DE102020109548A1 - Klappenanordnung für eine aufladevorrichtung - Google Patents

Klappenanordnung für eine aufladevorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappenanordnung (10) für eine Aufladevorrichtung. Die Klappenanordnung (10) umfasst eine Ventilklappe (100) mit einem Ventilteller (110) und einem Zapfen (120), sowie einen Betätigungsarm (200), wobei der Betätigungsarm (200) mit der Ventilklappe (100) über einen Kontaktbereich (300) zur Übertragung einer Schließkraft gekoppelt ist. Die Klappenanordnung (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangwinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappenanordnung für eine Aufladevorrichtung, eine Turbine für eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Klappenanordnung und eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Turbine.
  • Hintergrund
  • Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtungen gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
  • Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest eine Turbine auf, welche durch Abgas eines Verbrennungsmotors angetrieben wird. Dabei ist die Turbine mit einem Verdichter über eine gemeinsame Welle verbunden, wobei der Verdichter angesaugte Frischluft komprimiert. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors.
  • Moderne Aufladevorrichtungen sind mit einer Leistungseinstelleinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe die Leistungserzeugung der Aufladevorrichtung eingestellt bzw. verändert werden kann. Bekannte Leistungseinstelleinrichtungen sind beispielsweise eine variable Turbinengeometrie oder eine Wastegate-Klappe. Eine variable Turbinengeometrie ist ein einstellbarer Leitapparat zum Verändern einer Zuströmung zu einem Turbinenrad der Turbine. Durch eine Veränderung der Zuströmung kann insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des dem Turbinenrad zugeführten Abgasstroms verändert werden, was zu einer entsprechenden Leistungsänderung der Aufladevorrichtung führt. Im Unterschied dazu entspricht eine Wastegate-Klappe im Wesentlichen einem einstellbaren Bypass, durch welchen Abgas das Turbinenrad umgehen kann. Durch Verändern des durchströmbaren Querschnitts des Bypasses bzw. des Wastegate-Kanals lässt sich die Druckdifferenz zwischen einem Einlass und einem Auslass des Turbinenrads verändern, was sich entsprechend auf die Leistung der Turbine und somit auf die Leistung der Aufladevorrichtung auswirkt. Zum Öffnen und Schließen des Wastegate-Kanals kommt eine Klappenanordnung zum Einsatz. Neben der Klappenanordnung kommt ein Aktuator zum Einsatz und eine Spindel, die mit der Klappenanordnung, insbesondere einem Betätigungsarm der Klappenanordnung, verbunden ist. Die Spindel ist in einem Turbinengehäuse gelagert, wobei ein Aktuator Stellbewegungen auf die Klappenanordnung ausübt. Die Klappenanordnung ist dabei zwischen einer den Wastegate-Kanal verschließenden Position und einer den Wastegate-Kanal freigebenden Position schwenkbar.
  • Um die Funktionalität des Wastegate-Systems sicherzustellen, gilt es eine Balance zwischen drei primären Anforderungen zu finden. Diese drei Anforderungen setzen sich zusammen aus einer möglichst geringen Leckage von Abgasen durch das geschlossene Wastegate-System, geringem Verschleiß der Komponenten des Wastegate-Systems (vor allem in Kontaktbereichen der einzelnen Komponenten) und einer möglichst geringen Geräuschentwicklung. Um eine möglichst geringe Leckage von Abgasen durch das geschlossene Wastegate-System zu ermöglichen, ist eine hohe Schließkraft von Vorteil, welche durch ein Drehmoment des Aktuators bereitgestellt wird. Das benötigte Drehmoment bestimmt jedoch die Größe, das Gewicht und den Leistungsbedarf des Aktuators, sowie der beteiligten Komponenten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klappenanordnung für eine Aufladevorrichtung bereitzustellen, durch welche ein Leckage-Verhalten verbessert wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappenanordnung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Turbine nach Anspruch 14 mit einer derartigen Klappenanordnung und eine Aufladevorrichtung nach Anspruch 15 mit einer derartigen Turbine.
  • Die Klappenanordnung für eine Aufladevorrichtung umfasst eine Ventilklappe mit einem Ventilteller und einem Zapfen, sowie einen Betätigungsarm. Der Betätigungsarm ist mit der Ventilklappe über einen Kontaktbereich zur Übertragung einer Schließkraft gekoppelt. Der Kontaktbereich zur Übertragung der Schließkraft ist über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen angeordnet. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Klappenanordnung ermöglicht eine Reduktion eines Hebelarms des Betätigungsarms, was zu einer höheren Schließkraft der Ventilklappe bei einem gleichbleibenden Drehmoment führt, ohne die äußere Kinematik, wie zum Beispiel die Bereitstellung eines leistungsfähigeren Aktuators, zu ändern. Zudem wird in jeder Toleranzsituation eine optimierte zentrale Krafteinleitung auf die Ventilklappe durch den Betätigungsarm erzeugt. Durch die höhere Schließkraft und die zentrale Krafteinleitung wird das Schließverhalten der Ventilklappe verbessert, wodurch Leckage reduziert wird. Dies wiederum führt zu einer Effizienzsteigerung der Aufladevorrichtung. Da für das verbessserte Leckage-Verhalten die äußere Kinematik nicht geändert werden muss, kommt es zu Gewichtseinsparungen, wodurch Komponenten, wie zum Beispiel die der Aktuator, kleiner dimensioniert werden können. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Bauraumreduzierung der Aufladevorrichtung. Durch die höhere Schließkraft der Ventilklappe werden durch eine Eingrenzung von Spiel Vibrationen reduziert, was wiederum zu einer Verschleißreduktion führt. Durch die Vibrationsreduktion wird ebenfalls eine Geräuschentwicklung reduziert. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Integration einer Verdrehsicherung der Ventilklappe zum Befestigungsarm. Dadurch können Bauteile reduziert werden, was wiederum zu weniger Bauraum, Kosteneinsparungen, Gewichtseinsparungen und weniger Montageaufwand führt.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung kann die Ventilklappe einen ersten Koppelabschnitt umfassen und der Betätigungsarm einen zweiten Koppelabschnitt umfassen. Der erste Koppelabschnitt und der zweite Koppelabschnitt können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der Kontaktbereich zur Übertragung der Schließkraft zwischen dem ersten Koppelabschnitt und dem zweiten Koppelabschnitt gebildet wird.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der erste Koppelabschnitt und/oder der zweite Koppelabschnitt Ringsektor-förmig ausgestaltet sein.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der erste Koppelabschnitt mehrere Koppelteilabschnitte umfassen und/oder der zweite Koppelabschnitt kann mehrere Koppelteilabschnitte umfassen.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Betätigungsarm an einem ersten Ende einen Durchgang aufweisen, durch welchen sich der Zapfen hindurch erstreckt, wenn die Ventilklappe und der Betätigungsarm gekoppelt sind.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Kontaktbereich zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 300°, bevorzugt θ < 270° und besonders bevorzugt θ < 260° um den Zapfen angeordnet sein.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Betätigungsarm eine Spindel zum Lagern des Betätigungsarms umfassen, wobei die Spindel eine Drehachse (X2) aufweisen kann. Der Kontaktbereich zur Übertragung der Schließkraft kann in einer Kontaktebene (X1-Y1) liegen, die senkrecht zu einer Zapfenachse (Z) des Zapfens und parallel zu einer Ventiltellerfläche verläuft, wobei die Kontaktebene (X1-Y1) durch eine Kontaktebenenachse (X1) parallel zur Drehachse (X2) und einer Kontaktebenenachse (Y1), senkrecht zu den Achsen (X1) und (Z), aufgespannt wird. Der Kontaktbereich zur Übertragung der Schließkraft kann ausgehend von einer Umfangsposition (A) des Kontaktbereichs, die von der Zapfenachse (Z) aus in radialer Richtung zur Drehachse (X2) am nächsten liegt, zu beiden Seiten des Zapfens in Umfangsrichtung, insbesondere achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1), angeordnet sein.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann sich der Kontaktbereich, ausgehend von der Umfangsposition (A), zu beiden Seiten um den Zapfen bis zu einem Umfangswinkel 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° erstrecken.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann sich der erste Koppelabschnitt zumindest teilweise um den Zapfen herum und ausgehend vom Ventilteller in Richtung der Zapfenachse (Z) erstrecken und der zweite Koppelabschnitt kann sich zumindest teilweise um den Durchgang des Betätigungsarms herum in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller hin erstrecken. Dabei kann der erste Koppelabschnitt über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen angeordnet sein oder der zweite Koppelabschnitt kann über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang herum angeordnet sein.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der erste Koppelabschnitt über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen angeordnet sein, wodurch eine Aussparung gebildet wird. Der zweite Koppelabschnitt kann einen Vorsprung aufweisen, der sich vom zweiten Koppelabschnitt in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller hin erstreckt. Insbesondere kann der Vorsprung ausgelegt sein, zumindest teilweise in die Aussparung einzugreifen, wenn die Ventilklappe mit dem Betätigungsarm gekoppelt ist, so dass der Vorsprung zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung begrenzenden Seitenwänden des ersten Koppelabschnitts eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm und Ventilklappe bildet.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zweite Koppelabschnitt über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang herum angeordnet sein, wodurch eine Aussparung gebildet wird. Der erste Koppelabschnitt kann einen Vorsprung aufweisen, der sich vom ersten Koppelabschnitt in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm hin um den Zapfen herum erstreckt. Insbesondere kann der Vorsprung ausgelegt sein, zumindest teilweise in die Aussparung einzugreifen, wenn die Ventilklappe mit dem Betätigungsarm gekoppelt ist, so dass der Vorsprung zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung begrenzenden Seitenwänden des zweiten Koppelabschnitts eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm und Ventilklappe bildet.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Kontaktbereich Ringsektor-förmig um den Zapfen angeordnet sein.
  • In Ausgestaltungen der Klappenanordnung, die mit allen vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der erste Koppelabschnitt oder der zweite Koppelabschnitt eine konische Kontaktfläche in Richtung der Zapfenachse (Z) aufweisen, die radial nach außen ausgehend vom Zapfen abfällt. Der jeweils andere erste Koppelabschnitt oder zweite Koppelabschnitt kann eine flache Kontaktfläche aufweisen, wobei der Kontaktbereich zwischen der konischen Kontaktfläche und der flachen Kontaktfläche gebildet ist. Optional kann die konische Fläche eine erste konische Fläche und eine zweite konische Fläche umfassen, wobei die zweite konische Fläche außen an die erste konische Fläche angrenzt. Die erste konische Fläche kann einen ersten Neigungswinkel (α1) aufweisen, und die zweite konische Fläche kann einen zweiten Neigungswinkel (α2) aufweisen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Turbine für eine Aufladevorrichtung, die ein Turbinengehäuse, eine Klappenanordnung nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen und einen Ventilsitz im Turbinengehäuse umfasst. Die Klappenanordnung ist durch die Spindel im Turbinengehäuse gelagert. Zudem ist die Klappenanordnung zwischen einer ersten Position, in welcher der Ventilteller auf dem Ventilsitz aufliegt, um einen Wastegate-Kanal zu verschließen, und mindestens einer zweiten Position, in der der Ventilteller von dem Ventilsitz abgehoben ist, um zumindest einen Teil des Wastegate-Kanals freizugeben, schwenkbar.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Aufladevorrichtung, die einen Verdichter und eine Turbine nach der vorangehenden Ausgestaltung umfasst.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine isometrische Ansicht der Aufladevorrichtung mit der Turbine und der Klappenanordnung;
    • 2A zeigt eine isometrische Ansicht der Klappenanordnung im entkoppelten Zustand;
    • 2B zeigt eine Seitenansicht der Klappenanordnung;
    • 2C zeigt eine isometrische Ansicht der Ventilklappe;
    • 3A zeigt eine Seitenansicht der Klappenanordnung;
    • 3B zeigt eine Schnittansicht der Klappenanordnung;
    • 3C zeigt eine Schnittansicht der Klappenanordnung, geschnitten durch die Achse S1-S1 in der 3A;
    • 4A zeigt eine Draufsicht der Ventilklappe, wobei der erste Koppelabschnitt mehrere Koppelteilabschnitte aufweist;
    • 4B zeigt eine Unteransicht des Betätigungsarms, wobei der zweite Koppelabschnitt mehrere Koppelteilabschnitte aufweist;
    • 5A zeigt eine Draufsicht der Ventilklappe mit dem Kontaktbereich;
    • 5B zeigt eine Draufsicht der Ventilklappe mit mehreren Kontaktabschnitten;
    • 5C zeigt eine Draufsicht der Ventilklappe mit dem Kontaktbereich als Freiform;
    • 5D zeigt die Klappenanordnung im gekoppelten Zustand, geschnitten durch die Ebene X1-Y1, wobei der zweite Koppelabschnitt den Vorsprung aufweist;
    • 6A - 6D zeigen Ansichten der Klappenanordnung, wobei der erste Koppelabschnitt den Vorsprung aufweist und der zweite Koppelabschnitt die Aussparung;
    • 7A - 7C zeigen die Ventilklappe mit einer konischen Kontaktfläche;
    • 8A zeigt eine Draufsicht der Ventilklappe und eines Kontaktbereichs gemäß dem Stand der Technik;
    • 8B, 8C zeigen Ausführungen des erfindungsgemäßen Kontaktbereichs;
    • 9A, 9B zeigen Schnittansichten einer Turbine mit der erfindungsgemäßen Klappenanordnung in zwei verschiedenen Positionen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Im Kontext dieser Anmeldung ist mit der Zapfenachse (Z) die Achse gemeint, welche sich in Längsrichtung des Zapfens 120 erstreckt, wie zum Beispiel in 2C dargestellt. Eine radiale Richtung und Umfangsrichtung ausgehend von der Zapfenachse (Z) beziehen sich jeweils auf die Zapfenachse (Z). Mit der Kontaktebene (X1-Y1) ist die Ebene gemeint, in welcher sich der Betätigungsarm 200 und die Ventilklappe 100 kontaktieren, wobei die Schließkraft über diese Kontaktebene (X1-Y1) übertragen wird. Die Kontaktebene (X1-Y1) wird durch die Kontaktebenenachsen (X1) und (Y1) aufgespannt, wobei die Achsen (X1) und (Y1) orthogonal zueinanderstehen. Die Zapfenachse (Z) steht orthogonal auf der Kontaktebene (X1-Y1). Es sei jedoch angemerkt, dass in Ausführungen die Kontaktebene (X1-Y1) auch unter einem Winkel zur Zapfenachse (Z) stehen kann. Mit der Drehachse (X2) der Spindel 240 ist die Achse gemeint, welche sich in Längsrichtung der Spindel 240 erstreckt, wie zum Beispiel in 2A dargestellt. Die Drehachse (X2) verläuft parallel zur Kontaktebenenachse (X1) und kann in der Kontaktebene (X1-Y1) liegen. Je nach Ausgestaltung des Betätigungsarms 200 kann die Drehachse (X2) jedoch auch oberhalb oder unterhalb der Kontaktebene (X1-Y1) liegen. Ein entkoppelter Zustand liegt vor, wenn der Betätigungsarm 200 nicht mit der Ventilklappe 100 verbunden ist, wie zum Beispiel in 2A gezeigt. Ein gekoppelter Zustand liegt vor, wenn der Betätigungsarm 200 mit der Ventilklappe 100 gekoppelt ist, wie zum Beispiel in 2B gezeigt. Eine erste Position der Klappenanordnung 10 bezieht sich auf einen Zustand, wobei die Ventilfläche 150 auf dem Ventilsitz 40 aufliegt und den Wastegate-Kanal 60 verschließt. Eine mindestens zweite Position der Klappenanordnung 10 bezieht sich auf einen Zustand, in dem die Ventilfläche 150 zumindest teilweise vom Ventilsitz 40 abgehoben ist, sodass der Wastegate-Kanal 60 zumindest teilweise geöffnet wird.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Aufladevorrichtung 1, welche eine erfindungsgemäße Turbine 20, einen Verdichter 50, einen Aktuator 70 und eine erfindungsgemäße Klappenanordnung 10 umfasst. Die Turbine 20 umfasst ein Turbinengehäuse 30, in dem ein Turbinenrad 21 angeordnet ist. Der Verdichter 50 umfasst ein Verdichtergehäuse 52, in dem ein Verdichterrad 51 angeordnet ist. Das Verdichterrad 51 ist mit dem Turbinenrad 21 über eine Welle 60 verbunden, wobei die Welle 60 eine Längsachse (X) aufweist und in einem Lagergehäuse angeordnet ist, das auf der Verdichterseite mit dem Verdichtergehäuse 52 gekoppelt ist und auf der Turbinenseite mit dem Turbinengehäuse 30 gekoppelt ist. Die Klappenanordnung 10 ist vorgesehen, um ein Wastegate (WG) der Turbine 20 bei Bedarf verschließen und öffnen zu können. Das Wastegate (WG) weist einen Wastegate-Kanal 60 auf, der eine oder mehrere Voluten 60 aufweisen kann. Die Klappenanordnung 10 kann dabei über einen Hebel und/oder eine Regelstange zum Aktuator 70 verbunden sein.
  • In den 2A und 2B ist eine erfindungsgemäße Klappenanordnung 10 für eine Aufladevorrichtung 1 in einer isometrischen, entkoppelten Ansicht und einer gekoppelten Seitenansicht dargestellt. Die Klappenanordnung 10 umfasst eine Ventilklappe 100 mit einem Ventilteller 110 und einem Zapfen 120, und einen Betätigungsarm 200. Der Betätigungsarm 200 ist mit der Ventilklappe 100 über einen Kontaktbereich 300 zur Übertragung einer Schließkraft gekoppelt. Dabei ist der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen 120 angeordnet. Der Kontaktbereich 300 liegt zwischen dem Betätigungsarm 200 und der Ventilklappe 100. Insbesondere ist der Kontaktbereich 300 ein Bereich zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100, über den vom Betätigungsarm 200 eine Schließkraft auf die Ventilklappe 100 übertragen werden kann. Die Schließkraft wird benötigt, um den Ventilteller 100 gegen einen Ventilsitz 40 im Turbinengehäuse 30 zu pressen, sodass der Wastegate-Kanal 60 des Wastegates (WG) bei Bedarf verschlossen wird. Die Schließkraft kann dabei durch den Aktuator 70 auf die Klappenanordnung 10 übertragen werden, insbesondere wodurch die Klappenanordnung 10 eine rotatorische Bewegung um eine Drehachse vollzieht.
  • Da der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen 120 angeordnet ist, kann eine Reduktion eines Hebelarms des Betätigungsarms 200 ermöglicht werden, was zu einer höheren Schließkraft der Klappenanordnung 10, insbesondere der Ventilklappe 100 auf dem Ventilsitz 40, bei einem gleichbleibenden Drehmoment führt. Dies kann erfolgen ohne die äußere Kinematik, wie zum Beispiel die Bereitstellung eines leistungsfähigeren Aktuators 70, zu ändern. Zudem wird in jeder Toleranzsituation eine optimierte zentrale Krafteinleitung auf die Ventilklappe 100 durch den Betätigungsarm 200 erzeugt. Durch die höhere Schließkraft und die zentrale Krafteinleitung wird das Schließverhalten der Klappenanordnung 10 verbessert, was wiederum zu einer reduzierten Leckage zwischen einem Ventilsitz 40 und der Klappenanordnung 10 im Turbinengehäuse 30 führt. Dies wiederum führt zu einer Effizienzsteigerung der Aufladevorrichtung 1. Da die äußere Kinematik nicht geändert werden muss, können Gewichtseinsparungen erzielt werden, wodurch Komponenten, wie zum Beispiel der Aktuator 70, kleiner dimensioniert werden können. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Bauraumreduzierung der Aufladevorrichtung 1. Durch die höhere Schließkraft der Klappenanordnung 10 werden durch eine Eingrenzung von Spiel Vibrationen reduziert, was wiederum zu einer Verschleißreduktion führt. Durch die Vibrationsreduktion wird ebenfalls eine Geräuschentwicklung reduziert.
  • In 2C ist die Ventilklappe 100 in einer isometrischen Ansicht dargestellt. Der Zapfen 120 weist eine Zapfenachse (Z) auf, die sich in Längsrichtung des Zapfens 120 erstreckt. Der Zapfen 120 erstreckt sich senkrecht vom Ventilteller 110 aus, wobei die Zapfenachse (Z) senkrecht auf der Ebene steht, die durch den Ventilteller 110 aufgespannt wird. Der Ventilteller 110 weist eine Ventilfläche 150 auf, die ausgelegt ist, um auf dem Ventilsitz 40 aufzuliegen. Die Zapfenachse (Z) steht insbesondere orthogonal auf der Ventilfläche 150. Der Zapfen 120 ist mittig, also im geometrischen Mittelpunkt des Ventiltellers 110 angeordnet. Alternativ kann der Zapfen 120 an einer beliebigen Position auf dem Ventilteller 110 oder im Schwerpunkt des Ventiltellers 110 angeordnet sein. Der Zapfen 120 ist integral mit dem Ventilteller 110 ausgebildet. Alternativ können Ventilteller 110 und Zapfen 120 separate Komponenten sein, die miteinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden werden. Beispielsweise kann der Zapfen 120 auf dem Ventilteller 110 verschraubt sein. Alternativ kann der Zapfen 120 mit einem Außengewinde versehen sein und der Ventilteller 110 mit einem Innengewinde, wobei der Zapfen 120 auf dem Ventilteller 110 aufgeschraubt werden kann. Alternativ kann der Zapfen 120 durch einen Bajonett-Verschluss oder eine Drehverbindung auf dem Ventilteller 110 befestigt sein. In Ausführungen kann der Zapfen 120 auf den Ventilteller 110 geklebt, geschweißt oder gelötet sein. Wenn der Zapfen 120 und der Ventilteller 110 separate Komponenten sind, können Zapfen 120 und Ventilteller 110 unterschiedliche Materialen bzw. andere Materialeigenschaften aufweisen. Zum Beispiel kann das Material des Zapfens 120 und/oder des Ventiltellers 110 verschleißbeständig sein.
  • Die Ventilklappe 100 umfasst einen ersten Koppelabschnitt 130 und der Betätigungsarm 200 umfasst einen zweiten Koppelabschnitt 210. Der erste Koppelabschnitt 130 und der zweite Koppelabschnitt 210 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft zwischen dem ersten Koppelabschnitt 130 und dem zweiten Koppelabschnitt 210 gebildet ist. Die Ausgestaltung des Kontaktbereichs 300 ergibt sich anhand der Ausgestaltung der Koppelabschnitte 130, 210. Die Koppelabschnitte 130, 210 liegen aufeinander und der Kontaktbereich 300 ist genau der Bereich, in welchem die Koppelabschnitte 130, 210 zur Übertragung der Schließkraft aufeinandertreffen, sich also kontaktieren. Dies kann der Kontakt zwischen den Koppelabschnitten 130, 210 in Richtung der Zapfenachse (Z) des Zapfens 120 sein.
  • Der erste Koppelabschnitt 130 und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 kann Ringsektor-förmig ausgestaltet sein. 2C zeigt eine Ausführung, in welcher der erste Koppelabschnitt 130 Ringsektor-förmig um den Zapfen 120 herum ausgebildet ist und sich entlang der Zapfenachse (Z) vom Ventilteller 110 in Richtung eines zum Ventilteller 110 entfernten Endes 140 erstreckt. Die 3A bis 3C zeigen Schnittansichten der Klappenanordnung 10.
  • Die 4A und 4B zeigen eine Ausgestaltung, in der der erste Koppelabschnitt 130 mehrere Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c umfasst und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 mehrere Koppelteilabschnitte 210a, 210b, 210c umfasst. Der erste Koppelabschnitt 130 und/oder der zweite Koppelabschnitt können jeweils mindestens zwei Koppelteilabschnitte umfassen. Die Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c und/oder 210a, 210b, 210c können voneinander getrennte einzelne Abschnitte des ersten Koppel ab schnitts 130 und/oder des zweiten Koppelabschnitts 210 sein. In Ausgestaltungen können der erste Koppelabschnitt 130 und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 jeweils genau drei Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c und/oder 210a, 210b, 210c umfassen, wie in den 4A und 4B dargestellt. Alternativ können der erste Koppel ab schnitt 130 und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 jeweils genau zwei, genau vier, genau fünf oder jeweils mehr als fünf Koppelteilabschnitte umfassen.
  • Wie zum Beispiel in 2A dargestellt, weist der Betätigungsarm 200 an einem ersten Ende 220 einen Durchgang 230 auf, durch welchen sich der Zapfen 120 hindurch erstreckt, wenn die Ventilklappe 100 und der Betätigungsarm 200 gekoppelt sind. Der zweite Koppelabschnitt 210 ist in Umfangsrichtung um den Durchgang 230 herum und von einer dem Ventilteller 110 zugewandten Seite des Betätigungsarms 200 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin angeordnet. Die Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c des ersten Koppelabschnitts 130 können in Umfangsrichtung um den Zapfen 120 jeweils voneinander getrennt angeordnet sein und sich ausgehend vom Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum entfernten Ende 140 hin erstrecken. Dabei können die Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c des ersten Koppelabschnitts 130 Ringsektor-förmig ausgestaltet sein. Die Koppelteilabschnitte 210a, 210b, 210c des zweiten Koppelabschnitts 210 können in Umfangsrichtung um den Durchgang 230 herum jeweils voneinander getrennt angeordnet sein und sich ausgehend vom einer im gekoppelten Zustand dem Ventilteller 110 zugewandten Seite des Betätigungsarms 200 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin erstrecken. Dabei können die Koppelteilabschnitte 210a, 210b, 210c des zweiten Koppelabschnitts 210 Ringsektor-förmig ausgestaltet sein. In anderen Worten bedeutet dies, dass der erste und der zweite Koppelabschnitt (130, 210) in Umfangsrichtung um den Zapfen 120 bzw. dem Durchgang 230 nicht durchgängig, insbesondere nicht einteilig, ausgestaltet sein müssen.
  • Wie in der 2A dargestellt, ist am zum Ventilteller 110 entfernten Ende 140 des Zapfens 120 eine Scheibe 400 angeordnet. Wird die Ventilklappe 100 mit dem Betätigungsarm 200 gekoppelt, so erstreckt sich der Zapfen 120 durch den Durchgang 230 hindurch und über eine dem Ventilteller 110 abgewandte Seite des Betätigungsarms 200 in Richtung der Zapfenachse (Z) hinaus. Insbesondere kann sich das entfernte Ende 140 über die dem Ventilteller 110 abgewandte Seite des Betätigungsarms 200 hinaus erstrecken. Im gekoppelten Zustand ist die Scheibe 400 auf dem entfernten Ende 140 des Zapfens 120 angeordnet, wodurch eine Entkopplung des Betätigungsarms 200 und des Ventiltellers 100 verhindert wird, insbesondere wodurch der Betätigungsarm 200 formschlüssig zwischen Scheibe 400 und Ventilklappe 100 gehalten wird. Die Scheibe 400 ist mit dem Zapfen 120, insbesondere am entfernten Ende 140, formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Zur Anordnung der Scheibe 400 kann am entfernten Ende 140 des Zapfens 120 ein Falz vorgesehen sein und/oder eine Nut, die sich in Umfangsrichtung um den Zapfen 120 herum um die Zapfenachse (Z) erstreckt. In einer Ausgestaltung kann die Scheibe 400 ein Sicherungsring sein. Im gekoppelten Zustand kann zwischen Betätigungsarm 200 und Zapfen 120 ausgehend von der Zapfenachse (Z) in radiale Richtung des Zapfens 120 ein Spiel vorgesehen sein. In anderen Worten kann der Zapfen 120, der sich durch den Durchgang 230 hindurch erstreckt, derart angeordnet sein, dass zwischen einer äußeren Umfangsmantelfläche des Zapfens 120 und einer inneren Umfangsfläche des Durchgangs 230 eine Distanz in radiale Richtung in Bezug auf die Zapfenachse (Z) vorgesehen ist. Zudem kann ein axiales Spiel in Richtung der Zapfenachse (Z) des Zapfens 120 zwischen der Scheibe 400 und dem Betätigungsarm 200 und/oder zwischen dem Betätigungsarm 200 und der Ventilklappe 100 vorgesehen sein. Das axiale Spiel kann zwischen dem ersten Koppelabschnitt 130 und dem zweiten Koppelabschnitt 210 auftreten, wenn die Ventilklappe 100 nicht auf dem Ventilsitz 40 aufliegt, der Betätigungsarm 200 also keine Schließkraft auf die Ventilklappe 100 überträgt. Dieses axiale und radiale Spiel ist vorgesehen, damit sich die Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200 bewegen kann, wodurch ein Verkippen der Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200 ermöglicht wird. Dadurch kann, falls notwendig, ein Winkelausgleich zwischen Ventilklappe 100 und dem Ventilsitz 40 beim Schließen erzielt werden, was zu einem verbesserten Leckage-Verhalten führt.
  • Die 2A und 3B zeigen Ausgestaltungen, in denen ein Federelement 500 um den Zapfen 120 herum zwischen Scheibe 400 und Betätigungsarm 200 und/oder zwischen Ventilklappe 100 und Betätigungsarm 200, insbesondere zwischen erstem Koppelabschnitt 130 und zweitem Koppelabschnitt 210, angeordnet ist. An einer der Scheibe 400 und/oder der Ventilklappe 100 zugewandten Seite des Betätigungsarms 200, kann eine scheibenförmige Vertiefung in Richtung der Zapfenachse (Z) um den Durchgang 230 herum vorgesehen sein, insbesondere eine Kapselung, die ausgelegt ist, um zumindest einen Teil des Federelements 500 aufzunehmen. Das Federelement 500 kann eine Vorspannung zwischen Scheibe 400 und Betätigungsarm 200 und/oder zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100 in Richtung der Zapfenachse (Z) erzeugen. Durch die Vorspannung in Richtung der Zapfenachse (Z) kann zudem eine Vorspannung in radiale Richtung ausgehend von der Zapfenachse (Z) aufgrund einer Reibkraft zwischen Federelement 500 und den jeweiligen Komponenten erzeugt werden. In Ausführungen kann das Federelement 500 als Tellerfeder, Spiralfeder oder Druckfeder ausgebildet sein. Durch das Federelement 500 kann ein Klappern, Aufschlagen oder Reiben zwischen Scheibe 400 und Betätigungsarm 200 und/oder zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100 reduziert werden. Dies verbessert die Verschleißeigenschaften. Dabei kann die Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200 verkippt werden, sodass auch der Winkelausgleich zwischen Ventilteller 110 und Ventilsitz 40 während des Schließens, z.B. aufgrund von thermischen Verformungen des Turbinengehäuses oder Verschleiß, erzielt werden kann. Dadurch wird ein Leckage-Verhalten verbessert.
  • Wie in der 5A gezeigt, ist der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen angeordnet. In Ausführungen kann der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel von θ < 300°, bevorzugt θ < 270° und besonders bevorzugt θ < 260° um den Zapfen 120 angeordnet sein. In einer Ausführung kann der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel von θ < 250°, insbesondere θ < 245° um den Zapfen 120 angeordnet sein.
  • Der Kontaktbereich 300 kann zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel von 180° < θ < 300°, bevorzugt 200° < θ < 270° und besonders bevorzugt 220° < θ < 260° um den Zapfen 120 angeordnet sein. In einer Ausführung kann der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel von 230° < θ < 250° um den Zapfen 120 angeordnet sein. In einer anderen Ausführung kann der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel von 235° < θ < 245° um den Zapfen 120 angeordnet sein.
  • Wie zum Beispiel in der 2A gezeigt, umfasst der Betätigungsarm 200 eine Spindel 240 zum Lagern des Betätigungsarms 200, wobei die Spindel 240 eine Drehachse (X2) aufweist. Die Drehachse (X2) erstreckt sich in Längsrichtung der Spindel 240.
  • In 2C ist die Ventilklappe 100 dargestellt, wobei sich der Zapfen 120 ausgehend vom Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z) erstreckt. Der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft liegt in einer Kontaktebene (X1-Y1). Die Kontaktebene (X1-Y1) liegt orthogonal zur Zapfenachse (Z), insbesondere parallel zur Ventiltellerfläche 150, die sich auf einer dem Zapfen 120 gegenüberliegenden Seite des Ventiltellers 110 befindet. Die Kontaktebene (X1-Y1) wird dabei durch eine Kontaktebenenachse (X1) parallel zur Drehachse (X2), senkrecht zur Zapfenachse (Z), und einer Kontaktebenenachse (Y1), die senkrecht zu den Achsen (X1) und (Z) steht, aufgespannt. Die Definition des Koordinatensystems bezieht sich auf einen Zustand der Klappenanordnung 10, in dem die Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200 nicht verkippt ist. Wie in den 2B und 2C zu sehen ist, liegt die Kontaktebene (X1-Y1) zwischen dem ersten Koppelabschnitt 130 und dem zweiten Koppelabschnitt 210. Ein Abstand DZ-X2 zwischen der Zapfenachse (Z) und der Drehachse (X2), gemessen parallel zur Kontaktebene (X1-Y1), kann weniger als 25 mm betragen. In einer Ausführung kann der Abstand DZ-X2 weniger als 23 mm, bevorzugt weniger als 21 mm betragen. Die Kontaktebene (X1-Y1) kann genau zwischen dem ersten Koppelabschnitt 130 und dem zweiten Koppelabschnitt 210 vorgesehen sein, also im Bereich in dem sich die beiden Koppelabschnitte 130, 210 kontaktieren. In Ausführungen kann die Kontaktebene (X1-Y1), anstatt orthogonal, unter einem anderen Winkel zur Zapfenachse (Z) und/oder zur Ventilfläche 150 stehen. Dies bedeutet, dass der erste Koppelabschnitt 130 und der zweite Koppelabschnitt 210 derart ausgebildet sind, dass sie sich „schräg“ kontaktieren, also nicht nur in Richtung der Zapfenachse (Z), und der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft somit auch „schräg“ ausgebildet ist. Dies kann für bestimmte Ausgestaltungen der Klappenanordnung 10 den Vorteil herbeiführen, dass nicht nur eine Schließkraftkomponente in Richtung der Zapfenachse (Z) beim Schließen auf dem Ventilsitz 40 vorgesehen ist, sondern auch Kraftkomponenten in Richtung der Kontaktebenenachse (X1) und/oder der Kontaktebenenachse (Y1) vorgesehen sind, was zu einem verbesserten Schließverhalten führen kann.
  • Wie in der 5A dargestellt, ist der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft ausgehend von einer Umfangsposition (A) des Kontaktbereichs 300, die von der Zapfenachse (Z) aus in radialer Richtung zur Drehachse (X2) am Nächsten liegt, zu beiden Seiten des Zapfens (120) in Umfangsrichtung, insbesondere achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1) in der Kontaktebene (X1-Y1), angeordnet. Die Umfangsposition (A) liegt in der Kontaktebene (X1-Y1). Der Kontaktbereich 300 erstreckt sich, ausgehend von der Umfangsposition (A), zu beiden Seiten um den Zapfen 120, achsensymmetrisch zur Achse (Y1) bis zu einem Umfangswinkel 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130°. In einer Ausführung kann sich der Kontaktbereich 300 ausgehend von der Umfangsposition (A), zu beiden Seiten um den Zapfen 120, achsensymmetrisch zur Achse (Y1) bis zu einem Umfangswinkel von 115° < θ/2 < 125°, bevorzugt bis zu einem Umfangswinkel von 117,5° < θ/2 < 122,5° erstrecken.
  • In der Ausgestaltung in 5B umfasst der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft drei voneinander getrennte Kontaktabschnitte 300a, 300b, 300c, insbesondere wobei sich der erste Kontaktabschnitt 300a ausgehend von der Umfangsposition (A) in einem Bereich von θ1 < 20° zu beiden Seiten um den Zapfen 120 herum und achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1) erstreckt, und insbesondere wobei in Bezug auf die Umfangsposition (A) die zweiten und dritten Kontaktabschnitte 300b, 300c in einem Bereich von 60° < θ2,3 < 150°, bevorzugt 80° < θ2,3 < 130°, zu beiden Seiten um den Zapfen 120 herum, achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1), angeordnet sind. Diese voneinander getrennten Kontaktabschnitte 300a, 300b, 300c können sich beispielsweise ergeben, wenn der erste Koppelabschnitt 130 mehrere Koppelteilabschnitte 130a, 130b, 130c umfasst und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 mehrere Koppelteilabschnitte 210a, 210b, 210c umfasst, wobei der jeweils andere erste Koppelabschnitt 130 und/oder zweite Koppelabschnitt 210 derart ausgestaltet ist, dass sich im Kontaktbereich 300 zwischen erstem Koppelabschnitt 130 und zweitem Koppelabschnitt 210 die voneinander getrennten Kontaktabschnitte ergeben. Alternativ können sich die drei voneinander getrennten Kontaktabschnitte 300a, 300b, 300c auch ergeben, wenn der erste Koppelabschnitt 130 oder der zweite Koppelabschnitt 210 einen durchgängigen Koppelabschnitt aufweist und der jeweils andere erste Koppelabschnitt 130 oder zweite Koppelabschnitt 210 drei Koppelteilabschnitte aufweisen. In anderen Ausführungen kann der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft zwei voneinander getrennte Kontaktabschnitte umfassen. Diese Kontaktabschnitte können sich beispielsweise ergeben, wenn der erste Koppelabschnitt 130 oder der zweite Koppelabschnitt 210 genau einen durchgängigen Koppelabschnitt umfasst, und der jeweils erste Koppelabschnitt 130 oder zweite Koppelabschnitt 210 zwei voneinander getrennte Koppelteilabschnitte umfasst. Alternativ können sich zwei voneinander getrennte Kontaktabschnitte ergeben, wenn der erste Koppelabschnitt 130 und der zweite Koppelabschnitt 210 jeweils zwei Koppelteilabschnitte aufweisen, die um den Zapfen an einer ungefähr gleichen Umfangsposition vorgesehen sind. In wieder anderen Ausführungen kann der Kontaktbereich 300 vier, fünf oder mehr voneinander getrennte Kontaktabschnitte umfassen. Die Kontaktabschnitte ergeben sich dann wiederum anhand der jeweiligen Ausgestaltung und Anordnung des ersten Koppelabschnitts 130 und des zweiten Koppelabschnitts 210. Die Koppelabschnitte 130, 210 können derart ausgestaltet sein, dass der Kontaktbereich 300 mehrere Kontaktabschnitte aufweist, die in unterschiedlichen Kontaktebenen liegen, welche jedoch jeweils parallel zur Kontaktebene (X1-Y1) sind.
  • Wie in 2C dargestellt, erstreckt sich der erste Koppelabschnitt 130 zumindest teilweise um den Zapfen 120 herum und ausgehend vom Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z). Der zweite Koppelabschnitt 210 erstreckt sich zumindest teilweise um den Durchgang 230 herum und ausgehend vom Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin. Der erste Koppelabschnitt 130 kann dabei über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen 120 angeordnet sein oder der zweite Koppelabschnitt 210 kann über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang 230 herum angeordnet sein, wie zum Beispiel in 6D dargestellt. Der erste Koppelabschnitt 130 ist integral mit dem Ventilteller 110 und/oder dem Zapfen 120 ausgebildet. Alternativ können der erste Koppelabschnitt 130 und der Ventilteller 110 und/oder Zapfen 120 separate Bauteile sein und stoffschlüssig (z.B. durch Schweißen, Löten, Kleben, ...), formschlüssig oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann der erste Koppelabschnitt 130 auch auf dem Ventilteller 110 aufgeschraubt werden. Die einzelnen Bauteile können dann unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen, wobei zum Beispiel das Material des ersten Koppelabschnitts 130 verschleißbeständiger sein kann als das Material des Ventiltellers 110 und/oder des Zapfens 120. Dadurch können Materialkosten reduziert werden. Wenn der ersten Koppelabschnitt 130 den Zapfen 120 zumindest teilweise umgibt kann dies auch bedeuten, dass der erste Koppelabschnitt 130 den Zapfen 120 vollständig umgibt. Der erste Koppelabschnitt 130 kann durch ein MiM Verfahren (metal injection molding) oder Feingussverfahren am Ventilteller 110 und/oder Zapfen 120 aufgebracht werden. Der zweite Koppelabschnitt 210 kann integral mit dem Betätigungsarm 200 ausgebildet sein. Alternativ können der zweite Koppelabschnitt 210 und der Betätigungsarm 200 separate Bauteile sein und stoffschlüssig (z.B. durch Schweißen, Löten, Kleben, ...), formschlüssig oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann der zweite Koppelabschnitt 210 auf dem Betätigungsarm 200 aufgeschraubt werden. Die einzelnen Bauteile können dann unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen, wobei zum Beispiel das Material des zweiten Koppelabschnitts 210 verschleißbeständiger sein kann als das Material des Betätigungsarms 200. Dadurch können Materialkosten reduziert werden. Der zweite Koppelabschnitt 210 kann durch ein MiM Verfahren (metal injection molding) oder Feingussverfahren am Betätigungsarm 200 aufgebracht werden.
  • In Ausgestaltungen und wie zum Beispiel in den 2A bis 3C zu sehen, ist der erste Koppelabschnitt 130 über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen 120 angeordnet, wodurch eine Aussparung 610 gebildet wird. Der zweite Koppelabschnitt 210 weist einen Vorsprung 710 auf, der sich vom zweiten Koppelabschnitt 210 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin erstreckt, insbesondere wobei der Vorsprung 710 ausgelegt ist, zumindest teilweise in die Aussparung 610 einzugreifen, wenn die Ventilklappe 100 mit dem Betätigungsarm 200 gekoppelt ist. Der Vorsprung 710 bildet dabei zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung 610 begrenzenden Seitenwänden 131a, 131b des ersten Koppelabschnitts 130 eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100. Der Vorsprung 710 und/oder die Aussparung 610 können Ringsektor-förmig ausgestaltet sein. 5D zeigt eine Schnittsicht der Klappenanordnung, geschnitten in der Kontaktebene (X1-Y1), wobei der Vorsprung 710 zwischen den angrenzenden Seitenwänden 131a, 131b in der Aussparung 610 dargestellt ist. Wie in den 2B oder 3A dargestellt, ist in Richtung der Zapfenachse (Z) zwischen Vorsprung 710 und Ventilteller 110 ein Spalt (d1) vorgesehen. In anderen Worten kontaktiert der Vorsprung 710 für die oben beschriebene Ausführung den Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z) nicht. Durch den Spalt (d1) wird verhindert, dass bei einem Verkippen der Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200, zum Beispiel bei einem Winkelausgleich beim Aufsetzen der Ventilklappe 100 auf dem Ventilsitz 40, ein zusätzlicher Berührpunkt/Kontaktbereich zwischen Ventilklappe 100 und Betätigungsarm 200 auftritt. Damit dieser Winkelausgleich und gleichzeitig eine Verkürzung des Hebelarms möglich ist, muss der Spalt (d1) vorgesehen sein. In radialer Richtung ist, ausgehend von der Zapfenachse (Z), zwischen dem Zapfen 120 und dem Durchgang 230 des Betätigungsarms 200 ein Spiel vorgesehen, damit ein relatives Verkippen möglich ist. Wäre in radialer Richtung kein Spiel vorgesehen, so könnte ein Winkelausgleich nicht erfolgen. Anhand der Aussparung 610 im ersten Koppelabschnitt 130 und dem Vorsprung 710 im zweiten Koppelabschnitt 210 wird die Verdrehsicherung zwischen Ventilklappe 100 und Betätigungsarm 200 bereitgestellt. Dadurch dass die Verdrehsicherung in die Klappenanordnung 10 integriert ist, können weitere Komponenten einer separaten Verdrehsicherung eingespart werden, was wiederum zu einer kompakteren Ventilklappe 100 führt. Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Klappenanordnung 10 der Bauraum verkleinert, Gewicht und Kosten, sowie ein Montageaufwand reduziert und die Schließkraft durch einen verkürzten Hebelarm gleichzeitig erhöht werden.
  • In Ausgestaltungen und wie in den 6A bis 6D gezeigt, ist der zweite Koppelabschnitt 210 über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang 230 herum angeordnet, wodurch eine Aussparung 620 gebildet wird. Der erste Koppelabschnitt 130 kann einen Vorsprung 720 aufweisen, der sich vom ersten Koppelabschnitt 130 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin um den Zapfen 120 herum erstreckt. Insbesondere ist der Vorsprung 720 ausgelegt, zumindest teilweise in die Aussparung 620 einzugreifen, wenn die Ventilklappe 100 mit dem Betätigungsarm 200 gekoppelt ist. Der Vorsprung 720 bildet zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung 620 begrenzenden Seitenwänden 211a, 211b des zweiten Koppelabschnitts 210 eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100. In 6C ist eine Schnittansicht der Klappenanordnung 10, geschnitten in der Kontaktebene (X1-Y1), dargestellt, wobei der Vorsprung 720 zwischen den Seitenwänden 211a, 211b dargestellt ist. Der Vorsprung 720 und/oder die Aussparung 620 können Ringsektor-förmig ausgestaltet sein. Wie in der 6A dargestellt, ist in Richtung der Zapfenachse (Z) zwischen Vorsprung 720 und Betätigungsarm 200 ein Spalt (d2) vorgesehen. In anderen Worten kontaktiert der Vorsprung 720 für die oben beschriebene Ausführung den Betätigungsarm 200 in Richtung der Zapfenachse (Z) nicht. Durch den Spalt (d2) wird verhindert, dass bei einem Verkippen der Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200, zum Beispiel bei einem Winkelausgleich beim Aufsetzen der Ventilklappe 100 auf dem Ventilsitz 40, ein zusätzlicher Berührpunkt/Kontaktbereich zwischen Ventilklappe 100 und Betätigungsarm 200 auftritt. Damit dieser Winkelausgleich möglich ist, muss der Spalt (d2) vorgesehen sein. In radialer Richtung, ausgehend von der Zapfenachse (Z), ist zwischen dem Zapfen 120 und dem Durchgang 230 des Betätigungsarms ein Spiel vorgesehen, damit ein relatives Verkippen möglich ist. Wäre in radialer Richtung kein Spiel vorgesehen, so könnte ein Winkelausgleich nicht erfolgen. Anhand der Aussparung 620 im zweiten Koppelabschnitt 210 und dem Vorsprung 720 im ersten Koppelabschnitt 130 kann die Verdrehsicherung zwischen Ventilklappe 100 und Betätigungsarm 200 bereitgestellt werden. Dadurch dass die Verdrehsicherung in die Klappenanordnung 10 integriert ist, können weitere Komponenten einer separaten Verdrehsicherung eingespart werden, was wiederum zu einer kompakteren Ventilklappe 100 führt. Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Klappenanordnung 10 der Bauraum verkleinert, Gewicht und Kosten, sowie ein Montageaufwand reduziert und die Schließkraft durch einen verkürzten Hebelarm gleichzeitig erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die Verdrehsicherung zwischen Koppelteilabschnitten des ersten Koppelabschnitts 130 und/oder des zweiten Koppelabschnitts 210 bereitgestellt werden. Der erste Koppelabschnitt 130 kann drei Koppelteilabschnitte aufweisen. Zwei der drei Koppelteilabschnitte können sich, ausgehend von der Umfangsposition (A) zu beiden Seiten um den Zapfen 120, achsensymmetrisch zur Ebene (Y1-Z) bis zu einem Bereich von 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° ausgehend vom Ventilteller 110 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin erstrecken. Zwischen den beiden Koppelteilabschnitten des ersten Koppelabschnitts 130 kann sich ausgehend vom Ventilteller 110 ein dritter Koppelteilabschnitt befinden, der sich in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin weniger weit erstreckt als die beiden anderen Koppelteilabschnitte, sodass der erste Koppelabschnitt 130 in Richtung der Zapfenachse (Z) stufenförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann die Stufenform nahe der Umfangsposition (A) vorgesehen sein. In anderen Worten kann der erste Koppelabschnitt 130 in Richtung der Zapfenachse (Z) eine Vertiefung aufweisen, wodurch die Vertiefung zwischen zwei Koppelteilabschnitten des ersten Koppelabschnitts 130 liegt. Der zweite Koppelabschnitt 210 kann einen Koppelteilabschnitt aufweisen, der sich über den zweiten Koppelabschnitt 210 hinaus, ausgehend vom Betätigungsarm 200 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin erstreckt und ausgebildet ist, in die Stufenform des ersten Koppelabschnitts 130 einzugreifen, sodass der Koppelteilabschnitt des zweiten Koppelabschnitts 210 zusammen mit zwei in Umfangsrichtung begrenzenden Seitenwänden der Stufenform des ersten Koppelabschnitts 130 eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100 bildet. In anderen Worten kann der zweite Koppelabschnitt einen Vorsprung nahe der Umfangsposition (A) aufweisen, der ausgelegt ist, in die Vertiefung zwischen die beiden Koppelteilabschnitte des ersten Koppelabschnitts 130 einzugreifen. Dabei kann der Koppelteilabschnitt (oder der Vorsprung) des zweiten Koppelabschnitts 210 in Richtung der Zapfenachse (Z) den dritten Koppelteilabschnitt (oder die Vertiefung) des ersten Koppelabschnitts 130 kontaktieren, sodass der Kontaktbereich 300 in der Kontaktebene (X1-Y1) und einer Ebene parallel zur Kontaktebene (X1-Y1) gebildet wird. Im Bereich um dem Zapfen 120, in dem zumindest einer des ersten oder zweiten Koppelabschnitts 130, 210 nicht vorgesehen ist und zumindest eine Aussparung 610, 620 gebildet ist, kann dabei auch der Hebelarm verkürzt werden. Gleichzeitig kann die Verdrehsicherung direkt in die Koppelabschnitte 130, 210 integriert werden.
  • In einer anderen Ausgestaltung kann der zweite Koppelabschnitt 210 drei Koppelteilabschnitte aufweisen. Zwei der drei Koppelteilabschnitte können sich, ausgehend von der Umfangsposition (A) zu beiden Seiten um den Durchgang 230, achsensymmetrisch zur Ebene (Y1-Z) bis zu einem Bereich von 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° ausgehend vom Betätigungsarm 230 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin erstrecken. Zwischen den beiden Koppelteilabschnitten des zweiten Koppelabschnitts 210 kann sich ausgehend vom Betätigungsarm 200 ein dritter Koppelteilabschnitt befinden, der sich in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin weniger weit erstreckt als die beiden anderen Koppelteilabschnitte, sodass der zweite Koppelabschnitt 210 in Richtung der Zapfenachse (Z) stufenförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann die Stufenform nahe der Umfangsposition (A) vorgesehen sein. In anderen Worten kann der zweite Koppelabschnitt 210 in Richtung der Zapfenachse (Z) eine Vertiefung aufweisen, wodurch die Vertiefung zwischen zwei Koppelteilabschnitten des zweiten Koppelabschnitts 210 liegt. Der erste Koppelabschnitt 130 kann einen Koppelteilabschnitt aufweisen, der sich über den ersten Koppelabschnitt 130 hinaus, ausgehend vom Ventilteller 100 in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin erstreckt und ausgebildet ist, in die Stufenform des zweiten Koppelabschnitts 210 einzugreifen, sodass der Koppelteilabschnitt des ersten Koppelabschnitts 130 zusammen mit zwei in Umfangsrichtung begrenzenden Seitenwänden der Stufenform des zweiten Koppelabschnitts 210 eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100 bildet. In anderen Worten kann der erste Koppelabschnitt 130 einen Vorsprung nahe der Umfangsposition (A) aufweisen, der ausgelegt ist, in die Vertiefung zwischen die beiden Koppelteilabschnitte des zweiten Koppelabschnitts 210 einzugreifen. Dabei kann der Koppelteilabschnitt (oder der Vorsprung) des ersten Koppelabschnitts 130 in Richtung der Zapfenachse (Z) den dritten Koppelteilabschnitt (oder die Vertiefung) des zweiten Koppelabschnitts 210 kontaktieren, sodass der Kontaktbereich 300 in der Kontaktebene (X1-Y1) und einer Ebene parallel zur Kontaktebene (X1-Y1) gebildet wird. Im Bereich um dem Zapfen 120, in dem zumindest einer des ersten oder zweiten Koppelabschnitts 130, 210 nicht vorgesehen ist und zumindest eine Aussparung 610, 620 gebildet ist, kann dabei auch der Hebelarm verkürzt werden. Gleichzeitig kann die Verdrehsicherung direkt in die Koppelabschnitte 130, 210 integriert werden.
  • In einer anderen Ausführung kann die Verdrehsicherung in die Scheibe 400 integriert sein. Die Scheibe 400 kann mit dem Zapfen fest verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig. Die Scheibe 400 kann einen Vorsprung aufweisen, der sich ausgehend von einer dem Betätigungsarm 200 zugewandten Seite in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin erstreckt. Der Vorsprung der Scheibe 400 kann ausgelegt sein, in eine Aussparung im Betätigungsarm 200 auf einer der Scheibe 400 zugewandten Seite des Betätigungsarms 200 einzugreifen. Dabei kann der Vorsprung der Scheibe 400 zusammen mit zwei in Umfangsrichtung begrenzenden Seitenwänden der Aussparung im Betätigungsarm 200 eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm 200 und Ventilklappe 100 bilden.
  • Wie in den 5A oder 5B dargestellt, ist der Kontaktbereich 300 Ringsektor-förmig um den Zapfen 120 angeordnet. Die Ringsektor-Form kann dabei so ausgelegt werden, dass ein Außenumfangsradius (Ra) des Kontaktbereichs 300 nicht konstant bleiben muss. Der Kontaktbereich 300 umfasst ausgehend von der Zapfenachse (Z) in radialer Richtung einen Innenumfangsradius (Ri) und den Außenumfangsradius (Ra), insbesondere wobei der Innenumfangsradius (Ri) und der Außenumfangsradius (Ra) konstant sind und die Ringsektor-Form des Kontaktbereichs (300) begrenzen. Alternativ kann der Innenumfangsradius (Ri) konstant sein und der Außenumfangsradius (Ra) variieren, wie zum Beispiel in 5C dargestellt. Wie in 5C zu sehen ist, umfasst der Kontaktbereich 300 eine Kontaktbereichslänge (L) in Richtung der Kontaktebenenachse (X1) und umfasst eine Kontaktbereichsbreite (B) in Richtung der Kontaktebenenachse (Y1). Der Kontaktbereich 300 ist als Freiform um den Zapfen 120 angeordnet, welche sich ausgehend von der Umfangsposition (A) zumindest teilweise um den Zapfen 120 auf beiden des Zapfens 120 erstreckt. Die Freiform kann achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1) um den Zapfen 120 angeordnet sein. Die Freiform kann sich ausgehend von der Umfangsposition (A) bis zu einem Bereich von 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° beidseitig um den Zapfen herum erstrecken. In einer Ausgestaltung kann die Kontaktbereichslänge (L) größer sein, als die Kontaktbereichsbreite (B). Da sich der Kontaktbereich 300 in Richtung der Kontaktebenenachse X1 (θ/2 = 90°) weiter erstreckt, als in Richtung der Kontaktebenenachseachse Y1 (θ/2 = 0°), kann die Schließkraft zentraler über den Voluten 60 vom Betätigungsarm 200 auf die Ventilklappe 100 übertragen werden. Dies führt zu einem verbesserten Verhalten bezüglich einer Pulsationsanregung der Ventilklappe 100 beim Öffnen und Schließen der Voluten 60 des Wastegate-Kanals.
  • Wie in den 7A bis 7C dargestellt, weist der erste Koppelabschnitt 130 und/oder der zweite Koppelabschnitt 210 eine konische Kontaktfläche 800 in Richtung der Zapfenachse (Z) auf, die radial nach außen ausgehend vom Zapfen 120 abfällt. Für den Fall, dass der erste Koppelabschnitt 130 die konische Fläche 800 aufweist, so kann diese in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller 110 hin abfallen. Für den Fall, dass der zweite Koppelabschnitt 210 die konische Fläche 800 aufweist, so kann diese in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm 200 hin abfallen. Der jeweils andere erste Koppelabschnitt 130 oder zweite Koppelabschnitt 210 kann eine flache Kontaktfläche aufweisen, wobei der Kontaktbereich 300 zwischen der konischen Kontaktfläche 800 und der flachen Kontaktfläche gebildet wird. In Ausgestaltungen kann der Kontaktbereich 300 auch zwischen erstem Koppelabschnitt 130 und zweitem Koppelabschnitt 210 gebildet werden, wenn beide Koppelabschnitte 130, 210 eine konische Kontaktfläche 800 aufweisen. Durch die konische Kontaktfläche 800 wird eine bessere Krafteinleitung auf die Ventilklappe 100 erzielt, wenn diese durch den Betätigungsarm 200 auf den Ventilsitz 40 gepresst wird. Der Kontaktbereich 300 wird hier durch einen Linienkontakt zwischen ersten Koppelabschnitt 130 und zweiten Koppelabschnitt 210 gebildet. Dadurch kann der Hebelarm des Betätigungsarms 200 weiter verkürzt werden, was wiederum die Schließkraft der Klappenanordnung 10 erhöht und dadurch das Leckage-Verhalten verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass durch die konische Form der Lagerpunkt, bzw. der Bereich, in dem die zweite Koppelstelle 210 die Schließkraft auf die erste Koppelstelle 130 überträgt, weiter in Richtung der Achse (X2), entlang der Kontaktebenenachse (Y1) zur Spindel 240 hinwandert. Der Konus ist dabei so ausgelegt, dass selbst beim größtmöglichen Verkippen der Ventilklappe 100 relativ zum Betätigungsarm 200, der Ventilteller 110 nicht am Betätigungsarm 200 anschlagen kann. Dadurch wird ebenfalls die zentrale Krafteinleitung sichergestellt und verbessert. Die konische Fläche 800 weist einen Neigungswinkel (α) auf, wobei der Neigungswinkel (α) zwischen 1° und 6°, bevorzugt zwischen 2° und 5°, und besonders bevorzugt zwischen 3,2° und 3,7° liegen kann. In einer Ausführung kann der Neigungswinkel (α) ungefähr 3,5° betragen. In einer anderen Ausführung und wie in 7C dargestellt, umfasst die konische Fläche eine erste konische Fläche 810 und eine zweite konische Fläche 820. Die zweite konische Fläche 820 grenzt außen an die erste konische Fläche 810 an, wobei, die erste konische Fläche 810 zwischen einem Zapfendurchmesser D3 und einem Durchmesser D1, gemessen parallel zur Ventilfläche 150 bezüglich der Zapfenachse (Z), verläuft. Die zweite konische Fläche 820 verläuft dabei zwischen dem Durchmesser D1 und einem Durchmesser D2, gemessen parallel zur Ventilfläche 150 bezüglich der Zapfenachse (Z). Die erste konische Fläche 810 weist einen ersten Neigungswinkel (α1) auf, und die zweite konische Fläche 820 weist einen zweiten Neigungswinkel (α2) auf. Der erste Neigungswinkel (α1) kann zwischen 1° und 5°, bevorzugt zwischen 2° und 4°, und besonders bevorzugt zwischen 2,2° und 2,8° liegen. In einer Ausführung kann der erste Neigungswinkel (α1) ungefähr 2,5° betragen. Der zweite Neigungswinkel (α2) kann größer sein als der erste Neigungswinkel (α1), insbesondere wobei der zweite Neigungswinkel (α2) 0,5° bis 1,5°, bevorzugt ungefähr 1° größer sein kann als der erste Neigungswinkel (α1). Alternativ können der erste Koppelabschnitt 130 und der zweite Koppelabschnitt 210 flach (oder plan) ausgebildet sein, sodass ein Flächenkontakt im Kontaktbereich 300 gebildet wird.
  • In 8A ist die Ventilklappe 100 zu sehen, wobei Voluten 60 des Wastegates (WG) schemenhaft eingezeichnet sind und wie im bisherigen Stand der Technik der Kontaktbereich 300 den Zapfen 120 vollständig umgibt, wodurch der Hebelarm zur Ventilklappe 100 nicht verkürzt wird. Für den Fall, dass beide Kontaktflächen flach (oder plan) sind und der Kontaktbereich 300 um den Zapfen 120 ausgebildet ist, kann der Außenumfangsradius (Ra) des Kontaktbereichs 300 ausgehend von der Zapfenachse (Z) in radiale Richtung Ra < 15 mm, bevorzugt Ra < 12 mm und besonders bevorzugt Ra < 11 mm betragen. Dabei können Krafteinleitungspunkte 80 auf die Ventilklappe 100 einen Abstand (k1) entlang der Kontaktebenenachse (Y1) haben, der dem Radius (Ra) entsprechen kann. In 8C umgibt der Kontaktbereich 300 zur Übertragung der Schließkraft den Zapfen 120 gemäß der vorliegenden Erfindung über einen Umfangswinkel θ < 360° und ist Ringsektor-förmig ausgebildet. Dabei ist der erste Koppelabschnitt 130 im Kontaktbereich 300 konisch ausgebildet, sodass der Außenumfangsradius (Ra) des Kontaktbereichs 300 Ra < 10 mm, bevorzugt Ra < 8 mm, besonders bevorzugt Ra < 7 mm betragen kann. Die Krafteinleitungspunkte 80 in der 8C haben einen Abstand k3 < k1, wobei vor allem der „linke“ Krafteinleitungspunkt 80 aus der 8A aufgrund des Kontaktbereichs 300 der vorliegenden Erfindung entlang der Kontaktebenenachse (Y1) nach „rechts“ weiter zur Spindel 240 wandert. Dadurch kann der Hebelarm des Betätigungsarms 200 weiter verkürzt werden, was wiederum die Schließkraft der Klappenanordnung 10 erhöht und dadurch das Leckage-Verhalten verbessert. In 8B ist eine Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Krafteinleitungspunkte 80 einen Abstand k2 aufweisen und der Kontaktbereich 300 eine Freiform aufweist. Dabei kann wie weiter oben beschrieben die Länge (L) des Kontaktbereichs 300 größer sein als die Breite (B) des Kontaktbereichs 300 (vgl. mit 5C), wodurch ein Verhalten bei Pulsationsanregungen verbessert wird, da die Krafteinleitungspunkte 80 sich weiter entlang der Kontaktebenenachse (X1) erstrecken und somit zentraler über den Voluten 60 des Wastegates (WG) liegen.
  • Die 1, 9A und 9B zeigen eine erfindungsgemäße Turbine 20, die ein Turbinengehäuse 30 und eine erfindungsgemäße Klappenanordnung 10 nach irgendeiner der oben beschriebenen Ausgestaltungen oder Ausführungen umfasst. Die Klappenanordnung 10 wird durch die Spindel 240 im Turbinengehäuse 30 gelagert. Die Turbine 20 umfasst des Weiteren einen Ventilsitz 40 im Turbinengehäuse 30, wobei die Klappenanordnung 10 zwischen einer ersten Position, in welcher der Ventilteller 110 auf dem Ventilsitz 40 aufliegt, um einen Wastegate-Kanal 60 (bzw. eine oder mehrere Voluten 60 eines Wastegate-Kanals) zu verschließen, und mindestens einer zweiten Position, in der der Ventilteller 110 von dem Ventilsitz 40 abgehoben ist, um zumindest einen Teil des Wastegate-Kanals 60 freizugeben, schwenkbar ist. In der ersten Position wird die Ventilfläche 150 des Ventiltellers 110 auf den Ventilsitz 40 gedrückt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
    1. 1. Klappenanordnung (10) für eine Aufladevorrichtung, umfassend:
      • eine Ventilklappe (100) mit einem Ventilteller (110) und einem Zapfen (120); und
      • einen Betätigungsarm (200), wobei der Betätigungsarm (200) mit der Ventilklappe (100) über einen Kontaktbereich (300) zur Übertragung einer Schließkraft gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangwinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist.
    2. 2. Klappenanordnung nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (100) einen ersten Koppelabschnitt (130) umfasst und der Betätigungsarm (200) einen zweiten Koppelabschnitt (210) umfasst, wobei der erste Koppelabschnitt (130) und der zweite Koppelabschnitt (210) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft zwischen dem ersten Koppelabschnitt (130) und dem zweiten Koppelabschnitt (210) gebildet ist.
    3. 3. Klappenanordnung nach Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) und/oder der zweite Koppelabschnitt (210) Ringsektor-förmig ausgestaltet ist.
    4. 4. Klappenanordnung nach Ausführungsform 2 oder Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) mehrere Koppelteilabschnitte (130a, 130b, 130c) und/oder der zweite Koppelabschnitt (210) mehrere Koppelteilabschnitte (210a, 210b, 210c) umfasst.
    5. 5. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsarm (200) an einem ersten Ende (220) einen Durchgang (230) aufweist, durch welchen sich der Zapfen (120) hindurch erstreckt, wenn die Ventilklappe (100) und der Betätigungsarm (200) gekoppelt sind.
    6. 6. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zum Ventilteller (110) entfernten Ende (140) des Zapfens (120) eine Scheibe (400) angeordnet ist.
    7. 7. Klappenanordnung nach Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (500) um den Zapfen (120) herum zwischen Scheibe (400) und Betätigungsarm (200) und/oder zwischen Ventilteller (110) und Betätigungsarm (200), insbesondere zwischen erstem Koppelabschnitt (130) und zweitem Koppelabschnitt (210), angeordnet ist.
    8. 8. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 300°, bevorzugt θ < 270° und besonders bevorzugt θ < 260° um den Zapfen (120) angeordnet ist.
    9. 9. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel 180° < θ < 300°, bevorzugt 200° < θ < 270° und besonders bevorzugt 220° < θ < 260° um den Zapfen (120) angeordnet ist.
    10. 10. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsarm (200) eine Spindel (240) zum Lagern des Betätigungsarms (200) umfasst, wobei die Spindel (240) eine Drehachse (X2) aufweist.
    11. 11. Klappenanordnung nach Ausführungsform 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft in einer Kontaktebene (X1-Y1) liegt, die senkrecht zu einer Zapfenachse (Z) des Zapfens und parallel zu einer Ventiltellerfläche verläuft, wobei die Kontaktebene (X1-Y1) durch eine Kontaktebenenachse (X1) parallel zur Drehachse (X2) und einer Kontaktebenenachse (Y1), senkrecht zu den Achsen (X1) und (Z), aufgespannt wird.
    12. 12. Klappenanordnung nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft ausgehend von einer Umfangsposition (A) des Kontaktbereichs (300), die von der Zapfenachse (Z) aus in radialer Richtung zur Drehachse (X2) am nächsten liegt, zu beiden Seiten des Zapfens (120) in Umfangsrichtung, insbesondere achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1), angeordnet ist.
    13. 13. Klappenanordnung nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kontaktbereich (300), ausgehend von der Umfangsposition (A), zu beiden Seiten um den Zapfen (120) bis zu einem Umfangswinkel 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° erstreckt.
    14. 14. Klappenanordnung nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft drei voneinander getrennte Kontaktabschnitte (300a, 300b, 300c) umfasst, insbesondere wobei sich der erste Kontaktabschnitt (300a) ausgehend von der Umfangsposition (A) in einem Bereich von θ1 < 20° zu beiden Seiten um den Zapfen (120) herum und achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1) erstreckt, und insbesondere wobei in Bezug auf die Umfangsposition (A) die zweiten und dritten Kontaktabschnitte (300b, 300c) in einem Bereich von 60° < θ2,3 < 150°, bevorzugt 80° < θ2,3 < 130°, zu beiden Seiten um den Zapfen (120) herum, achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1), angeordnet sind.
    15. 15. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 14, wenn abhängig von Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Koppelabschnitt (130) zumindest teilweise um den Zapfen (120) herum und ausgehend vom Ventilteller (110) in Richtung der Zapfenachse (Z) erstreckt, und dass sich der zweite Koppelabschnitt (210) zumindest teilweise um den Durchgang (230) des Betätigungsarms (200) herum in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller (110) hin erstreckt, wobei der erste Koppelabschnitt (130) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist oder wobei der zweite Koppelabschnitt (210) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang (230) herum angeordnet ist.
    16. 16. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 15, wenn abhängig von Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist wodurch eine Aussparung (610) gebildet wird und der zweite Koppelabschnitt (210) einen Vorsprung (710) aufweist, der sich vom zweiten Koppelabschnitt (210) in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller (110) hin erstreckt, insbesondere wobei der Vorsprung (710) ausgelegt ist, zumindest teilweise in die Aussparung (610) einzugreifen, wenn die Ventilklappe (100) mit dem Betätigungsarm (200) gekoppelt ist, so dass der Vorsprung (710) zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung (610) begrenzenden Seitenwänden (131a, 131b) des ersten Koppelabschnitts (130) eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm (200) und Ventilklappe (100) bildet.
    17. 17. Klappenanordnung nach Ausführungsform 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Zapfenachse (Z) zwischen Vorsprung (710) und Ventilteller (110) ein Spalt (d1) vorgesehen ist.
    18. 18. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 15, wenn abhängig von Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Koppelabschnitt (210) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang (230) herum angeordnet ist wodurch eine Aussparung (620) gebildet wird und der erste Koppelabschnitt (130) einen Vorsprung (720) aufweist, der sich vom ersten Koppelabschnitt (130) in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm (200) hin um den Zapfen (120) herum erstreckt, insbesondere wobei der Vorsprung (720) ausgelegt ist, zumindest teilweise in die Aussparung (620) einzugreifen, wenn die Ventilklappe (100) mit dem Betätigungsarm (200) gekoppelt ist, so dass der Vorsprung (720) zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung (620) begrenzenden Seitenwänden (211a, 211b) des zweiten Koppelabschnitts (210) eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm (200) und Ventilklappe (100) bildet.
    19. 19. Klappenanordnung nach Ausführungsform 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Zapfenachse (Z) zwischen Vorsprung (720) und Betätigungsarm (200) ein Spalt (d2) vorgesehen ist.
    20. 20. Klappenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) Ringsektor-förmig um den Zapfen (120) angeordnet ist.
    21. 21. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) ausgehend von der Zapfenachse (Z) in radialer Richtung einen Innenumfangsradius (Ri) und einen Außenumfangsradius (Ra) umfasst, insbesondere wobei der Innenumfangsradius (Ri) und der Außenumfangsradius (Ra) konstant sind und die Ringsektor-Form des Kontaktbereichs (300) begrenzen.
    22. 22. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) eine Kontaktbereichslänge (L) in Richtung der Kontaktebenenachse (X1) umfasst und eine Kontaktbereichsbreite (B) in Richtung der Kontaktebenenachse (Y1) umfasst, insbesondere wobei der Kontaktbereich (300) als Freiform um den Zapfen (120) angeordnet ist.
    23. 23. Klappenanordnung nach Ausführungsform 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereichslänge (L) größer ist als die Kontaktbereichsbreite (B).
    24. 24. Klappenanordnung nach irgendeiner der Ausführungsformen 11 bis 23, wenn abhängig von Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) oder der zweite Koppelabschnitt (210) eine konische Kontaktfläche in Richtung Zapfenachse (Z) aufweist, die radial nach außen ausgehend vom Zapfen (120) abfällt, und wobei der jeweils andere erste Koppelabschnitt (130) oder zweite Koppelabschnitt (210) eine flache Kontaktfläche aufweist, wobei der Kontaktbereich (300) zwischen der konischen Kontaktfläche und der flachen Kontaktfläche gebildet ist.
    25. 25. Klappenanordnung nach Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Fläche einen Neigungswinkel (α) aufweist, wobei der Neigungswinkel (α) zwischen 1° und 6°, bevorzugt zwischen 2° und 5° liegt, besonders bevorzugt ungefähr 3,5° ist.
    26. 26. Klappenanordnung nach Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Fläche eine erste konische Fläche und eine zweite konische Fläche umfasst, wobei die zweite konische Fläche außen an die erste konische Fläche angrenzt, wobei die erste konische Fläche einen ersten Neigungswinkel (α1) aufweist, und wobei die zweite konische Fläche einen zweiten Neigungswinkel (α2) aufweist.
    27. 27. Klappenanordnung nach Ausführungsform 26, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Neigungswinkel (α1) zwischen 1° und 5°, bevorzugt zwischen 2° und 4° liegt, besonders bevorzugt ungefähr 2,5° ist.
    28. 28. Klappenanordnung nach Ausführungsform 26 oder Ausführungsform 27, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Neigungswinkel (α2) größer ist als der erste Neigungswinkel (α1), insbesondere wobei der zweite Neigungswinkel (α2) 0,5° bis 1,5°, bevorzugt ungefähr 1° größer ist als der erste Neigungswinkel (α1).
    29. 29. Turbine (20) für eine Aufladevorrichtung, umfassend:
      • ein Turbinengehäuse (30);
      • eine Klappenanordnung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen 1 bis 28, wobei die Klappenanordnung (10) durch die Spindel (240) im Turbinengehäuse (30) gelagert ist; und
      • einen Ventilsitz (40) im Turbinengehäuse, wobei die Klappenanordnung (10) zwischen einer ersten Position, in welcher der Ventilteller (110) auf dem Ventilsitz (40) aufliegt,
      • um einen Wastegate-Kanal zu verschließen, und mindestens einer zweiten Position, in der der Ventilteller (110) von dem Ventilsitz (40) abgehoben ist, um zumindest einen Teil des Wastegate-Kanals freizugeben, schwenkbar ist.
    30. 30. Aufladevorrichtung (1), umfassend:
      • einen Verdichter; und
      • eine Turbine (20) nach Ausführungsform 29.

Claims (15)

  1. Klappenanordnung (10) für eine Aufladevorrichtung, umfassend: eine Ventilklappe (100) mit einem Ventilteller (110) und einem Zapfen (120); und einen Betätigungsarm (200), wobei der Betätigungsarm (200) mit der Ventilklappe (100) über einen Kontaktbereich (300) zur Übertragung einer Schließkraft gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangwinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist.
  2. Klappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (100) einen ersten Koppelabschnitt (130) umfasst und der Betätigungsarm (200) einen zweiten Koppelabschnitt (210) umfasst, wobei der erste Koppelabschnitt (130) und der zweite Koppelabschnitt (210) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft zwischen dem ersten Koppelabschnitt (130) und dem zweiten Koppelabschnitt (210) gebildet ist.
  3. Klappenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) und/oder der zweite Koppelabschnitt (210) Ringsektor-förmig ausgestaltet ist.
  4. Klappenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) mehrere Koppelteilabschnitte (130a, 130b, 130c) und/oder der zweite Koppelabschnitt (210) mehrere Koppelteilabschnitte (210a, 210b, 210c) umfasst.
  5. Klappenanordnung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsarm (200) an einem ersten Ende (220) einen Durchgang (230) aufweist, durch welchen sich der Zapfen (120) hindurch erstreckt, wenn die Ventilklappe (100) und der Betätigungsarm (200) gekoppelt sind.
  6. Klappenanordnung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft über einen Umfangswinkel θ < 300°, bevorzugt θ < 270° und besonders bevorzugt θ < 260° um den Zapfen (120) angeordnet ist.
  7. Klappenanordnung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsarm (200) eine Spindel (240) zum Lagern des Betätigungsarms (200) umfasst, wobei die Spindel (240) eine Drehachse (X2) aufweist, und dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft in einer Kontaktebene (X1-Y1) liegt, die senkrecht zu einer Zapfenachse (Z) des Zapfens und parallel zu einer Ventiltellerfläche verläuft, wobei die Kontaktebene (X1-Y1) durch eine Kontaktebenenachse (X1) parallel zur Drehachse (X2) und einer Kontaktebenenachse (Y1), senkrecht zu den Achsen (X1) und (Z), aufgespannt wird, und dass der Kontaktbereich (300) zur Übertragung der Schließkraft ausgehend von einer Umfangsposition (A) des Kontaktbereichs (300), die von der Zapfenachse (Z) aus in radialer Richtung zur Drehachse (X2) am nächsten liegt, zu beiden Seiten des Zapfens (120) in Umfangsrichtung, insbesondere achsensymmetrisch zur Kontaktebenenachse (Y1), angeordnet ist.
  8. Klappenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kontaktbereich (300), ausgehend von der Umfangsposition (A), zu beiden Seiten um den Zapfen (120) bis zu einem Umfangswinkel 90° < θ/2 < 150°, bevorzugt 100° < θ/2 < 150° und besonders bevorzugt 110° < θ/2 < 130° erstreckt.
  9. Klappenanordnung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Koppelabschnitt (130) zumindest teilweise um den Zapfen (120) herum und ausgehend vom Ventilteller (110) in Richtung der Zapfenachse (Z) erstreckt, und dass sich der zweite Koppelabschnitt (210) zumindest teilweise um den Durchgang (230) des Betätigungsarms (200) herum in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller (110) hin erstreckt, wobei der erste Koppelabschnitt (130) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist oder wobei der zweite Koppelabschnitt (210) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang (230) herum angeordnet ist.
  10. Klappenanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Zapfen (120) angeordnet ist wodurch eine Aussparung (610) gebildet wird und der zweite Koppelabschnitt (210) einen Vorsprung (710) aufweist, der sich vom zweiten Koppelabschnitt (210) in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Ventilteller (110) hin erstreckt, insbesondere wobei der Vorsprung (710) ausgelegt ist, zumindest teilweise in die Aussparung (610) einzugreifen, wenn die Ventilklappe (100) mit dem Betätigungsarm (200) gekoppelt ist, so dass der Vorsprung (710) zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung (610) begrenzenden Seitenwänden (131a, 131b) des ersten Koppelabschnitts (130) eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm (200) und Ventilklappe (100) bildet.
  11. Klappenanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Koppelabschnitt (210) über einen Umfangswinkel θ < 360° um den Durchgang (230) herum angeordnet ist wodurch eine Aussparung (620) gebildet wird und der erste Koppelabschnitt (130) einen Vorsprung (720) aufweist, der sich vom ersten Koppelabschnitt (130) in Richtung der Zapfenachse (Z) zum Betätigungsarm (200) hin um den Zapfen (120) herum erstreckt, insbesondere wobei der Vorsprung (720) ausgelegt ist, zumindest teilweise in die Aussparung (620) einzugreifen, wenn die Ventilklappe (100) mit dem Betätigungsarm (200) gekoppelt ist, so dass der Vorsprung (720) zusammen mit zwei in Umfangsrichtung die Aussparung (620) begrenzenden Seitenwänden (211a, 211b) des zweiten Koppelabschnitts (210) eine Verdrehsicherung zwischen Betätigungsarm (200) und Ventilklappe (100) bildet.
  12. Klappenanordnung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (300) Ringsektor-förmig um den Zapfen (120) angeordnet ist.
  13. Klappenanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppelabschnitt (130) oder der zweite Koppelabschnitt (210) eine konische Kontaktfläche in Richtung Zapfenachse (Z) aufweist, die radial nach außen ausgehend vom Zapfen (120) abfällt, und wobei der jeweils andere erste Koppelabschnitt (130) oder zweite Koppelabschnitt (210) eine flache Kontaktfläche aufweist, wobei der Kontaktbereich (300) zwischen der konischen Kontaktfläche und der flachen Kontaktfläche gebildet ist, und optional wobei die konische Fläche eine erste konische Fläche und eine zweite konische Fläche umfasst, wobei die zweite konische Fläche außen an die erste konische Fläche angrenzt, wobei die erste konische Fläche einen ersten Neigungswinkel (α1) aufweist, und wobei die zweite konische Fläche einen zweiten Neigungswinkel (α2) aufweist.
  14. Turbine (20) für eine Aufladevorrichtung, umfassend: ein Turbinengehäuse (30); eine Klappenanordnung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Klappenanordnung (10) durch die Spindel (240) im Turbinengehäuse (30) gelagert ist; und einen Ventilsitz (40) im Turbinengehäuse, wobei die Klappenanordnung (10) zwischen einer ersten Position, in welcher der Ventilteller (110) auf dem Ventilsitz (40) aufliegt, um einen Wastegate-Kanal zu verschließen, und mindestens einer zweiten Position, in der der Ventilteller (110) von dem Ventilsitz (40) abgehoben ist, um zumindest einen Teil des Wastegate-Kanals freizugeben, schwenkbar ist.
  15. Aufladevorrichtung (1), umfassend: einen Verdichter; und eine Turbine (20) nach Anspruch 14.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017202137A1 (de) 2017-02-10 2018-08-16 Continental Automotive Gmbh Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals in einem Turbinengehäuse eines Turboladers sowie Turbolader

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