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Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Leitapparat für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 10.
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Verstellbare Leitapparate für Abgasführungsabschnitte von Abgasturboladern sind hinlänglich bekannt. Hierbei sind in einem ein Turbinenrad des Abgasturboladers umfassenden Düsenkanal Leitelemente drehbar angeordnet, mit deren Hilfe ein effektiver Strömungsquerschnitt stromauf des Turbinenrades zu verändern ist.
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Zur Verbesserung einer Effektivität des verstellbaren Leitapparates sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. So geht aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 020 591 A1 ein verstellbarer Leitapparat hervor, dessen Luftleitelemente eine Aussparung aufweisen. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, zumindest in einem mehr oder weniger geschlossenen Zustand des verstellbaren Leitapparates, in dem ein Strömungsquerschnitt stromauf des Turbinenrades durch die Positionierung der Luftleitelemente geschlossen ist, zumindest teilweise zu öffnen zur Verbesserung des Betriebes des Abgasturboladers in einem Niedriglastbereich einer mit dem Abgasturbolader verbundenen Verbrennungskraftmaschine. Jedoch ergeben sich im Volllast- und Teillastbereich aufgrund der Durchströmung der Luftleitelemente Wirkungsgradverluste.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 047 252 A1 offenbart einen verstellbaren Leitapparat mit einem aus zwei Teilabschnitten ausgebildeten Luftleitelement, wobei zumindest einer der beiden Teilabschnitte bewegbar ausgebildet ist. Die Teilabschnitte weisen jedoch keine Strömungskontur mit einem aerodynamischen Profil auf, wodurch sich auch hier Wirkungsgradverluste aufgrund von Strömungsabrissen an den Enden der Teilabschnitte einstellen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen verbesserten verstellbaren Leitapparat bereitzustellen, mit dessen Hilfe ein größtmöglicher Turbinenwirkungsgrad bei unterschiedlichen Betriebszuständen realisiert werden kann. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Abgasturbolader mit einem deutlich verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines verstellbaren Leitapparates für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäß ausgebildeter verstellbarer Leitapparat für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers, welcher zur veränderbaren Leitung der Luftströmung auf ein vom verstellbaren Leitapparat umfassten Turbinenrad des Abgasturboladers ausgebildet ist, umfasst einen Lagerring, einen dem Lagerring gegenüberliegend angeordneten Konturring sowie zwischen dem Lagerring und dem Konturring angeordnete Leitelemente, die zur Leitung der zwischen dem Konturring und dem Lagerring strömenden Luftströmung ausgebildet sind. Die Leitelemente sind jeweils ein Luftleitelement und eine mit dem Luftleitelement drehfest verbundene Elementwelle umfassend ausgebildet, wobei die Elementwelle um ihre Wellenachse verdrehbar im Lagerring gelagert ist. Erfindungsgemäß weist das Luftleitelement zumindest ein erstes Elementteil und ein zweites Elementteil auf, wobei jeder Elementteil eine Strömungskontur in Form eines aerodynamischen Profils aufweist, und mit einem ersten Elementende und einem vom ersten Elementende abgewandt ausgebildeten zweiten Elementende, wobei das erste Elementende vom Turbinenrad abgewandt und das zweite Elementende dem Turbinenrad zugewandt angeordnet ist, und wobei die Strömungskontur am ersten Elementende einen stumpfen Winkel aufweisend oder abgerundet ausgebildet ist und am zweiten Elementende einen spitzen Winkel aufweisend oder abgerundet ausgebildet ist. Da die Elementteile eine aerodynamische Form aufweisen, besteht die Möglichkeit der Herbeiführung einer ablösefreien oder zumindest ablösereduzierten Strömung auf das Turbinenrad, wodurch sich der Wirkungsgrad des Abgasturboladers wesentlich steigern lässt.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich im nachfolgend vorgestellten Ausführungsbeispiel um einen abgasdurchströmten Abgasturbolader handelt. Jedoch muss der Abgasführungsabschnitt nicht zwingend ausschließlich von einem Abgas gemäß einer Zusammensetzung der Verbrennungskraftmaschine durchströmt werden, sondern es kann sich um eine beliebige Luftströmung handeln.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elementteile bei Verdrehung der Elementwelle gemeinsam miteinander verdrehbar mit der Elementwelle ausgebildet. Der Vorteil ist die Herbeiführung einer einfachen Verstellung, derart bspw., dass die beiden Elementteile auf der Elementwelle fixiert sind und somit bei Verdrehung der Elementwelle unmittelbar bewegt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist in Strömungsrichtung der Luftströmung das zweite Elementende des ersten Elementteils stromauf des ersten Elementendes des zweiten Elementteils angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Elementteil oder das zweite Elementteil bewegbar an der Elementwelle angeordnet. Somit ist eine weitere Variabilität der Positionierung der Luftleitelemente gegeben, die zu einer differenzierteren Einstellung der Luftleitelemente und somit zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades des Abgasturboladers führen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates weist ein zwischen dem ersten Elementteil und dem zweiten Elementteil ausgebildeter Abstand einen Wert auf, welcher kleiner oder höchstens gleich ist einem Wert
- - einer Sehnenlänge des ersten Elementteils, sofern das erste Elementteil und das zweite Elementteil jeweils eine Sehne mit einem gleichen Wert ihrer Sehnenlänge aufweisen, oder
- - der Sehnenlänge des einen Elementteils, deren Sehnenlänge einen kleineren Wert aufweist als die Sehnenlänge des anderen Elementteils. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass in Abhängigkeit des Einsatzes des verstellbaren Leitapparates, bspw. für Abgasturbolader von Personenkraftwagen oder von Lastkraftwagen, eine geforderte Performance auf einfache Weise mit Hilfe der geometrischen Anpassung des Anpassung der Elementteile erzielt und/oder optimiert werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Elementteil in Strömungsrichtung versetzt zum zweiten Elementteil angeordnet. Dies führt zu einer weiteren Steigerung einer Luftumlenkfähigkeit des Luftleitelementes.
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Vorteilhaft ist das zweite Elementende des ersten Elementteils einer Druckseite des zweiten Elementteils gegenüberliegend angeordnet.
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Die Anordnung, unabhängig davon, ob die Anordnung starr oder bewegbar ist, weiterer Elementteile an der Elementwelle steigert grundsätzlich weiter die Möglichkeiten der Einstellung des verstellbaren Leitapparates, wodurch sich auch eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades realisieren lässt.
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Insbesondere ist das dritte Elementteil, oder jedes weitere Elementteil neben dem ersten Elementteil positioniert, wobei zwischen dem dritten Elementteil und dem ersten Elementteil ein Teilströmungskanal ausgebildet ist, und das zweite Elementteil in einer virtuellen Verlängerung des Teilströmungskanals in diesem angeordnet ist. Somit kann eine weitere Optimierung der grundsätzlichen Funktion des verstellbaren Leitapparates vorgenommen werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader umfassend einen Abgasführungsabschnitt und einen Luftführungsabschnitt, welcher erfindungsgemäß einen verstellbaren Leitapparat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist. Der Vorteil des derart ausgestalteten Abgasturboladers ist darin zu sehen, dass aufgrund eines besonders hohen Turbinenwirkungsgrades ein insgesamt sehr hoher Gesamtwirkungsgrad der mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader ausgerüsteten Brennkraftmaschine erzielbar ist. Dies wiederum führt zu einem insbesondere in Verbindung mit einer in Fahrzeugen vorgesehenen Brennkraftmaschine zur Reduzierung von Abgasemissionen, da ein gesichert hoher Turboladerwirkungsgrad des Abgasturboladers realisierbar ist und somit eine optimierte Abstimmung zwischen dem Abgasturbolader und der Brennkraftmaschine herbeiführbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
- 1 in einem Schnitt einen Abgasführungsabschnitt mit einem verstellbaren Leitapparat eines Abgasturboladers gemäß dem Stand der Technik,
- 2 in einer Draufsicht ein Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung das Leitelement gem. 2,
- 4 in einer perspektivischen Darstellung das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 6 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem vierten Ausführungsbeispiel,
- 7 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem fünften Ausführungsbeispiel,
- 8 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem sechsten Ausführungsbeispiel,
- 9 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem siebten Ausführungsbeispiel,
- 10 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem achten Ausführungsbeispiel,
- 11 in einem Querschnitt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Leitapparat in einer einer Schließposition angenäherten Zwischenposition
- 12 in einem Querschnitt den Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Leitapparat in einer weiteren Zwischenposition,
- 13 in einem Querschnitt den Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Leitapparat in einer vollständigen Öffnungsposition, und
- 14 in einer Draufsicht das Leitelement des erfindungsgemäßen Leitapparates in einem neunten Ausführungsbeispiel.
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Ein Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2 gemäß dem Stand der Technik ist entsprechend 1 ausgebildet. Der Abgasführungsabschnitt 1 ist in einem nicht näher dargestellten Abgastrakt einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, bei der es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handelt, vorgesehen. Der Abgasturbolader 2 weist weiterhin einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Frischluftführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt 3 auf, welcher in einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Der Abgasturbolader 2 weist weiter ein Laufzeug 4 auf, welches ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 5 zur Expansion von Abgas sowie eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad 5 drehfest verbindende Welle 6 mit einer Drehachse 7 umfasst. Die Welle 6 ist im Lagerabschnitt 3 des Abgasturboladers 2 drehbar gelagert, welcher zwischen dem Luftführungsabschnitt und dem Abgasführungsabschnitt 1 positioniert ist.
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Zur Einströmung des Abgases in den Abgasführungsabschnitt 1 ist ein nicht näher dargestellter Eintrittskanal im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildet. Der Eintrittskanal dient zur Konditionierung des Abgases, welches im Betrieb der Brennkraftmaschine das Turbinenrad 5 in eine rotierende Bewegung versetzt. Mit Hilfe der Welle 6 wird das Verdichterrad ebenfalls in Rotation versetzt, so dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet.
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Stromab des Eintrittskanals ist im Abgasführungsabschnitt 1 ein Spiralkanal 8 angeordnet, welcher zur Bereitstellung einer rotationssymmetrischen Strömung ausgebildet ist. Des Weiteren ist der Spiralkanal 8 als Verbindungskanal zwischen dem Eintrittskanal und einem Düsenkanal 9, welcher stromab des Spiralkanals 8 positioniert ist, ausgebildet. Das Turbinenrad 5 ist drehbar in einer stromab des Düsenkanals 9 im Abgasführungsabschnitt 1 vorgesehenen Radkammer 10 aufgenommen. Zum Entweichen des Abgases aus dem Abgasführungsabschnitt 1 weist der Abgasführungsabschnitt 1 stromab der Radkammer 10 einen Austrittskanal 11 auf.
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Damit sowohl bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine als auch bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine Anpassung eines Turbinenwirkungsgrades des Abgasturboladers 2 an unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine erreichbar ist, ist das Abgas mit Hilfe eines verstellbar ausgebildeten Leitapparates 12 konditionierbar, welcher im Abgasführungsabschnitt 1 angeordnet ist.
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Der verstellbare Leitapparat 12 ist das Turbinenrad 5 ringförmig umfassend ausgebildet und weist einen Lagerring 13 zur Aufnahme von Leitelementen 14 auf, welche zur Strömungskonditionierung vorgesehen sind. Die Leitelemente 14 sind am Lagerring 13 drehbar gelagert.
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Der Lagerring 13 ist im Abgasführungsabschnitt 1 so positioniert, dass die Luftleitelemente 16 der Leitelemente 14 im Düsenkanal 9 angeordnet sind. Dem Lagerring 13 gegenüberliegend positioniert ist ein hülsenförmiger Konturring 15, welcher zur Strömungskonditionierung und zur vereinfachten Montage des verstellbaren Leitapparates 12 ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der verstellbare Leitapparat 12 als vorgefertigtes Modul in den Abgasführungsabschnitt 1 eingesetzt werden kann.
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Zur drehbaren Lagerung der Leitelemente 14 am Lagerring 13 ist jedem Luftleitelement 16 eine Elementwelle 17 mit einer Wellenachse 18 zugeordnet, welche mit dem Luftleitelement 16 drehfest verbunden ist und welche am Lagerring 13 drehbar gelagert aufgenommen ist. Zwischen den Luftleitelementen 16 ist ein Strömungskanal 40 ausgebildet, der in Abhängigkeit der Position der Luftleitelemente 16 in seinem Querschnitt verändert ist.
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Zur Verdrehung der Elementwelle 17, und somit des Luftleitelementes 16, weist die Elementwelle 17 an ihrem dem Lagerabschnitt 3 zugewandt positionierten Ende einen Verstellhebel 19 auf, welcher mit der Elementwelle 17 ebenfalls drehfest verbunden ist.
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Die Drehbewegung der Leitelemente 14 ist mit Hilfe eines Drehrings 20 initiierbar, welcher koaxial mit dem Lagerring 13 im verstellbaren Leitapparat 12 positioniert ist. Hierzu weist der Drehring 20 Ausnehmungen 21 auf, in welche die Verstellhebel 19 eingreifbar ausgebildet sind, wobei ein zum Eingriff in die entsprechende Ausnehmung 21 idealerweise von der Elementwelle 17 abgewandt ausgebildetes Ende des Verstellhebels 19 vorgesehen ist. Neben dem Drehring 20 und den Verstellhebeln 19 sind weitere, nicht näher dargestellte Mittel einem Verstellmechanismus 22 zugeordnet, welcher in einem nicht gasdicht gegenüber dem Düsenkanal 9 und dem Spiralkanal 8 ausgebildeten Positionierraum 23 angeordnet ist. Dieser Positionierraum 23 ist ein radial und überwiegend in Richtung des Spiralkanals 8 axial mit Hilfe des Abgasführungsabschnitts 1 begrenzt ausgebildeter Raum. Eine Abgrenzung gegenüber der Umgebung in die vom Abgasführungsabschnitt 1 abgewandt ausgebildete axiale Richtung ist mit Hilfe des Lagerabschnitts 3 hergestellt.
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Aus Herstellungs- und Montagegründen ist ein ringförmiger Spalt 24 zwischen dem Konturring 15 und dem Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildet.
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Im Betrieb des Abgasturboladers 2 herrschen im Abgasführungsabschnitt 1 unterschiedliche Drücke, der so genannte Abgasgegendruck stromauf des Turbinenrades 5 und der Abgasdruck stromab des Turbinenrades 5. Insbesondere im Volllastbetrieb der mit dem Abgasturbolader 2 verbundenen Brennkraftmaschine ist der Abgasgegendruck deutlich höher als der Abgasdruck. Mit Hilfe des verstellbaren Leitapparates 12 und einer entsprechenden Positionierung der Leitelemente 14 ist es weitestgehend möglich über den gesamten Betriebsbereich des Abgasturboladers 2 ein positives Druckgefälle, d.h. einen positiven Differenzdruck zwischen dem Abgasgegendruck und dem Abgasdruck herzustellen.
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Damit der Differenzdruck entstehen kann, ist es notwendig den Spalt 24 mit Hilfe eines ersten Dichtelementes 25 quasi zu teilen, derart, dass in einem Bereich des Spaltes 24, dem ersten Bereich des Spaltes 24, welcher dem Spiralkanal 8 zugewandt ausgebildet ist, der Abgasgegendruck vorherrscht und in einem zweiten Bereich des Spaltes 24, welcher dem Austrittskanal 11 zugewandt ausgebildet ist, der Abgasdruck anliegt.
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Eine weitere Abdichtung erfolgt mit Hilfe von ringförmigen zweiten Dichtelementen 26, welche an den Elementwellen 17 ausgebildet sind. Das Luftleitelement 16 weist an seinen beiden Seitenflächen 27, eine Seitenfläche 27 ist dem Konturring 15 zugewandt ausgebildet und die andere Seitenfläche 27 ist dem Lagerring 13 zugewandt ausgebildet, im Bereich der Elementwelle 17 jeweils das zweite Dichtelement 26 auf, welches tsubaartig ausgeformt ist. Diese zweiten Dichtelemente 26 sind zur Abdichtung von Aufnahmeöffnungen 28 vorgesehen, welche sowohl im Konturring 15 als auch im Lagerring 13 zur Aufnahme der Elementwellen 17 vorgesehen sind.
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In 1 weist der Abgasturbolader 2 gemäß dem Stand der Technik das erste Dichtelement 25 ringförmig ausgebildet auf, welches in einem dem Austrittskanal 11 zugewandt angeordneten Bereich des Konturrings 15 positioniert ist. Im Betrieb wirkt somit in diesem Ausführungsbeispiel des verstellbaren Leitapparates 12 gemäß dem Stand der Technik an einem ersten Wellenende 29 der Elementwelle 17 der gleiche Druck wie an einem zweiten Wellenende 30 der Elementwelle 17, nämlich der Abgasgegendruck.
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Ein erfindungsgemäßer verstellbarer Leitapparat 12 ist gemäß den 2 bis 10 ausgebildet, in denen er in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen illustriert ist. Der erfindungsgemäße Leitapparat 12 weist die Leitelemente 14 mit mehrteiligen Luftleitelementen 16 auf, wobei im ersten Ausführungsbeispiel das Luftleitelement 16 aus einem ersten Elementteil 16a und einem zweiten Elementteil 16b aufgebaut ist. Die beiden Elementteile 16a, 16b sind drehfest mit der Elementwelle 17 verbunden, damit sie beide bei einer Drehung der Elementwelle 17 um ihre Wellenachse 18 synchron, mit anderen Worten gemeinsam, verdreht werden. Sie weisen jeweils eine Sehne mit einer Sehnenlänge SL auf.
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Die Elementteile 16a, 16b des Luftleitelementes 16 weisen jeweils eine Strömungskontur 31 in Form eines aerodynamischen Profils auf, welche zwischen den Seitenflächen 27 ausgebildet ist. Die Strömungskontur 31 entspricht der in Strömungsrichtung 34 umströmten Kontur, wobei ein erstes Elementende 32 des Elementteils 16a; 16b vom Turbinenrad 5 abgewandt in der Strömung angeordnet ist und ein zweites Elementende 33 des Elementteils 16a, 16b dem Turbinenrad 5 zugewandt angeordnet ist.
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Die Strömungskontur 31 ist das Elementteil 16a; 16b vollständig umfassend ausgebildet. An einer sogenannten Saugseite 35 des Elementteils 16a; 16b weist das Elementteil 16a, 16b eine Oberfläche 36 auf. Von der Oberfläche 36 abgewandt ist eine Unterfläche 37 ausgebildet, welche auf einer so genannten Druckseite 38 des Elementteils 16a; 16b liegt.
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Am ersten Elementende 32 ist zwischen der Unterfläche 37 ein stumpfer Winkel α ausgebildet, welcher einem am zweiten Elementende 33 zwischen den Flächen 36, 37 vorliegenden spitzen Winkel β gegenüberliegend ist. Somit weist jedes Elementteil 16a, 16b ein aerodynamisches Profil, insbesondere ein tragflächenförmiges Profil auf. Zwischen den beiden Elementteilen 16a, 16b ist ein Teilströmungskanal 42 ausgebildet.
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Die Oberfläche 36 ist annähernd konkav zu einer Sehne 39 des Elementteils 16a, 16b ausgebildet, wohingegen die Unterfläche 37, sofern von einer ebenen Ausführung abgewichen wird, eher konvex zur Sehne 39 ausgestaltet ist. Dabei ist das Elementteil 16a; 16b derart im Düsenkanal 9 positioniert, dass im Betrieb des Abgasturboladers 2 strömungstechnisch die Oberfläche 36 die Funktion der Unterdruckseite, somit Saugseite 35, und die Unterfläche 37 die Funktion der Druckseite 38 erfüllt.
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Die beiden Elementteile 16a; 16b sind derart an der Elementwelle 17 angeordnet, dass in Strömungsrichtung 34 das zweite Elementende 33 des ersten Elementteils 16a stromauf des ersten Elementendes 32 des zweiten Elementteils 16b angeordnet ist.
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Mit Hilfe des verstellbaren Leitapparates 12 lässt sich ein Strömungsquerschnitt SQ des Düsenkanals 9 verändern. Der Strömungsquerschnitt SQ kann nahezu vollständig geschlossen sein oder er kann vollständig oder teilweise geöffnet sein. Das heißt mit anderen Worten, dass die Luftleitelemente 16 im Falle eines nahezu vollständig geschlossenen Strömungsquerschnitts SQ einen nahezu vollständig ausgebildeten, das Turbinenrad 5 umfassenden Ring bilden. In den anderen Fällen ist zwischen den einzelnen Luftleitelementen 16 der Strömungskanal 40 ausgebildet. So sind bei sehr weit geöffnetem Strömungsquerschnitt SQ, demgemäß bei einer sehr großen Weite der Strömungskanäle 40, Ablösungen von an die Luftleitelemente 16 eines gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten verstellbaren Leitapparats 12 angrenzende Strömungsfäden 41 vorliegend, die eine Wirkungsgradreduzierung des Abgasturboladers 2 erwirken.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates 12, welcher zumindest die beiden Elementteile 16a, 16b aufweist, ist die vorstehend genannte Ablösung zu verhindern, da eine Strömungsumlenkung mit Hilfe der Elementteile 16a, 16b realisierbar ist.
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In den 11 bis 13 ist der erfindungsgemäße verstellbare Leitapparat 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Querschnittsausschnitt in Blickrichtung ausgehend von dem Düsenkanal 9 auf das Turbinenrad 5 illustriert. In 11 ist der verstellbare Leitapparat in einer einer Schließposition angenäherten Zwischenposition abgebildet. In der Schließposition könnten sich die beiden Elementteile 16a, 16b von nebeneinander liegend ausgebildeten Leitelementen 14 den Strömungskanal 40 nahezu schließend oder sogar schließend gegenüberliegen. Dies ist bei einem verstellbaren Leitapparat 12 gemäß dem Stand der Technik nicht möglich, da ein Unterdruck in der Radkammer 10 herbeigeführt werden könnte. Da jedoch zwischen den dem Leitelement 14 zugeordneten Elementteilen 16a, 16b ein Abstand A ausgebildet ist, kann durch diesen Abstand A grundsätzlich Abgas strömen, wodurch die Herbeiführung eines Unterdruckes in der Radkammer 10 vermieden wird.
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Mit Hilfe des zwischen den beiden Elementteilen 16a, 16b ausgebildeten Strömungskanals 40 ist eine an der Druckseite 38 des zweiten Elementteils 16b ausgebildete Grenzschicht der Strömung energetisierbar, wodurch sich Ablösungen an dieser Stelle vermeiden lassen. Die Energetisierung erfolgt mit Hilfe der an der Saugseite 35 des ersten Elementteils 16a entlang strömenden Strömung, welche durch den Strömungskanal 40 auf die Druckseite 38 des zweiten Elementteils 16b geführt wird.
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Die Teilung des Luftleitelementes 16 des Leitelementes 14 ist unterschiedlichen Anforderungen des Abgasturboladers 2 gemäß anzupassen. So kann es sich wie in den 2 bis 5 und 8 bis13 illustriert um zwei Elementteile 16a, 16b handeln, oder es können wie in den 6 und 7 illustriert auch drei oder vier Elementteile 16a, 16b, 16c, 16d ausgebildet sein. Selbstredend können auch mehr als vier Elementteile 16a, 16b, 16c, 16d vorgesehen sein.
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Die Elementteile 16a, 16b, 16c, 16d können gleich groß ausgeführt sein, oder sie können unterschiedlich groß ausgebildet sein, s. 8 bis 10. So kann das kleinere Elementteil 16a der Elementteile 16a, 16b, 16c, 16d stromauf des größeren Elementteils 16b angeordnet sein oder das kleinere Elementteil 16b der Elementteile 16a, 16b, 16c, 16d ist stromab des größeren Elementteils 16a positioniert.
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In 14 ist das Leitelement 14 des erfindungsgemäßen Leitapparates 12 in einem neunten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht illustriert. Das Leitelement 14 umfasst das Luftleitelement 16 bestehend aus dem ersten Elementteil 16a und dem zweiten Elementteil 16b, wobei das erste Elementteil 16a stromauf des zweiten Elementteils 16b fix, mit anderen Worten unbewegbar am Lagerring 13 aufgenommen ist. Das zweite Elementteil 16b ist an der verdrehbaren Elementwelle 17 mit dieser verdrehbar ausgebildet, derart, dass es relativ zu dem ersten Elementteil 16a verdrehbar ist. Somit kann in diesem Ausführungsbeispiel der Abstand A verändert werden und der zwischen den beiden zusammengehörenden Elementteilen 16a, 16b ausgebildete Strömungskanal 40 in seiner Weite verändert werden.
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Grundsätzlich kann der Abgasturbolader 2 auch mit einem von einer Verbrennungskraftmaschine abweichend ausgebildeten Aggregat verbunden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009020591 A1 [0003]
- DE 102010047252 A1 [0004]
