DE102017202132A1

DE102017202132A1 - Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals in einem Turbinengehäuse eines Turboladers sowie Turbolader

Info

Publication number: DE102017202132A1
Application number: DE102017202132.2A
Authority: DE
Inventors: Mark Paulov; Daniel Helisch; Christoph Sparrer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-11
Also published as: DE102017202132B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung (293) zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals (291) in einem Turbinengehäuse (21) eines Turboladers (1) . Die Klappeneinrichtung (293) weist ein Hebelelement (66) mit einem Führungskörper (69) und einer darin angeordneten durchgängigen Aufnahme-Öffnung (68) auf, wobei an dem Führungskörper (69) eine Wastegateklappe (292) mit einem Klappenrand (295) und einem Klappenkörper (296) angeordnet ist. Die Wastegateklappe (292) hat auf ihrer dem Hebelelement (66) zugewandten Seite eine bis in den Klappenkörper (296) reichende Aufnahme-Ausnehmung (55) und einen innerhalb der Aufnahme-Ausnehmung (55) angeordneten Haltestift (51) . Die Wastegateklappe (292) derart an dem Führungskörper (69) des Hebelelements (66) angeordnet ist, dass der Führungskörper (69) in der Aufnahme-Ausnehmung (55) zumindest teilweise aufgenommen ist und der Haltestift (51) durch die durchgängige Aufnahme-Öffnung (68) geführt ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Turbolader (1) .

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals in einem Turbinengehäuse eines Turboladers. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine.
Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO₂-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um einen Druck in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden.
Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird.
In Abgasturboladern wird die Drehzahl und Leistung der Turbine häufig geregelt, in dem ein Wastegateventil geregelt geöffnet oder geschlossen wird, um einen Teil des Abgases über einen Wastegatekanal an der Turbine vorbei zu leiten. Dieses Wastegateventil weist typischerweise eine Klappeneinrichtung auf und besteht aus mehreren Teilen, insbesondere einem Hebelelement mit einer Klappe zum Schließen und Öffnen des Wastegateventils.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Konzept für eine Klappeneinrichtung eines Turboladers anzugeben, welches zu einem geringen Verschleiß und zu einem geräuscharmen Betrieb der Klappeneinrichtung beiträgt.
Es wird eine Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals in einem Turbinengehäuse eines Turboladers offenbart. Die Klappeneinrichtung weist ein Hebelelement mit einem an einem freien Ende des Hebelelements angeordneten Führungskörper und einer in dem Führungskörper angeordneten durchgängigen Aufnahme-Öffnung auf. Weiter weist die Klappeneinrichtung eine an dem Führungskörper angeordnete Wastegateklappe mit einem Klappenrand im Bereich ihrer dem Hebelelement zugewandten Seite, zur abdichtenden Auflage auf einem Wastegateventilsitz des Wastegatekanals, und mit einem Klappenkörper auf ihrer dem Hebelelement abgewandten Seite auf. Die Wastegateklappe weist auf ihrer dem Hebelelement zugewandten Seite eine bis in den Klappenkörper reichende Aufnahme-Ausnehmung und einen innerhalb der Aufnahme-Ausnehmung angeordneten Haltestift auf. Die Wastegateklappe ist derart an dem Führungskörper des Hebelelements angeordnet ist, dass der Führungskörper in der Aufnahme-Ausnehmung zumindest teilweise aufgenommen ist und der Haltestift durch die durchgängige Aufnahme-Öffnung geführt ist.
Es wurde erkannt, dass sich die Wastegateklappe relativ zum Hebelelement aufgrund von Abgaspulsationen und Motorvibrationen bewegt. Eine Amplitude der Bewegung in radialer und axialer Richtung wird durch den Betrag eines radialen und axialen Spiels zwischen Wastegateklappe und Hebelelement bestimmt. Eine Verkippung der Wastegateklappe wird durch den Betrag des radialen Spiels und durch den Betrag einer Führungslänge bestimmt. Unter der Führungslänge wird beispielsweise eine Längserstreckung des Haltestifts der Klappe verstanden, entlang derer der Haltestift am Hebelelement mechanisch geführt ist. Typischerweise sind axiale und radiale Spiele bei Klappeneinrichtungen notwendig, um Fertigungstoleranzen und/oder Verformungen im Betrieb eines Turboladers, etwa thermisch bedingte Verformungen, kompensieren und den Wastegatekanal zuverlässig schließen und öffnen zu können.
Die Relativbewegung der Wastegateklappe zum Hebelelement führt zu Verschleiß und akustischen Auffälligkeiten. Mit zunehmendem Verschleiß nimmt auch die Amplitude der Relativbewegung der Wastegateklappe zum Hebelelement zu und dementsprechend auch die akustischen Auffälligkeiten. Insbesondere bei einer schweren Bauweise der Wastegateklappe kann es im Fall von Bauteilschwingungen zu erhöhtem Verschleiß zwischen Haltestift der Wastegateklappe und Hebelelement kommen.
Durch das beschriebene Aufnehmen des Führungskörpers in der Aufnahme-Ausnehmung der Wastegateklappe, etwa einem Hineinragen des Führungskörpers in die Aufnahme-Ausnehmung, wird eine Vergrößerung der Führungslänge ermöglicht. Bei gleichen Absolutwerten von Toleranzen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, bei welchen das Hebelelement keinen in der Wastegateklappe aufgenommenen Führungskörper hat, kann ein Kippspiel zwischen Wastegateklappe und Hebelelement verringert werden. Dies ist besonders bei Wastegateklappen von Vorteil, die aufgrund von bestimmten Randbedingungen/Anforderungen deutlich mehr Masse als eine vergleichsweise kleinere Wastegateklappe haben. Dies trifft beispielsweise auf konische Wastegateklappen zu, die im Vergleich zu Klappen mit scheibenartigem Klappenteller deutlich schwerer und voluminöser sind. Dadurch wird ein geringeres Kippspiel in Richtung bezüglich einer Längsachse des Haltestifts zwischen Hebelelement und Wastegateklappe ermöglicht. Dadurch können sowohl Verschleiß als auch akustische Auffälligkeiten reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Klappeneinrichtung trägt dazu bei, dass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen bei gleichen Toleranzen eine größere Führungsfläche zwischen Hebelelement und Wastegateklappe zur Führung der Letzteren ermöglicht ist. Dadurch wird insbesondere eine Verkippung zwischen Klappe und Hebelelement, also ein maximaler Kippwinkel, im Betrieb des Turboladers reduziert.
Durch die Klappeneinrichtung kann auf der einen Seite ein erforderliches Spiel für den Betrieb gewährleistet werden, andererseits kann dieses so gering ausgelegt sein, dass die Klappeneinrichtung besonders geräuscharm und wenig verschleißanfällig ist. Weiterhin kann auch ein axiales Spiel, etwa zwischen der Klappe und dem Hebelelement und/oder zwischen dem Hebelelement und einer Deckscheibe, besonders gering und exakt ausgebildet werden. Auch dies begünstigt die vorgenannten Vorteile.
Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass der Verschleiß nicht durch eine geeignete Werkstoffauswahl und/oder durch Verringerung der radialen und axialen Toleranzen eingedämmt werden muss, welche eine Verringerung der Amplitude der Relativbewegung von Wastegateklappe zu Hebelelement bewirken würden. So ist es etwa nicht notwendig Werkstoffe mit besonderen tribologischen Eigenschaften zu verwenden. Auch ist es nicht notwendig den Durchmesser des Haltestifts der Wastegateklappe zu vergrößern, um die Flächenpressung zu verringern. Eine Durchmesservergrößerung würde zu einer größeren Spindel führen. Die Reduzierung der axialen und radialen Spiele ist typischerweise durch technische Fertigungsmöglichkeiten begrenzt. Weiterhin würden die beschriebenen Maßnahmen zu einem überproportionalen Anstieg von Fertigungskosten führen.
Die Klappeneinrichtung kann als Teil eines Wastegateventils bezeichnet werden, welches eine Bypass-Ventileinrichtung auf einer Turbinenseite eines Turboladers darstellt. Die Wastegateklappe hat den Klappenrand, der eingerichtet und ausgebildet ist zur Auflage auf einem Wastegateventilsitz. Der Klappenkörper ist beispielsweise konusartig geformt und erstreckt sich vom Bereich des Klappenrands von dem Hebelelement weg. In einem den Wastegateventilsitz abdichtenden Schließzustand der Wastegateklappe taucht der Klappenkörper in den Wastegatekanal ein. Der Haltestift ist innerhalb der Aufnahme-Ausnehmung des Klappenkörpers ausgeformt und kann auch als Pin oder Führungselement für die Klappe bezeichnet werden. Der Haltestift ist auf einer dem Hebelelement zugewandten Seite der Klappe angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen normal von innerhalb des Klappenkörpers durch die Aufnahme-Öffnung des Hebelelements.
Das Hebelelement ragt mit dem Führungskörper in die Wastegateklappe hinein, in welchem die durchgängige Aufnahme-Öffnung ausgebildet ist. Mittels diesem Führungskörper ist das Hebelelement formschlüssig in der Aufnahme-Ausnehmung der Wastegateklappe aufgenommen. Die Aufnahme-Ausnehmung ist so in der Wastegateklappe ausgebildet, dass diese um den Haltestift herum verläuft. Mit anderen Worten ist um den Haltestift ein Graben gebildet. Die Aufnahme-Ausnehmung ist beispielsweise das Negativ eines Zylinders oder verläuft zylindrisch/ringförmig, kann jedoch alternativ andere Formen aufweisen. Mit anderen Worten ist die Wastegateklappe zumindest teilweise hohl ausgeführt. Entscheidend ist, dass die Aufnahme-Ausnehmung im Wesentlichen an äußere Abmaße des Hebelelements bzw. des Führungskörpers angepasst ist, so dass sich ein Formschluss bilden kann.
Unter der Aufnahme-Öffnung des Hebelelements wird beispielsweise eine Durchgangsbohrung verstanden. Die durchgängige Aufnahme-Öffnung kann jedoch auch als Stufenbohrung verstanden werden oder allgemein mehrere unterschiedliche Innenradien aufweisen. Im Wesentlichen ist die Aufnahme-Öffnung so ausgebildet, dass der Haltestift der Wastegateklappe darin geführt aufgenommen werden kann.
Das Hebelelement ist beispielsweise Teil einer rotierbaren Spindel, die über eine Stelleinrichtung in bekannter Weise angesteuert werden kann. Dadurch ist die Klappe zwischen einer Schließstellung, in der sie auf einem Ventilsitz zum Abdichten des Wastegatekanals aufliegt, und einer Offenstellung, in der der Wastegatekanal zumindest teilweise freigegeben ist, betätigbar.
Die Wastegateklappe ist typischerweise zusätzlich in axialer Richtung bezüglich des Haltestifts an dem Hebelelement gesichert. Beispielsweise kann eine Deckscheibe vorgesehen sein, so dass das Ende des Hebelelements mit der durchgängigen Aufnahme-Öffnung zwischen der Deckscheibe und dem Klappenkörper angeordnet ist. Die Deckscheibe ist beispielsweise mit dem Haltestift vernietet oder verschweißt. Es sind jedoch auch andere axiale Sicherungen möglich.
Hier und nachfolgend bedeutet eine axiale Richtung eine Richtung, die parallel zu einer Längsachse der durchgängigen Aufnahme-Öffnung, etwa der Durchgangsbohrung, oder des Haltestifts verläuft. Eine radiale Richtung verläuft senkrecht zu der Längsachse des Haltestifts.
Gemäß einer Ausgestaltung sind der Führungskörper des Hebelelements und die Aufnahme-Ausnehmung der Wastegateklappe sowie die Aufnahme-Öffnung und der Haltestift so zueinander dimensioniert, dass bezogen auf eine Längsachse des Haltestifts ein vorbestimmtes radiales Spiel zwischen dem Führungskörper des Hebelelements und der Wastegateklappe ausgebildet ist. Bei der Längsachse handelt es sich um eine zentrale Längsachse des Haltestifts, beispielsweise eine Rotationssymmetrieachse. Dadurch werden die eingangs genannten Vorteile und Funktionen erreicht.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen der Führungskörper des Hebelelements und/oder die Wastegateklappe zumindest eine Führungsfläche und zumindest eine dazu korrespondierende Kontaktfläche auf, die so zusammenwirken, dass die Wastegateklappe an dem Hebelelement mit Spiel geführt aufgenommen ist. Durch das Zusammenwirken zumindest einer Führungsfläche mit der korrespondierenden Kontaktfläche wird eine Führung der Wastegateklappe an dem Hebelelement erreicht. Unter einer Führungsfläche wird beispielsweise eine maschinell bearbeitete Fläche des jeweiligen Elements verstanden, welche im Betrieb - etwa bei vorherrschenden Vibrationen - zumindest teilweise in Kontakt mit der Kontaktfläche steht und darüber für die Führung der Wastegateklappe sorgt. Alternativ kann die Führungsfläche des Hebelelements oder der Wastegateklappe auch in einem Rohteil dargestellt werden.
Es ergeben sich mehrere mögliche Ausgestaltungen bezüglich der Führungsfläche. Im montierten Zustand der Klappeneinrichtung kann eine äußere Führung oder innere Führung der Wastegateklappe an dem Hebelelement vorgesehen sein, wie nachfolgend angegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Führungskörper des Hebelelements auf einer dem Haltestift abgewandten Außenseite zumindest eine Führungsfläche, die mit der Kontaktfläche einer die Aufnahme-Ausnehmung begrenzenden Wandung der Wastegateklappe zusammenwirkt, zur Ausbildung einer äußeren Führung.
Hier und im Folgenden beziehen sich die Begriffe äußere Führung und innere Führung auf das Hebelelement. Bei der äußeren Führung befinden sich die Führungsfläche und korrespondierende Kontaktfläche zwischen dem Führungskörper des Hebelelements und der die Aufnahme-Ausnehmung begrenzenden Wandung der Wastegateklappe. Bei der inneren Führung befinden sich die Führungsfläche und korrespondierende Kontaktfläche zwischen dem Haltestift der Wastegateklappe und dem Führungskörper.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Führungskörper des Hebelelements auf einer dem Haltestift der Wastegateklappe zugewandten Innenseite seiner Aufnahme-Öffnung zumindest eine Führungsfläche, die mit dem Außenmantel des Haltestift zusammenwirkt, zur Ausbildung einer inneren Führung.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Haltestift der Wastegateklappe auf seinem Außenmantel zumindest eine Führungsfläche, die mit der dem Haltestift zugewandten Innenseite der Aufnahme-Öffnung des Führungskörpers zusammenwirkt, zur Ausbildung einer inneren Führung.
Gemäß einer Ausgestaltung hat die Wastegateklappe auf der dem Haltestift zugewandten Wandung der Aufnahme-Ausnehmung zumindest eine Führungsfläche, die mit der dem Haltestift abgewandten Außenseite des Führungskörpers des Hebelelements zusammenwirkt, zur Ausbildung einer äußeren Führung. Die korrespondierende Kontaktfläche ist also an der Innenseite der Wandung des Hebelelements ausgebildet, die die durchgängige Aufnahme-Öffnung begrenzt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die zumindest eine Führungsfläche bezüglich der Längsachse des Haltestifts ringförmig umlaufend an einem Abschnitt des Führungskörpers oder der Wastegateklappe ausgebildet. Die zumindest eine Führungsfläche kann unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, beispielsweise zylindrisch, kegelförmig unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Längsachse des Haltestifts, ballig, kugelförmig bzw. als Segment einer Kugel oder andersartig. Die zumindest eine korrespondierende Kontaktfläche des Hebelelements bzw. der Wastegateklappe ist entsprechend an die Ausgestaltung der Führungsfläche angepasst.
Gemäß einer Ausgestaltung haben der Führungskörper des Hebelelements oder die Wastegateklappe jeweils zumindest zwei, in Bezug auf die Längsachse des Haltestifts in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Führungsflächen. Es können auch mehr als zwei Führungsflächen vorgesehen sein. Das entsprechend andere Element hat nur eine Kontaktfläche, die mit beiden Führungsflächen zusammenwirkt, oder aber auch der Anzahl der Führungsfläche entsprechend zwei oder mehreren Kontaktflächen. Durch den Ansatz den Kontaktbereich zwischen Wastegateklappe und Hebelelement aus mehreren Einzelflächen aufzubauen, können die Fertigungskosten gesenkt werden, da die zu bearbeitenden Oberflächen kleiner sind als bei einer einzelnen Führungsfläche, die einer maximalen Führungslänge bei gleichem Kippwinkel entspricht. Sollte bei einer Wastegateklappe mit erhöhter Masse, beispielsweise einer Wastegateklappe mit Konusform, im Betrieb kein Verschleiß auftreten (dies heißt, eine Verringerung des Spiels zwischen Wastegateklappe und Hebelelement im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wäre nicht erforderlich), dann kann mit dem Ansatz von mehreren Führungsflächen das gleiche Spiel wie bei der herkömmlichen Lösung umgesetzt werden, indem zum Beispiel die Führungsfläche oder Kontaktfläche bei einer der beiden Bauteile nicht bearbeitet wird. Gegebenenfalls müssen weder die Führungsfläche noch die Kontaktfläche bearbeitet werden. Dies trägt zu einer Reduzierung der Fertigungskosten bei.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die zwei Führungsflächen an zwei ringförmig bezüglich der Längsachse des Haltestifts umlaufenden Abschnitten des Hebelelements oder der Wastegateklappe ausgebildet . Beispielsweise handelt es sich um zylinderförmig um den Haltestift angeordnete Abschnitte des Hebelelements oder der Wastegateklappe. Die Abschnitte können je nach Ausbildung innen oder außen am Hebelelement bzw. am Haltestift oder an der die Aufnahme-Ausnehmung begrenzenden Wandung der Wastegateklappe ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die zumindest eine Führungsfläche an einem bezüglich der Längsachse des Haltestifts axial verlaufenden Abschnitt des Führungskörpers oder der Wastegateklappe ausgebildet und erstreckt sich axial zumindest über einen Teil des Führungskörpers oder der Wastegateklappe. Mit anderen Worten verläuft die zumindest eine Führungsfläche im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Haltestifts.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Führungskörper des Hebelelements oder die Wastegateklappe jeweils zumindest drei, in Bezug auf die Längsachse des Haltestifts über den jeweiligen Umfang mit Abstand voneinander verteilt angeordnete Führungsflächen auf.
Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen dem Führungskörper und der Wastegateklappe ein axiales Sicherungselement vorgesehen, welches die Wastegateklappe, in bezüglich des Haltestifts axialer Richtung, in seiner Position an dem Führungskörper des Hebelelements sichert. Bei diesem Sicherungselement handelt es sich beispielsweise um einen Sprengring oder einen Sicherungsstift.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die Führungsflächen gleichartig oder unterschiedlich hinsichtlich zumindest eines der folgenden Parameter ausgebildet sind:

- radialer Abstand zur Längsachse des Haltestifts;
- Verlaufswinkel bezüglich der Längsachse des Haltestifts;
- Mittelpunkt für einen Kugelradius der jeweiligen Führungsfläche.

Beispielsweise haben die Führungsflächen einen gleichen oder unterschiedlichen Radius bezüglich der Längsachse des Haltestifts. Beispielsweise sind die Führungsflächen zylindrisch um die Längsachse des Haltestifts angeordnet und somit konzentrisch. Alternativ sind die Führungsflächen zylindrisch ausgebildet, haben jedoch unterschiedliche Radien. Auch ist es denkbar, dass beispielsweise eine Führungsfläche exzentrisch zu einer anderen Führungsfläche angeordnet ist. Auch ist es möglich, dass eine Führungsfläche zylindrisch ausgebildet ist, während die andere kegelförmig ausgebildet ist. Entsprechend den obigen Parametern ergeben sich weitere verschiedenartige Ausgestaltungen und Kombinationsmöglichkeiten.
Des Weiteren wird ein Turbolader für eine Brennkraftmaschine offenbart. Der Turbolader weist ein Lagergehäuse auf, in dem eine Läuferwelle drehbar gelagert ist. Weiter ist ein Turbinenrad vorgesehen, welches drehfest auf der Läuferwelle angeordnet ist. Der Turbolader weist ein Turbinengehäuse auf, welches mechanisch in dem Lagergehäuse festgelegt ist. Weiter weist der Turbolader einen Wastegatekanal auf, der in dem Turbinengehäuse ausgebildet ist. Schließlich ist eine Klappeneinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen vorgesehen, die zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals eingerichtet ist.
Der Turbolader ermöglicht im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile und Funktionen.
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele offenbart.
Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Turboladers,
2 und 3 perspektivische Ansichten des Turboladers mit einer Stelleinrichtung,
4 und 5 schematische Teilschnittansichten des Turboladers mit unterschiedlichen Klappeneinrichtungen,
6 eine schematische Ansicht einer Klappeneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7A bis 7C perspektivische Ansichten einer Klappeneinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 eine schematische Schnittansicht der Klappeneinrichtung des weiteren Ausführungsbeispiels mit zwei Ausführungsvarianten,
9 eine schematische, technische Zeichnung einer Klappeneinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
10 eine schematische, technische Zeichnung einer Klappeneinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
11A bis 12B schematische Querschnittszeichnungen von Klappeneinrichtungen zur Verdeutlichung verschiedener mechanischer Führungsprinzipien einer Wastegateklappe der Klappeneinrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung,
13 eine schematische Ansicht einer Klappeneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
14A bis 14C perspektivische Ansichten von Klappeneinrichtungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung,
15 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Klappeneinrichtung mit axialer Sicherung und
16A und 16B schematische Teilquerschnittsansichten von Klappeneinrichtungen mit axialen Sicherungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.

1 zeigt schematisiert einen exemplarischen Abgasturbolader 1 in Schnittdarstellung, der eine Abgasturbine 20, einen Frischluftverdichter 30 und ein Läuferlager 40 aufweist. Die Abgasturbine 20 ist mit einem Wastegateventil 29 ausgestattet und ein Abgasmassestrom AM ist mit Pfeilen angedeutet. Der Frischluftverdichter 30 weist ein Schub-Umluftventil 39 auf und ein Frischluft-Massestrom FM ist ebenfalls mit Pfeilen angedeutet. Ein sogenannter Turboladerläufer 10 des Abgasturboladers 1 weist ein Turbinenlaufrad 12 (auch Turbinenrad bezeichnet) , ein Verdichterlaufrad 13 (auch Verdichterrad bezeichnet) sowie eine Läuferwelle 14 auf (auch Welle bezeichnet) . Der Turboladerläufer 10 rotiert im Betrieb um eine Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14. Die Läuferdrehachse 15 und gleichzeitig die Turboladerachse 2 (auch Längsachse bezeichnet) sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt und kennzeichnen die axiale Ausrichtung des Abgasturboladers 1. Der Turboladerläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier Radiallager 42 und einer Axiallagerscheibe 43 gelagert. Sowohl die Radiallager 42 als auch die Axiallagerscheibe 43 werden über Ölversorgungskanäle 44 eines Ölanschlusses 45 mit Schmiermittel versorgt.
In der Regel weist ein gebräuchlicher Abgasturbolader 1, wie in 1 dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind ein im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Turbinengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 ein Lagergehäuse 41 bezüglich der gemeinsamen Turboladerachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden.
Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 1 stellt der Turboladerläufer 10 dar, der die Läuferwelle 14, das in dem Turbinengehäuse 21 angeordnete Turbinenlaufrad 12 mit einer Laufradbeschaufelung 121 und das in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnete Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung 131 aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad 13 sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle 14 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 mit der Turboladerachse 2 zusammenfällt.
Das Turbinengehäuse 21 weist einen oder mehrere ringförmig um die Turboladerachse 2 und das Turbinenlaufrad 12 angeordnete, sich schneckenförmig zum Turbinenlaufrad 12 hin verjüngende Abgas-Ringkanäle, sogenannte Abgasfluten 22 auf. Diese Abgasfluten 22 weisen einen jeweiligen oder gemeinsamen, tangential nach außen gerichteten Abgaszuführkanal 23 mit einem Krümmer-Anschlussstutzen 24 zum Anschluss an einen Abgaskrümmer (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf, durch den der Abgasmassenstrom AM in die jeweilige Abgasflute 22 und dann auf das Turbinenlaufrad 12 strömt. Das Turbinengehäuse 21 weist weiterhin einen Abgasabführkanal 26 auf, der vom axialen Ende des Turbinenlaufrades 12 weg in Richtung der Turboladerachse 2 verläuft und einen Auspuff-Anschlussstutzen 27 zum Anschluss an das Auspuffsystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist. Über diesen Abgasabführkanal 26 wird der aus dem Turbinenlaufrad 12 austretende Abgasmassenstrom AM in das Auspuffsystem des Verbrennungsmotors abgeführt.
Turbinen und Verdichter sind Strömungsmaschinen und haben aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten einen jeweils von Baugröße und Bauart abhängigen optimalen Betriebsbereich der durch den Massedurchsatz, das Druckverhältnis und die Drehzahl des jeweiligen Laufrades gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu ist der Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug von dynamischen Änderungen der Last und des Betriebsbereiches gekennzeichnet.
Um nun den Betriebsbereich des Abgasturboladers 1 an sich ändernde Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors anpassen zu können und so ein gewünschtes Ansprechverhalten möglichst ohne spürbare Verzögerungen (Turboloch) zu gewährleisten, werden Abgasturbolader mit zusätzlichen Funktionen, wie zum Beispiel sogenannten variablen Turbinengeometrien (VTG) oder Wastegate-Einrichtungen (WG) auf der Abgas- oder Turbinenseite und Schubumluft- oder Abblas-Einrichtungen auf der Zuluft- oder Verdichterseite ausgestattet. Diese dienen dazu das träge Verhalten und somit das verzögerte Ansprechverhalten des Turboladers zu minimieren und schädliche Betriebszustände zu vermeiden.
Eine entsprechende Bypass-Ventileinrichtung auf der Turbinenseite wird als Wastegate-Ventil 29 bezeichnet. Das Wastegate-Ventil 29 verbindet den Abgaszuführkanal 23 in Strömungsrichtung des Abgasmassenstroms AM vor dem Turbinenlaufrad 12 mit dem Abgasabführkanal 26 in Strömungs-richtung des Abgasmassenstroms AM hinter dem Turbinenlaufrad 12 über einen Wastegatekanal 291 im Turbinengehäuse 21. Das Wastegate-Ventil 29 kann mittels einer Wastegateklappe 292 geöffnet oder geschlossen werden, die Teil einer Klappeneinrichtung 293 des Wastegate-Ventils 29 ist. Die Klappeneinrichtung 293 wird über eine Stelleinrichtung betätigt. Bei niedriger Drehzahl und dem entsprechend kleinem Abgasmassenstrom AM des Verbrennungsmotors ist das Wastegate-Ventil 29 geschlossen und der gesamte Abgasmassenstrom AM wird über das Turbinenlaufrad 12 geführt. Dies gewährleistet eine ausreichende Drehzahl von Turbinen- und Verdichterlaufrad 12, 13 und somit einen ausreichenden Druckaufbau des Verdichters auch bei niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors. Bei hoher Drehzahl und entsprechend großem Abgasmassenstrom AM des Verbrennungsmotors wird dann das Wastegate-Ventil 29 geöffnet und zumindest ein Teil des Abgasmassenstroms AM am Turbinenlaufrad 12 vorbei direkt in den Abgasabführkanal 26 in Strömungsrichtung hinter dem Turbinenlaufrad 12 geleitet, um die Drehzahl von Turbinen- und Verdichterlaufrad sowie das Druckverhältnis, insbesondere an der Abgasturbine 20, innerhalb des gewünschten Arbeitsbereichs des Abgasturboladers zu halten.
Weitere Details des Turboladers 1 werden nicht näher erläutert.
2 und 3 zeigen perspektivisch eine Ausführung eines Turboladers 1 von außen mit einer Stelleinrichtung 60 zur Steuerung des Wastegateventils 29. Die Stelleinrichtung 60 hat einen Stellantrieb 61, beispielsweise einen elektrischen Motor, der mit einem Stellglied 63 zur Betätigung dessen gekoppelt ist. Im Beispiel hat die Stelleinrichtung eine Kopplung 62 in Form einer Koppelstange und einen Hebel 64, der gelenkig an der Koppelstange angebunden ist. Die Koppelstange ist gelenkig an dem Stellantrieb 61 angebunden ist.
Das Stellglied 63 ist durch die mehrteilige Klappeneinrichtung 293 gebildet, die eine über den Hebel 64 betätigbare Spindel 65 und die an der Spindel 65 festgelegte Wastegateklappe 292 hat. Die Spindel 65 ist drehfest mit der Wastegateklappe 292 verbunden.
Die Stelleinrichtung 60 ist eingerichtet und ausgebildet, Kräfte des Stellantriebs 61 über die Kopplung 62 auf das Stellglied 63 zu übertragen. Dadurch ist die Spindel 65 so verdrehbar, dass die Wastegateklappe 292 zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar ist. In der Schließstellung liegt die Wastegateklappe 292 auf einem Wastegateventilsitz 294 auf (siehe beispielsweise 1), etwa in der Art einer Fläche zu Fläche-Verbindung.
4 und 5 zeigen schematische Teilschnittansichten des Turboladers 1 mit unterschiedlichen Klappeneinrichtungen 293. Die Klappeneinrichtungen 293 haben ein innenliegendes Hebelelement 66, welches Teil der Spindel 65 ist. Die Klappeneinrichtungen 293 unterscheiden sich in der Ausgestaltung der Wastegateklappen 292. Die Wastegateklappe 292 gemäß 4 hat einen Klappenteller 50 mit einer flachen Unterseite, an der ein Klappenrand 295 ausgebildet ist zur abdichtenden Auflage auf dem Wastegateventilsitz 294. Die Wastegateklappe 292 gemäß 5 hat einen Klappenrand 295 auf der dem Hebelelement 66 zugewandten Seite und auf ihrer dem Hebelelement 66 abgewandten Seite einen Klappenkörper 296. Die Wastegateklappe 292 gemäß 5 ist konusartig ausgebildet, insb. der Klappenkörper 296. An den Wastegateklappen 292 ist jeweils ein Haltestift 51 angeformt. Der Haltestift 51 kann auch als Zapfen oder Pin bezeichnet werden.
In dem Hebelelement 66, insbesondere an einem freien Ende 67 des Hebelelements 66, ist eine zylindrische, durchgängige Aufnahme-Öffnung 68. Die Wastegateklappe 292 ist mittels des Haltestifts 51 formschlüssig in die Aufnahme-Öffnung 68 von einer Seite eingeführt und auf der anderen Seite über eine Deckscheibe 52 befestigt. Die Deckscheibe 52 wird mit der Wastegateklappe 292 verbunden, in der Regel verschweißt oder vernietet.
Die Deckscheibe 52 wird so mit der Wastegateklappe 292 verbunden, dass sich ein axiales Spiel 53 zwischen Wastegateklappe 292 und Hebelelement 66 einstellt. Über den Haltestift 51 ist die Wastegateklappe 292 radial geführt, wobei ein radiales Spiel 54 eingestellt ist. Beide Spiele werden beim Schließen der Wastegateklappe 292 auf dem Wastegateventilsitz 294 im Turbinengehäuse 21 zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen wie eingangs erwähnt genutzt. Damit wird ein sicheres, ebenes Auffliegen des Klappenrands 295 der Wastegateklappe 292 sichergestellt.
Das axiale und radiale Spiel 53, 54 erlauben im verbauten Zustand und im Betrieb des Turboladers 1 einen gewissen Toleranz- und thermischen Verformungsausgleich zwischen den Teilen, so dass, wenn das Wastegateventil 29 schließt, die Wastegateklappe 292 möglichst eben auf dem Wastegateventilsitz 294 sitzt. Das radiale und axiale Spiel soll groß genug sein, um die Toleranzen und Verformungen auszugleichen. Gleichzeitig aber auch so klein wie möglich, da es Einfluss auf die akustischen Eigenschaften nimmt. Je größer das Spiel ist, desto lauter hört man ein Klappern, Rasseln, Schnarren oder ähnliches im Betrieb. Diese akustischen Störgeräusche sind zu minimieren.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer verbesserten Klappeneinrichtung 293 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wastegateklappe 292 hat einen Klappenrand 295 auf der dem Hebelelement 66 zugewandten Seite und einen Klappenkörper 296 auf der dem Hebelelement 66 abgewandten Seite. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Beispielen ist die Lagerung der Wastegateklappe 292 so geändert, dass ein an dem freien Ende 67 des Hebelelements 66 angeordneter Führungskörper 69 in die Wastegateklappe 292 hineinragt. Hierzu hat die Wastegateklappe 292 auf der dem Hebelelement 66 zugewandten Seite eine bis in den Klappenkörper 296 reichende zylindrische Aufnahme-Ausnehmung 55, in welcher der Führungskörper 69 zumindest teilweise aufgenommen ist. Innerhalb der Aufnahme-Ausnehmung 55 der Wastegateklappe 292 ist der Haltestift 51 angeordnet, wobei die Aufnahme-Ausnehmung 55 zylindrisch um eine Längsachse 56 des Haltestifts 51, die auch als zentrale Längsachse bezeichnet werden kann, ausgebildet ist. Die Längsachse 56 verläuft koaxial zu einer Achse 59 der durchgängigen Aufnahme-Öffnung 68 des Führungskörpers 69 des Hebelelements 66, etwa einer Mittelachse des Führungskörpers 69. Der Haltestift 51 ist durch die Aufnahme-Öffnung 68 des Führungskörpers 69 geführt und hat einen Außenmantel 78.
Der Führungskörper 69 ist hinsichtlich einer Formgebung an die Aufnahme-Ausnehmung 55 so angepasst ist, dass der Führungskörper 69 zumindest teilweise formschlüssig in der Aufnahme-Ausnehmung 55 aufgenommen ist. Der Führungskörper 69 hat somit zumindest teilweise eine zylindrische Formgebung. Der Führungskörper 69 hat eine Außenseite 71, die dem Haltestift 51 abgewandt ist. Der Führungskörper 69 hat eine Innenseite 72 der Aufnahme-Öffnung 68, die dem Haltestift 51 zugewandt ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist eine Führungsfläche 70 an der Außenseite 71 des Führungskörpers 69 ausgebildet, die mit einer korrespondierenden Kontaktfläche 57 der Wastegateklappe 292 zusammenwirkt. Die Kontaktfläche 57 ist an einer die Aufnahme-Ausnehmung 55 begrenzenden Wandung 58 der Wastegateklappe 292, die dem Außenmantel 78 des Haltestifts 51 gegenüberliegt, ausgebildet. Die Führungsfläche 70 verläuft ringförmig, im Beispiel zylindrisch, um die Längsachse 56 des Haltestifts 51. Dadurch ist die Wastegateklappe 292 mit Spiel geführt an dem Hebelelement 66 aufgenommen.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel gibt es eine Führungsfläche 70 zum Führen der Wastegateklappe 292 an dem Hebelelement 66. Mit anderen Worten ist die Führungsfläche 70 einteilig.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind zumindest zwei Führungsflächen 70 vorgesehen. Die Führungsflächen 70 können in unterschiedlichen Bauweisen ausgeführt werden, wie nachfolgend erläutert wird.
7A bis 7C zeigen verschiedene perspektivische Ansichten einer Spindel 65 bzw. eines Hebelelements 66 und eine Klappeneinrichtung 293 mit einer solchen Spindel 65 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Führungsflächen 70 sind konzentrisch um die Achse 59 ausgebildet und haben den gleichen Durchmesser. Mit anderen Worten weist der Führungskörper 69 zwei ringförmig, im Beispiel zylindrisch, um die Achse 59 verlaufende Wandungsabschnitte 77 auf, an deren Außenseite 71 die maschinell bearbeiteten Führungsflächen 70 ausgebildet sind. Die Führungsflächen 70 sind in einem axialen Abstand voneinander angeordnet.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht der Klappeneinrichtung 293 des Ausführungsbeispiels gemäß 7A bis 7C mit zwei Ausführungsvarianten. In der rechten Teilschnittansicht ist eine Variante mit Hinterschnitt gezeigt, während in der linken Teilschnittansicht eine Variante ohne Hinterschnitt gezeigt ist. Im gezeigten Beispiel sind beide Varianten im Gießverfahren hergestellt. Die Führungsflächen 70 können in beiden Varianten maschinell bearbeitet sein. Eine nicht maschinelle Ausbildung der Führungsflächen 70 ist ebenfalls denkbar.
Die 9 und 10 zeigen jeweils eine schematische, technische Zeichnung einer Klappeneinrichtung 293 gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
Gemäß 9 sind die Führungsflächen konzentrisch, wobei eine Führungsfläche 70 eine zylindrische Form und die andere Führungsfläche eine kegelartige Form hat. Dies bedeutet, dass die Führungsfläche unter einem Verlaufswinkel 79 bezüglich der Achse 59 verläuft. Dementsprechend ist die Kontaktfläche 57 der die Aufnahme-Ausnehmung 55 begrenzenden Wandung 58 korrespondierend ausgebildet. Das radiale Spiel 54 der Führungsflächen 70 zu der Wastegateklappe 292 kann für jede Führungsfläche 70 gleich, aber auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Gemäß 10 sind die Führungsflächen wiederum konzentrisch ausgebildet und haben eine zylindrische Form, sind jedoch hinsichtlich ihrer Durchmesser Dl, D2 unterschiedlich ausgebildet. Mit anderen Worten handelt es sich um eine abgestufte Variante, wobei wiederum die Aufnahme-Ausnehmung 55 an die Führungsflächen 70 angepasst ist.
In alternativen Ausführungsformen kann eine oder beide Führungsflächen auch ballig ausgeführt sein (nicht dargestellt). Zusätzlich oder alternativ können auch mehr als zwei Führungsflächen vorgesehen sein. Optional, beispielsweise bei einseitigem Verschleiß, können die Führungsflächen auch exzentrisch zueinander angeordnet sein.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen handelte es sich um Klappeneinrichtungen 293, bei denen eine äußere Führung der Wastegateklappe 292 ausgebildet ist. Der oder die Führungsflächen 70 sind äußere Mantelflächen des Führungskörpers 69 des Hebelelements 66. Die Begriffe innen und außen beziehen sich dabei auf den Teil des Hebelelements 66, welcher als Führungsfläche zum Führen der Wastegateklappe 292 herangezogen wird. Dies ist entgegen dem Fall gemäß 4 und 5, wo die Kontaktfläche im Hebelelement 66 durch die Bohrung gebildet ist und der Haltestift 51 als Führungsfläche diente. Mit anderen Worten wird die Wastegateklappe 292 an einer dem Haltestift 51 gegenüberliegenden Seite, nämlich der Wandung 58, geführt. Dieses Prinzip ist exemplarisch in 11A dargestellt.
Für die äußere Führung können alternativ die Führungsflächen 70 auch an der Wandung 58 der Wastegateklappe 292 umgesetzt werden, während die Außenseite 71 des Führungskörpers 69 als Kontaktfläche dient. Dieses Prinzip ist exemplarisch in 11B dargestellt.
Das Konzept der einen oder der mehreren Führungsflächen 70 kann auch zwischen dem Haltestift 51 der Wastegateklappe 292 und der Innenseite 72 der Aufnahme-Öffnung 68 des Führungskörpers 69 umgesetzt werden. In diesem Fall spricht man von einer inneren Führung. Auch in diesem Fall gibt es zwei denkbare Varianten, wie sie in 12A und 12B gezeigt sind.
Gemäß 12A hat der Führungskörper 69 an einer dem Haltestift 51 zugewandten Innenseite 72 Führungsflächen 70, die mit einer oder mehreren Kontaktflächen 57 am Außenmantel 78 des Haltestifts 51 zusammenwirken.
Gemäß 12B ist das Prinzip umgekehrt, wobei die Führungsflächen 70 am Haltestift 51 selbst ausgebildet sind und mit der Innenseite 72 der Aufnahme-Öffnung 68 des Führungskörpers 69 zusammenwirken.
13 zeigt schematisch eine weitere Klappeneinrichtung 293, wobei die Führungsflächen 70 außen am Führungskörper 69 als Segmente einer Kugelfläche ausgebildet sind. Die korrespondierenden Kontaktfläche 57 der Wastegateklappe 292 ist wiederum entsprechend als Kugelfläche ausgebildet. Die Kugelflächen haben den gleichen Mittelpunkt und unterscheiden sich dabei lediglich entsprechend ihrer Radien R1 bis R3. Die Führungsflächen 70 haben dabei den gleichen R1 bzw. R2. Aus dem unterschiedlichen Betrag der Radien ergibt sich das radiale Spiel rl bzw. r2. Beispielsweise handelt es sich bei dieser Ausführungsformen um eine besonders gute Ausführungsform hinsichtlich der Führung und der beschriebenen Spiele.
Die bisher beschriebenen Führungsflächen 70 sind radial ausgeführt, verlaufen also ringförmig um die Achse 59. Alternativ können die Führungsflächen 70 auch axial, d.h. parallel zur Achse 59 verlaufen, wie beispielhaft in den 14A des 14C gezeigt. Die Führungsflächen 70 sind an axial verlaufenden Abschnitten des Führungskörpers 69 ausgebildet und erstrecken sich axial über einen Teil des Führungskörpers 69 des Hebelelements 66. Zusammengefasst ergeben sich viele Gestaltungsmöglichkeiten für eine oder mehrere Führungsflächen hinsichtlich der Anordnung an dem Hebelelement 66 oder der Wastegateklappe 292 und hinsichtlich verschiedenster Parameter, wie Radius, Winkel, Mittelpunkt für einen Kugelradius und andere.
Die beschriebenen Klappeneinrichtungen 293 ermöglichen die eingangs erwähnten Vorteile und Funktionen.
Die unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten der Führungsflächen sowie die unterschiedlichen Prinzipien der Führungsflächen hinsichtlich der inneren oder äußeren Führung können auch mit unterschiedlichen Ansätzen zur axialen Führung der Wastegateklappe 292 zum Hebelelement 66 kombiniert werden.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde das axiale Spiel zwischen der Deckscheibe 52 und dem Klappengrund eingestellt. Der Klappengrund ist die Bodenfläche 73 der Klappe 292, die die Aufnahme-Ausnehmung 55 bezüglich der Achse 56 des Haltestifts 51 nach innen hin begrenzt (siehe 12B stellvertretend).
Das axiale Spiel bzw. die axiale Führung kann auch zwischen der Wastegateklappe 292 und einem Absatz 74 des Haltestifts 51 eingestellt werden. Dieser Ansatz ermöglicht bei Bedarf die Höhe des Führungsflächenträgers zu reduzieren. Dies ist in 15 dargestellt.
Wie in 16A und 16B gezeigt, kann die axiale Führung auch mittels eines axialen Sicherungselements in Form eines Sprengrings 75 oder eines Sicherungsstifts 76 umgesetzt werden. In beiden Fällen sichert das jeweilige Sicherungselement die Klappe 292 formschlüssig zwischen zwei Wandungsabschnitten 77 des Führungskörpers 69 bzw. der Klappe 292, an denen die Führungsflächen 70 ausgebildet sind.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der in 1 beschriebene Turbolader 1 exemplarisch zu verstehen ist und alternativ auch anderweitige Ausgestaltungen haben kann.

Claims

Klappeneinrichtung (293) zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals (291) in einem Turbinengehäuse (21) eines Turboladers (1), aufweisend - ein Hebelelement (66) mit einem an einem freien Ende (67) des Hebelelements (66) angeordneten Führungskörper (69) und einer in dem Führungskörper (69) angeordneten durchgängigen Aufnahme-Öffnung (68); und - eine an dem Führungskörper (69) angeordnete Wastegateklappe (292) mit einem Klappenrand (295) im Bereich ihrer dem Hebelelement (66) zugewandten Seite, zur abdichtenden Auflage auf einem Wastegateventilsitz (294) des Wastegatekanals (291), und mit einem Klappenkörper (296) auf ihrer dem Hebelelement (66) abgewandten Seite, wobei die Wastegateklappe (292) auf ihrer dem Hebelelement (66) zugewandten Seite eine bis in den Klappenkörper (296) reichende Aufnahme-Ausnehmung (55) und einen innerhalb der Aufnahme-Ausnehmung (55) angeordneten Haltestift (51) aufweist; und die Wastegateklappe (292) derart an dem Führungskörper (69) des Hebelelements (66) angeordnet ist, dass der Führungskörper (69) in der Aufnahme-Ausnehmung (55) zumindest teilweise aufgenommen ist und der Haltestift (51) durch die durchgängige Aufnahme-Öffnung (68) geführt ist.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 1, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) und die Aufnahme-Ausnehmung (55) der Wastegateklappe (292) sowie die Aufnahme-Öffnung (68) und der Haltestift (51) so zueinander dimensioniert sind, dass bezogen auf eine Längsachse (56) des Haltestifts (51) ein vorbestimmtes radiales Spiel (54) zwischen dem Führungskörper (69) des Hebelelements (66) und der Wastegateklappe (292) ausgebildet ist.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) und/oder die Wastegateklappe (292) zumindest eine Führungsfläche (70) und zumindest eine dazu korrespondierende Kontaktfläche (57) aufweisen, die so zusammenwirken, dass die Wastegateklappe (292) an dem Hebelelement (66) mit Spiel geführt aufgenommen ist.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 3, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) auf einer dem Haltestift (51) abgewandten Außenseite (71) zumindest eine Führungsfläche (70) aufweist, die mit der Kontaktfläche (57) einer die Aufnahme-Ausnehmung (55) begrenzenden Wandung (58) der Wastegateklappe (292) zusammenwirkt, zur Ausbildung einer äußeren Führung.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 3, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) auf einer dem Haltestift (51) der Wastegateklappe (292) zugewandten Innenseite seiner Aufnahme-Öffnung (68) zumindest eine Führungsfläche (70) aufweist, die mit dem Außenmantel (78) des Haltestift (51) zusammenwirkt zur Ausbildung einer inneren Führung.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 3, wobei der Haltestift (51) der Wastegateklappe (292) auf seinem Außenmantel (78) zumindest eine Führungsfläche (70) aufweist, die mit der dem Haltestift (51) zugewandten Innenseite (72) der Aufnahme-Öffnung (68) des Führungskörpers (69) zusammenwirkt zur Ausbildung einer inneren Führung.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 3, wobei die Wastegateklappe (292) auf der dem Haltestift (51) zugewandten Wandung (58) der Aufnahme-Ausnehmung (55) zumindest eine Führungsfläche (70) aufweist, die mit der dem Haltestift (51) abgewandten Außenseite (71) des Führungskörpers (69) des Hebelelements (66) zusammenwirkt, zur Ausbildung einer äußeren Führung.
Klappeneinrichtung (293) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die zumindest eine Führungsfläche (70) bezüglich der Längsachse (56) des Haltestifts (51) ringförmig umlaufend an einem Abschnitt des Führungskörpers (69) oder der Wastegateklappe (292) ausgebildet ist.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 8, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) oder die Wastegateklappe (292) jeweils zumindest zwei, in Bezug auf die Längsachse (56) des Haltestifts (51) in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Führungsflächen (70) aufweisen.
Klappeneinrichtung (293) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die zumindest eine Führungsfläche (70) an einem bezüglich der Längsachse (56) des Haltestifts (51) axial verlaufenden Abschnitt des Führungskörpers (69) oder der Wastegateklappe (292) ausgebildet ist und sich axial zumindest über einen Teil des Führungskörpers (69) oder der Wastegateklappe (292) erstreckt.
Klappeneinrichtung (293) nach Anspruch 10, wobei der Führungskörper (69) des Hebelelements (66) oder die Wastegateklappe (292) jeweils zumindest drei, in Bezug auf die Längsachse (56) des Haltestifts (51) über den jeweiligen Umfang mit Abstand voneinander verteilt angeordnete Führungsflächen (70) aufweist.
Klappeneinrichtung (293) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Führungskörper (69) und der Wastegateklappe (292) ein axiales Sicherungselement vorgesehen ist, welches die Wastegateklappe (292), in bezüglich des Haltestifts (51) axialer Richtung, in seiner Position an dem Führungskörper (69) des Hebelelements (66) sichert.
Klappeneinrichtung (293) nach einem der Ansprüche 9 oder 11, wobei die Führungsflächen (70) gleichartig oder unterschiedlich hinsichtlich zumindest eines der folgenden Parameter ausgebildet sind: - radialer Abstand zur Längsachse (56) des Haltestifts (51) ; - Verlaufswinkel bezüglich der Längsachse (56) des Haltestifts (51); - Mittelpunkt für einen Kugelradius der jeweiligen Führungsfläche (70).
Turbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend - ein Lagergehäuse (41), in dem eine Läuferwelle (14) drehbar gelagert ist; - ein Turbinenrad (12), welches drehfest auf der Läuferwelle (14) angeordnet ist; - ein Turbinengehäuse (21), welches mechanisch an dem Lagergehäuse (41) festgelegt ist; - einen Wastegatekanal (291), der im Turbinengehäuse (21) ausgebildet ist; und - eine Klappeneinrichtung (293) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals (291) eingerichtet ist.