungselements, in einer Richtung länger ausgebildet ist als in einer anderen. Bspw. kann die Durchgangsöffnung in etwa wie ein Langloch ausgebildet sein. Anders ausgedrückt, der Querschnitt der Durchgangsöffnung weist eine längliche Form auf, wobei er gerade, gekrümmt oder abgewinkelt sein kann. Es versteht sich, dass bei einer solchen länglichen Ausbildung prinzipiell eine Bewegung des Verbindungselements quer zu seiner Verlaufsrichtung möglich sein kann. Im normalen Betriebszustand ist eine derartige Bewegung allerdings unerwünscht, weshalb das Verbindungselement unterhalb der Schwellkraft in seiner Position gesichert sein muss. Dies kann im einfachsten Fall durch einen Kraftschluss, also durch Reibungskräfte, erreicht werden. Alternativ oder ergänzend ist auch ein Formschluss möglich, wie nachfolgend noch erläutert wird. Bei Überschreiten der Schwellkraft kann dann eine Bewegung des Verbindungselements entlang der Durchgangsöffnung erfolgen. Die Durchgangsöffnung kann hierbei auch ein Führungselement für das Verbindungselement und somit mittelbar auch für den Aktor bilden.
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Bei einer länglichen Durchgangsöffnung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Verbindungselement zur kraftschlüssigen Verbindung der Halterung mit dem Aktor an einem ersten Ende der Durchgangsöffnung angeordnet ist und eine Materialstärke der Halterung vom ersten Ende zu einem zweiten Ende hin abnimmt. D.h., in diesem Fall wird mittels des Verbindungselements (sowie ggf. weiterer Elemente) eine (wenigstens anteilig) kraftschlüssige Verbindung zwischen der Halterung und dem Aktor hergestellt. Dabei ist das Verbindungselement an einem ersten Ende der Durchgangsöffnung angeordnet. Im Bereich dieses ersten Endes ist die Materialstärke der Halterung größer als an einem zweiten Ende. Dies führt dazu, dass dann, wenn das Verbindungselement durch ein Überschreiten der Schwellkraft vom ersten Ende zum zweiten Ende hin bewegt wird, der Kraftschluss aufgehoben wird, wodurch die Bewegungsfreigabe unterstützt oder ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die insbesondere mit der o.g. Ausgestaltung kombiniert werden kann, ist wenigstens eine Durchgangsöffnung randseitig offen. Hierdurch kann es möglich sein, dass das Verbindungselement, sofern es sich innerhalb der Durchgangsöffnung bewegen kann, randseitig aus der Durchgangsöffnung herausgeführt wird, was zu einem vollständigen Ablösen des Aktors von der Halterung führt.
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Wenngleich eine Sicherung des Verbindungselements nur über Reibungskräfte denkbar ist, ist es bevorzugt, dass die Halterung an wenigstens einer Durchgangsöffnung wenigstens ein Sicherungselement zur Sicherung der Position des Verbindungselements aufweist, wobei das wenigstens eine Sicherungselement dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten der Schwellkraft planmäßig nachzugeben. Man könnte also sagen, dass das Sicherungselement einen Formschluss mit dem Verbindungselement herstellt, der bei Überschreiten der Schwellkraft überwunden wird. Solange die Relativkraft zwischen Aktor und Gehäuse bzw. zwischen Aktor und Halterung unterhalb der Schwellkraft liegt, verhindert das Sicherungselement eine Verschiebung des Verbindungselements (und somit des Aktors). Wird die Schwellkraft überschritten, gibt das Sicherungselement planmäßig nach, wodurch eine Bewegung des Verbindungselements und somit des Aktors ermöglicht wird. Selbstverständlich kann es sich um eine Mehrzahl von zusammenwirkenden Sicherungselementen handeln. Sofern mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, kann bevorzugt an jeder der Durchgangsöffnungen wenigstens ein Sicherungselement angeordnet sein. Das jeweilige Sicherungselement kann einstückig mit der Halterung ausgebildet sein.
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Bei Überschreiten der Schwellkraft kann sich das entsprechende Sicherungselement verformen, um die Bewegung des Verbindungselements freizugeben. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Sicherungselement dazu ausgebildet, bei Überschreiten der Schwellkraft von der Halterung abzubrechen. Dies kann insofern vorteilhaft sein, als sich im Unterschied zu einer Verformung besser gewährleisten lässt, dass bei einer (mehr oder weniger definierten) Schwellkraft die Bewegung des Aktors zuverlässig freigegeben wird. Um das Abbrechen einzuleiten, kann das Sicherungselement eine Sollbruchstelle aufweisen oder aber insgesamt schwächer ausgebildet sein, also z.B. eine geringere Materialstärke aufweisen, als angrenzende Teile der Halterung.
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Wenigstens ein Sicherungselement kann als nach innen gerichteter Vorsprung ausgebildet sein. Hierbei bezieht sich „nach innen gerichtet“ auf die jeweilige Durchgangsöffnung, d.h. der Vorsprung weist zur Innenseite der Durchgangsöffnung hin. Es ergibt sich somit durch den Vorsprung, der auch als Nase bezeichnet werden kann, eine bereichsweise Verringerung der inneren Abmessung der Durchgangsöffnung, also ein lokal verengter Bereich. Dieser Bereich stellt ein Hindernis für eine Bewegung des Verbindungselements dar. Insbesondere können an einer Durchgangsöffnung zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge vorgesehen sein, die die Durchgangsöffnung somit beidseitig verengen. Bei Überschreiten der Schwellkraft können sich die Vorsprünge verformen oder abbrechen, wodurch die Bewegungseinschränkung wegfällt. Derartige Vorsprünge können insbesondere mit einer Ausgestaltung kombiniert werden, bei der die Durchgangsöffnung länglich ausgebildet und/oder randseitig offen ist. Um dafür zu sorgen, dass der entsprechende Vorsprung planmäßig nachgibt, also bspw. abbricht, ist es bevorzugt, dass er eine geringere Materialstärke aufweist als ein angrenzender Bereich der Halterung. Diese geringere Materialstärke kann auch lediglich bereichsweise gegeben sein, so dass der Vorsprung eine Sollbruchstelle aufweist. Aufgrund des oder der Vorsprünge, also einander zu orientierter Nasen, ist auch eine vorgegebene Montageposition gegeben, die ein leichtes montieren ermöglicht.
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Prinzipiell sind Ausgestaltungen denkbar, bei denen sich der Aktor beim Überschreiten der Schwellkraft einfach von der Halterung löst, wonach seine Bewegung bis zu einem gewissen Grade dem Zufall überlassen ist. Um das Crashverhalten besser kontrollieren zu können, ist es allerdings bevorzugt, dass an der Halterung eine Führungsfläche zum Führen der Bewegung des Aktors bei Überschreiten der Schwellkraft ausgebildet ist. Dies kann insbesondere mit der o.g. Ausführungsform kombiniert werden, bei der wenigstens eine Durchgangsöffnung länglich ausgebildet ist. Dabei kann nach Überschreiten der Schwellkraft der Aktor einerseits durch den Verlauf der wenigstens einen Durchgangsöffnung und andererseits durch den Verlauf der Führungsfläche in seiner Bewegung geführt werden. Hierdurch kann bspw. gewährleistet werden, dass der Aktor in erwünschter Weise in Richtung auf eine bestimmte vorgesehene Position hin ausweicht, in welcher dieser den kleinstmöglichen Einfluss auf die Verformung der Fahrgastzelle hat und somit das Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen minimiert wird.
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Insbesondere kann die Führungsfläche schräg zur Längsachse des Kraftfahrzeugs verlaufen. Das bedeutet, dass die Führungsfläche weder parallel zur Längsachse (X-Achse), noch senkrecht zu dieser verläuft. Auf diese Weise können in Längsrichtung wirkende Kräfte gewissermaßen anteilig umgelenkt werden und führen zu einer Verschiebung des Aktors, die anteilig quer zur Längsachse verläuft, also in Y- und/oder Z-Richtung. Auch hierbei kann der Verlauf von länglichen Durchgangsöffnungen dazu genutzt werden, die Kraftumlenkung und die Bewegung des Aktors genauer zu steuern. Insbesondere im Hinblick auf Frontalzusammenstöße mit einem zur Mittelachse des Fahrzeugs versetzten Hindernis (bspw. einer zu 40 % überlappenden deformierbaren Barriere) ist allerdings zu beachten, dass der Motor innerhalb des Motorraums eine Rotation um die Z-Achse ausführen kann, was sich auch auf die Ausrichtung der Führungsfläche bspw. im Bezug auf die Spritzwand auswirkt. Bspw. könnte dies dazu führen, dass eine zunächst parallel zur Längsachse verlaufende Führungsfläche nach der beschriebenen Rotation schräg zur Längsachse steht. Für einen solchen Fall könnte es also vorteilhaft sein, wenn die Führungsfläche parallel zur Längsachse verläuft.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugmotors mit einem Turbolader entsprechend dem Stand der Technik. 2 zeigt eine Detaildarstellung von Teilen des Turboladers aus 1.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Turboladers; sowie
- 4 eine weitere perspektivische Darstellung eines Teils des erfindungsgemäßen Turboladers.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Turboladers 1, der an einen Motor 20 eines PKWs angeschlossen ist. Der Turbolader 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, innerhalb dessen ein (nicht sichtbares) Turbinenrad und ein (ebenfalls nicht sichtbares) Verdichterrad angeordnet sind. Die beiden Räder sind in bekannter Weise über eine gemeinsame Welle verbunden. Des Weiteren ist in dem Gehäuse 2 ein (hier nicht sichtbares) Ventil angeordnet, das den Zugang zu einem Umgehungskanal regelt, mit dem ein Teil der Motorabgase an der Turbine vorbei geleitet werden kann, um diese gewissermaßen zu umgehen. Durch dieses Ventil lässt sich der über den Verdichter erzeugte Ladedruck regeln. Die Regelung erfolgt hierbei mittels eines Aktors 10, der über eine Betätigungsstange 11 auf einen Ventilhebel 12 einwirkt. Der Aktor 10 kann dabei pneumatisch über den Ladedruck betätigt werden, es ist aber auch bspw. eine elektronische Ansteuerung möglich, wobei der Aktor 10 basierend auf einem oder mehreren Sensormesswerten gesteuert wird.
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Zur Aufnahme des Aktors 10 weist das Gehäuse 2 eine Halterung 3 auf, die in diesem Fall einstückig mit einem Teil des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Die Halterung 3, die in 2 ohne den Aktor 10 dargestellt ist, weist einen ersten Armabschnitt 3.1 und einen zweiten Armabschnitt 3.2 auf, zwischen denen eine Ausnehmung 4 ausgebildet ist, durch die im zusammengebauten Zustand (wie in 1) die Betätigungsstange 11 hindurchgeführt ist. Es sind zwei Bohrungen 3.3, 3.4 vorgesehen, durch die (hier nicht sichtbare) Gewindestangen 13 hindurchgeführt werden können, die mit Muttern 14 gesichert werden, um den Aktor 10 an der Halterung 3 zu befestigen. Die Halterung 3 sowie die Schrauben 13 bilden dabei Teile einer Verbindungsanordnung 6, mittels der der Aktor 10 am Gehäuse 2 befestigt ist. Bei einem Frontalaufprall, bei dem die Kräfte im Wesentlichen entlang der X-Achse einwirken, kann der Aktor 10, der mit der Halterung 3 verbunden ist, z.B. mit Teilen des Gehäuses 2 zusammen verschoben werden und in Richtung der X-Achse gegen eine Spritzwand gedrückt werden kann, was eine Verschlechterung der Fahrzeuginsassenwerte nach sich ziehen kann.
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Diese Gefahr wird bei dem in 3 und 4 dargestellten erfindungsgemäßen Turbolader 1 durch eine speziell ausgebildete Halterung 3 verringert. Der erfindungsgemäße Turbolader 1 kann weitgehend entsprechend 1 und 2 ausgestaltet sein, weshalb er nicht nochmals vollständig beschrieben wird. 3 zeigt aus Gründen der Übersichtlichkeit auch nur einen Teil des Gehäuses 2 mit der Halterung 3. 4 zeigt eine Ansicht aus einer Blickrichtung, die in etwa entgegengesetzt zu 3 ist, wobei zusätzlich zum Gehäuse 2 und der Halterung 3 auch der Aktor 10 gezeigt ist. Auch beim erfindungsgemäßen Turbolader 1 weist die Halterung 3 zwei Armabschnitte 3.1, 3.2 auf, zwischen denen eine Ausnehmung 4 ausgebildet ist, durch die die Betätigungsstange 11 hindurchgeführt werden kann. Allerdings sind in den Armabschnitten 3.1, 3.2 jeweils längliche Durchgangsöffnungen 5 ausgebildet, die sich im Wesentlichen parallel zum Verlauf des jeweiligen Armabschnitts 3.1, 3.2 erstrecken. Jede Durchgangsöffnung 5 ist randseitig an einem äußeren Ende 5.1 offen ausgebildet. Ein gegenüberliegendes inneres Ende 5.2 ist zur Aufnahme einer Gewindestange 13 im normalen Betriebszustand des Fahrzeugs vorgesehen. Die jeweilige Gewindestange 13 dient selbstverständlich dazu, den Aktor 10 an der Halterung 3 und somit am Gehäuse 2 zu befestigen. Sie ist dabei mit dem Aktor 10 verbunden und wird auf einer gegenüberliegenden Seite der Halterung 3 mittels einer Mutter 14 gesichert, wodurch ein Kraftschluss hergestellt wird. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Befestigung mit einer Gewindestange 13 bspw. auch eine Befestigung mit einer Schraube und einer Mutter oder dergleichen verwendet werden könnte.
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Benachbart zum inneren Ende 5.2 sind an der Halterung 2 einander gegenüberliegende, nach innen gerichtete Sicherungsnasen 3.5 ausgebildet, die dazu dienen, die jeweilige Gewindestange 13 gegen eine Verschiebung innerhalb der Ausnehmung 5 zu sichern. Dabei ist die Materialstärke der Sicherungsnasen 3.5 jeweils geringer als die der angrenzenden Teile der Halterung 3. Dies führt dazu, dass die Sicherungsnasen 3.5 abbrechen, wenn eine zwischen dem Aktor 10 und dem Gehäuse 2 wirkende Schwellkraft F überschritten wird. Die Schwellkraft F ist normalerweise eine Komponente einer Kraft, die bei einem Lastfall, bspw. einem Frontalzusammenstoß, zwischen dem Turbolader 1 und einem Teil des Fahrzeugs, bspw. der Spritzwand, entsteht. Durch das Abbrechen der Sicherungsnasen 3.5 wird also planmäßig eine Bewegung des Aktors 10 gegenüber dem Gehäuse 2 freigegeben. Zusätzlich ist vorgesehen, dass die Materialstärke der des jeweiligen Armabschnitts 3.1, 3.2 angrenzend an die Durchgangsöffnung 5 im Bereich des inneren Endes 5.2 größer ist als im Bereich des äußeren Endes 5.1. Dadurch wird die Bewegungsfreigabe weiter unterstützt, da der Kraftschluss, der durch das Festziehen der Muttern 14 hergestellt wurde, aufgehoben wird, wenn sich die jeweilige Gewindestange 13 vom inneren Ende 5.2 fort bewegt.
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Dabei wird allerdings keine völlig beliebige Bewegung ermöglicht, sondern die Bewegung des Aktors 10 wird vielmehr wenigstens anfänglich durch die Halterung 3 geführt. Zum einen bildet die Halterung 3 eine Führungsfläche 3.6 für den Aktor 10, die schräg zur X-Achse verläuft. Wenn also eine Kraft in X-Richtung auf den Aktor 10 einwirkt, führt der Verlauf der Führungsfläche 3.6 dazu, dass eine Kraftumlenkung in Y-Richtung sowie in Z-Richtung erfolgt. Hierdurch, sowie durch den Verlauf der Durchgangsöffnungen 5, die Führungselemente für die Schrauben und somit mittelbar auch für den Aktor 10 bilden, wird ein Ausweichen des Aktors 10 in Y-Richtung sowie in Z-Richtung ermöglicht. Dabei kann der Verlauf der Führungsfläche 3.6 sowie der Verlauf der Durchgangsöffnungen 5 so ausgelegt sein, dass sich der Aktor 10 in eine möglichst vorteilhafte Position bewegt, in der er möglichst nicht in den Fahrzeuginnenraum geschoben werden kann bzw. andere Fahrzeugteile in den Fahrzeuginnenraum hinein schiebt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbolader
- 2
- Gehäuse
- 3
- Halterung
- 3.1,3.2
- Armabschnitt
- 3.3, 3.4
- Bohrung
- 3.5
- Sicherungsnase
- 3.6
- Führungsfläche
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Durchgangsöffnung
- 5.1
- äußeres Ende
- 5.2
- inneres Ende
- 6
- Verbindungsanordnung
- 10
- Aktor
- 11
- Betätigungsstange
- 12
- Hebel
- 13
- Gewindestange
- 14
- Mutter
- 20
- Motor
- F
- Schwellkraft
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
