DE102021106313A1 - Exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser - Google Patents

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Marc-Pierre Weiß
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat, wobei der Abgasturbolader (1) einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (7) und einen an den Abgasführungsabschnitt (7) axial angrenzenden Lagerabschnitt (2) zur drehbaren Lagerung eines Laufzeugs (4) des Abgasturboladers (1), umfassend eine Rotationsachse (5), aufweist, und wobei der verstellbare Leitapparat (12) zumindest teilweise im Abgasführungsabschnitt (7) aufgenommen ist, und wobei ein Trägerring (13) des verstellbaren Leitapparates (12) zur bewegbaren Lagerung von Leitschaufeln (11) ausgebildet ist, wobei der Trägerring (13) in einer zwischen dem Abgasführungsabschnitt (7) und dem Lagerabschnitt (2) ausgebildeten Kammer (26) zumindest teilweise aufgenommen ist, und wobei der Trägerring (13) sich an seiner Innenfläche (22) am Lagerabschnitt (2) und sich im Bereich seiner Außenfläche (23) mit Hilfe einer von der Kammer (26) abgewandt ausgebildeten ersten Trägerringfläche (15) am Abgasführungsabschnitt (7) abstützend ausgebildet ist.Erfindungsgemäß ist zur axialen Positionssicherung ein Federelement (29) den Trägerring (13) zwischen dem Lagerabschnitt (2) und dem Abgasführungsabschnitt (7) an der Außenfläche (23) angreifend verspannend ausgebildet.The invention relates to an exhaust-gas turbocharger with an adjustable diffuser, the exhaust-gas turbocharger (1) having an exhaust-gas routing section (7) through which a flow can flow and a bearing section (2) axially adjoining the exhaust-gas routing section (7) for the rotatable mounting of a rotor (4) of the exhaust-gas turbocharger (1), comprising an axis of rotation (5), and wherein the adjustable guide device (12) is at least partially accommodated in the exhaust gas routing section (7), and wherein a carrier ring (13) of the adjustable guide device (12) is designed for the movable mounting of guide vanes (11). , wherein the carrier ring (13) is at least partially accommodated in a chamber (26) formed between the exhaust gas guide section (7) and the bearing section (2), and the carrier ring (13) is located on its inner surface (22) on the bearing section (2) and in the area of its outer surface (23) by means of a chamber (26) facing away from the first support ring surface (15) on the exhaust gas guide abs Section (7) is designed to support. According to the invention, a spring element (29) is designed to brace the carrier ring (13) between the bearing section (2) and the exhaust gas guide section (7) on the outer surface (23) to secure the axial position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser according to the preamble of patent claim 1.

Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat sind bekannt. Der verstellbare Leitapparat umfasst verstellbare Leitschaufeln, die einen Strömungsquerschnitt eines in einem Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Strömungskanals mit Hilfe unterschiedlicher Positionen verändern können. Die Leitschaufeln sind zwischen einem Turbinenrad des Abgasturboladers, welches in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar aufgenommen ist, und einer Spiralkammer des Abgasführungsabschnitts, welcher stromauf des Strömungskanals liegt, angeordnet.Exhaust gas turbochargers with an adjustable diffuser are known. The adjustable guide apparatus includes adjustable guide vanes, which can change a flow cross section of a flow channel formed in an exhaust gas guide section with the aid of different positions. The guide vanes are arranged between a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger, which is rotatably accommodated in a wheel chamber of the exhaust gas guide section, and a spiral chamber of the exhaust gas guide section, which is located upstream of the flow channel.

Die Leitschaufeln sind an einem Trägerring verdrehbar angeordnet, wobei der Trägerring in einer Kammer aufgenommen ist, die zwischen dem Abgasführungsabschnitt und einem Lagerabschnitt, welcher an den Abgasführungsabschnitt zur Lagerung einer das Turbinenrad aufnehmenden Welle, angrenzend angeordnet ist, liegt. Die Kammer ist vom Abgasführungsabschnitt und dem Lagerabschnitt gebildet.The guide vanes are rotatably arranged on a support ring, the support ring being accommodated in a chamber which lies between the exhaust gas guide section and a bearing section which is arranged adjacent to the exhaust gas guide section for supporting a shaft accommodating the turbine wheel. The chamber is formed by the exhaust gas guide section and the bearing section.

Der Trägerring ist sich an seiner der Radkammer zugewandt ausgebildeten Innenfläche auf dem Lagerabschnitt abstützend und in seinem seine Außenfläche aufweisenden Außenbereich sich am Abgasführungsabschnitt abstützend ausgebildet. Zur gesicherten Positionierung wird der Trägerring üblicherweise mit Hilfe eines Federelementes in axialer Richtung gegen den Abgasführungsabschnitt gedrückt.The carrier ring is designed to be supported on the bearing section on its inner surface, which is designed to face the wheel chamber, and is designed to be supported on the exhaust gas guide section in its outer region, which has its outer surface. For secure positioning, the carrier ring is usually pressed in the axial direction against the exhaust gas routing section with the aid of a spring element.

Aus der WO 2016/095940 A1 ist ein Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat bekannt, wobei der Trägerring mit Hilfe eines Federelementes gegen den Abgasführungsabschnitt gedrückt wird. Das Federelement ist zwischen dem Lagerabschnitt und dem Trägerring angeordnet, wobei es an einer dem Lagerabschnitt zugewandt ausgebildeten Trägerwandfläche krafteinleitend angeordnet ist. Das Federelement ist eine Kraft in axialer Richtung ausübend, somit das Trägerelement gegen den Abgasführungsabschnitt drückend, angeordnet. Der Trägerring ist in radialer Richtung im Bereich des Federelementes an den Abgasführungsabschnitt mit Hilfe eines Hitzeschildes verklemmt, derart, dass eine Wärmeausdehnung des Trägerringes zum Verklemmen der Leitschaufeln führen kann.From the WO 2016/095940 A1 an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser is known, the support ring being pressed against the exhaust gas routing section with the aid of a spring element. The spring element is arranged between the bearing section and the carrier ring, wherein it is arranged in a force-introducing manner on a carrier wall surface designed to face the bearing section. The spring element is arranged to exert a force in the axial direction, thus pressing the carrier element against the exhaust gas routing section. The carrier ring is clamped in the radial direction in the region of the spring element to the exhaust gas routing section with the aid of a heat shield, such that thermal expansion of the carrier ring can lead to the guide vanes becoming jammed.

Der Offenlegungsschrift DE 10 2008 005 404 A1 kann ein Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat entnommen werden, wobei ein Federelement sich mit Hilfe seines Außenumfangs am Lagerabschnitt des Abgasturboladers abstützt und mit seinem dem Trägerring zugewandten Ende diesen im Bereich einer Lagerung von Leitschaufelwellen der Leitschaufeln in Richtung des Abgasführungsabschnitts drückt. Zur Vermeidung eines Verkippens des Trägerringes ist ein weiteres Federelement vorgesehen, welches zur weiteren Abstützung des Trägerringes vorgesehen ist und auf der dem Federelement gegenüberliegenden Seite der Leitschaufelwelle angeordnet ist.The disclosure document DE 10 2008 005 404 A1 an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser can be removed, with a spring element being supported with the help of its outer circumference on the bearing section of the exhaust gas turbocharger and with its end facing the carrier ring pressing this in the area of a bearing of guide vane shafts of the guide vanes in the direction of the exhaust gas routing section. To prevent the carrier ring from tilting, a further spring element is provided, which is provided for further support of the carrier ring and is arranged on the side of the vane shaft opposite the spring element.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen kostengünstigen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat bereitzustellen, welcher eine hohe Betriebssicherheit besitzt.The object of the present invention is to provide a cost-effective exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser which has a high level of operational reliability.

Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser having the features of patent claim 1. Advantageous configurations with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat umfasst einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt und einen an den Abgasführungsabschnitt axial angrenzenden Lagerabschnitt zur drehbaren Lagerung eines Laufzeugs des Abgasturboladers, wobei das Laufzeug eine Rotationsachse aufweist. Der verstellbare Leitapparat ist zumindest teilweise im Abgasführungsabschnitt aufgenommen. Ein Trägerring des verstellbaren Leitapparates ist zur bewegbaren Lagerung von einen stromauf eines Turbinenrades des Laufzeugs ausgebildeten Strömungsquerschnitt verändernden Leitschaufeln ausgebildet ist. Der Strömungsquerschnitt ist zwischen einer das Turbinenrad aufnehmenden Radkammer und einem Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts im Abgasführungsabschnitt ausgebildet. Der Trägerring ist in einer zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Lagerabschnitt ausgebildeten Kammer zumindest teilweise aufgenommen, wobei der Trägerring sich an seiner Innenfläche am Lagerabschnitt und sich im Bereich seiner Außenfläche mit Hilfe einer von der Kammer abgewandt ausgebildeten ersten Trägerringfläche am Abgasführungsabschnitt abstützend ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist zur axialen Positionssicherung ein Federelement den Trägerring zwischen dem Lagerabschnitt und dem Abgasführungsabschnitt an der Außenfläche angreifend verspannend ausgebildet. Der Vorteil des an der Außenfläche angreifenden Federelementes ist darin zu sehen, dass eine Verkippung des Trägerrings gesichert vermieden wird, da das Federelement ein Kippmoment aufgrund seines im äußersten Bereich des Trägerringes, nämlich an der Außenfläche, vermeidbar angeordnet ist. Mit anderen Worten wird der Trägerring so von dem Federelement gegen den Abgasführungsabschnitt gedrückt, dass, da es an der Außenfläche angreift, kein Hebelarm zur Erzeugung des Kippmomentes ausgebildet ist. Des Weiteren, da das Federelement an der Außenfläche angreift, ist es möglich einen in radialer Richtung ausgebildeten Bewegungsspalt zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Trägerring zu realisieren, welcher eine mögliche ungehinderte Wärmeausdehnung des Trägerrings zulässt und somit gesichert ein Verklemmen der Leitschaufeln vermieden wird. Das heißt mit anderen Worten, dass ein betriebssicherer Abgasturbolader realisiert ist.An exhaust gas turbocharger according to the invention with an adjustable diffuser comprises an exhaust gas routing section through which flow can take place and a bearing section axially adjacent to the exhaust gas routing section for the rotatable mounting of a rotor of the exhaust gas turbocharger, the rotor having an axis of rotation. The adjustable guide vane is at least partially accommodated in the exhaust gas guide section. A support ring of the adjustable diffuser is designed for the movable mounting of guide vanes that change the flow cross section and are configured upstream of a turbine wheel of the rotor. The flow cross section is formed between a wheel chamber accommodating the turbine wheel and a spiral channel of the exhaust gas routing section in the exhaust gas routing section. The carrier ring is at least partially accommodated in a chamber formed between the exhaust gas routing section and the bearing section, the carrier ring being designed to support itself on its inner surface on the bearing section and in the area of its outer surface with the aid of a first carrier ring surface designed to face away from the chamber on the exhaust gas routing section. According to the invention, a spring element is designed to clamp the carrier ring between the bearing section and the exhaust gas guide section, acting on the outer surface, to secure the axial position. The advantage of the spring element acting on the outer surface can be seen in the fact that tilting of the carrier ring is reliably avoided, since the spring element is arranged in an avoidable manner due to its tilting moment in the outermost region of the carrier ring, namely on the outer surface. In other words, the support ring is pressed by the spring element against the exhaust gas guide section that, since it engages the outer surface, no lever arm is designed to generate the tilting moment. Furthermore, since the spring element acts on the outer surface, it is possible to realize a movement gap formed in the radial direction between the exhaust gas routing section and the carrier ring, which allows possible unhindered thermal expansion of the carrier ring and thus reliably prevents the guide vanes from jamming. In other words, this means that an operationally reliable exhaust gas turbocharger is implemented.

Das Federelement ist bezogen auf die Rotationsachse geneigt zwischen dem Trägerring und dem Lagerabschnitt angeordnet, so dass neben seiner axialen Kraftkomponente auch eine in radialer Richtung wirkende Kraftkomponente zur gesicherten Positionierung des Trägerringes erzielbar ist.The spring element is arranged inclined relative to the axis of rotation between the carrier ring and the bearing section, so that in addition to its axial force component, a force component acting in the radial direction can also be achieved for secure positioning of the carrier ring.

Zur gesicherten Aufnahme des Federelementes weist der Trägerring an seinem dem Federelement zugewandt ausgebildeten Außenflächenbereich eine Stufe auf. Mit Hilfe der Stufe kann sich das Federelement in axialer und radialer Richtung am Trägerring abstützen.In order to securely accommodate the spring element, the support ring has a step on its outer surface area designed to face the spring element. With the help of the step, the spring element can be supported in the axial and radial directions on the carrier ring.

Sofern das Federelement an seinem Außenumfang einen ersten Halteabschnitt aufweist, kann es einfach gesichert zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Lagerabschnitt mit Hilfe des ersten Halteabschnitts verklemmt aufgenommen werden.If the spring element has a first holding section on its outer circumference, it can easily be clamped and held between the exhaust gas routing section and the bearing section with the aid of the first holding section.

Eine alternative gesicherte Aufnahme des Federelementes, insbesondere sofern dieses keine ersten Halteabschnitt aufweist, kann mit Hilfe einer weiteren Stufe, welche der Lagerabschnitt aufweist, herbeigeführt werden.An alternative, secure accommodation of the spring element, in particular if it does not have a first holding section, can be brought about with the aid of a further step, which the bearing section has.

Des Federelement kann vorteilhaft zur Vermeidung einer Rotation um die Rotationsachse ausgebildet sein, wobei es eine Haltenase aufweist, welche sich bevorzugt in radialer Richtung des bevorzugt kreisförmigen Federelementes erstreckt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Federelement an seiner Elementinnenfläche sich die in Richtung des Trägerrings erstreckende Haltenase auf.The spring element can advantageously be designed to prevent rotation about the axis of rotation, it having a retaining lug which preferably extends in the radial direction of the preferably circular spring element. In an advantageous embodiment, the spring element has the retaining lug extending in the direction of the carrier ring on its element inner surface.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Haltenase sich in Richtung des Trägerrings erstreckend vom Abgasführungsabschnitt abgewandt gekrümmt ausgebildet, wodurch eine Zentrierwirkung des Federelementes herbeigeführt wird. Die somit nach „hinten“ gebogenen Haltenase, welche dem Lagerabschnitt zugewandt gekrümmt ist, bringt den Trägerring und Lagerring in eine Achse. Das heißt mit anderen Worten, dass diese beiden Bauteile nach einer Montage koaxial angeordnet sind. Die beiden Bauteile zusammen sind somit relativ zur Rotationsachse zentriert.In a further advantageous embodiment, the retaining lug is curved, extending in the direction of the carrier ring and facing away from the exhaust gas guide section, as a result of which a centering effect of the spring element is brought about. The retaining lug, which is bent backwards and faces the bearing section, brings the carrier ring and bearing ring into one axis. In other words, this means that these two components are arranged coaxially after assembly. The two components together are thus centered relative to the axis of rotation.

Zur weiteren gesicherten Positionierung ist der Trägerring sich an seiner Innenfläche an einem Hitzeschild abstützend ausgebildet ist, wobei der Hitzeschild am Lagerabschnitt radial gesichert aufgenommen ist.For further secure positioning, the carrier ring is designed to be supported on its inner surface on a heat shield, with the heat shield being accommodated in a radially secured manner on the bearing section.

Kostengünstig ist das Federelement in einem Tiefziehverfahren hergestellt.The spring element is produced inexpensively in a deep-drawing process.

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. Es zeigen:

  • 1 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit einem verstellbaren Leitapparat in einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Detailansicht II den Abgasturbolader gem. 1,
  • 3 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit dem verstellbaren Leitapparat in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 4 in einer Draufsicht ein Federelement des Abgasturboladers gem. 3,
  • 5 ein Querschnittsprofil des Federelementes gem. 4,
  • 6 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit dem verstellbaren Leitapparat in einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 7 in einer Draufsicht das Federelement des Abgasturboladers gem. 6, und
  • 8 ein Querschnittsprofil das Federelement gem. 7.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention. Identical reference symbols are assigned to elements that are the same or have the same function. Show it:
  • 1 in a longitudinal section a section of an exhaust gas turbocharger according to the invention with an adjustable guide vane in a first exemplary embodiment,
  • 2 a detailed view II according to the exhaust gas turbocharger. 1 ,
  • 3 in a longitudinal section, a section of the exhaust gas turbocharger according to the invention with the adjustable diffuser in a second exemplary embodiment,
  • 4 in a plan view a spring element of the exhaust gas turbocharger acc. 3 ,
  • 5 a cross-sectional profile of the spring element acc. 4 ,
  • 6 in a longitudinal section, a section of the exhaust gas turbocharger according to the invention with the adjustable diffuser in a third exemplary embodiment,
  • 7 in a plan view the spring element of the exhaust gas turbocharger acc. 6 , and
  • 8th a cross-sectional profile according to the spring element. 7 .

Ein gemäß 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeter erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 besitzt einen Lagerabschnitt 2, in dem eine Welle 3 eines Laufzeugs 4 des Abgasturboladers 1 um eine Rotationsachse 5 drehbar gelagert ist. Das Laufzeug 4 umfasst neben der Welle 3 ein mit der Welle 3 drehfest verbundenes Turbinenrad 6, das in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 7 des Abgasturboladers 1 in einer Radkammer 8 drehbar aufgenommen ist, und ein mit der Welle 3 drehfest verbundenes nicht näher dargestelltes Verdichterrad, das in einem nicht näher dargestellte Luftführungsabschnitt des Abgasturboladers 1 in einer dort ausgebildeten Radkammer drehbar aufgenommen ist. Über die Welle 3 treibt das mit einem gasförmigen Medium, üblicherweise Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, beaufschlagte Turbinenrad 6 das Verdichterrad an, so dass dieses ein gasförmiges Medium, üblicherweise Frischluft, ansaugen und verdichten kann.A according 1 The exhaust gas turbocharger 1 according to the invention designed in a first exemplary embodiment has a bearing section 2 in which a shaft 3 of a rotor 4 of the exhaust gas turbocharger 1 is mounted so that it can rotate about an axis of rotation 5 . In addition to the shaft 3 , the rotor 4 includes a turbine which is connected to the shaft 3 in a rotationally fixed manner wheel 6, which is rotatably accommodated in an exhaust gas guide section 7 of the exhaust gas turbocharger 1 in a wheel chamber 8 through which a flow can take place, and a compressor wheel (not shown) which is non-rotatably connected to the shaft 3 and which is rotatably accommodated in an air guide section (not shown) of the exhaust gas turbocharger 1 in a wheel chamber formed there is. The turbine wheel 6, which is acted upon by a gaseous medium, usually exhaust gas from an internal combustion engine, drives the compressor wheel via the shaft 3, so that it can suck in and compress a gaseous medium, usually fresh air.

Stromauf des Turbinenrades 6 sind in einem Strömungskanal 9, welcher zwischen einem im Abgasführungsabschnitt 7 ausgebildeten Spiralkanal 10 und der Radkammer 8 ausgebildet ist, Leitschaufeln 11 eines verstellbaren Leitapparates 12 des Abgasturboladers 1 angeordnet. Der verstellbare Leitapparat 12 ist zur Änderung eines Strömungsquerschnitts S des Strömungskanals 9 ausgebildet.Upstream of the turbine wheel 6 , guide vanes 11 of an adjustable guide apparatus 12 of the exhaust gas turbocharger 1 are arranged in a flow channel 9 which is formed between a spiral channel 10 formed in the exhaust gas guide section 7 and the wheel chamber 8 . The adjustable diffuser 12 is designed to change a flow cross section S of the flow channel 9 .

Der verstellbare Leitapparat 12 umfasst einen Trägerring 13 zur drehbaren Lagerung der Leitschaufeln 11. Jeder Leitschaufel 11 ist eine Schaufelwelle 14 zugeordnet, die drehbar im Trägerring 13 aufgenommen ist. Den Leitschaufeln 11 zugewandt weist der Trägerring 13 eine erste Trägerringfläche 15 auf.The adjustable diffuser 12 includes a carrier ring 13 for the rotatable mounting of the guide vanes 11. Each guide vane 11 is assigned a vane shaft 14, which is rotatably accommodated in the carrier ring 13. The carrier ring 13 has a first carrier ring surface 15 facing the guide vanes 11 .

Jeder Schaufelwelle 14 ist ein Verstellhebel 16 zugeordnet, welcher an einem Wellenende der Schaufelwelle 14, das sich über eine von der ersten Trägerringfläche 15 abgewandt ausgebildeten zweiten Trägerringfläche 17 hinaus erstreckt, angeordnet ist. Der Verstellhebel 16 ist mit einem Drehring 18 wirkverbunden, so dass eine Rotation des Drehringes 18 um die Rotationsachse 5 eine Änderung einer Position der Leitschaufel 11 erwirkt.Each vane shaft 14 is assigned an adjusting lever 16 which is arranged on a shaft end of the vane shaft 14 which extends beyond a second carrier ring surface 17 which is designed to face away from the first carrier ring surface 15 . The adjusting lever 16 is operatively connected to a rotary ring 18 so that a rotation of the rotary ring 18 about the axis of rotation 5 causes a change in the position of the guide vane 11 .

Der Trägerring 13 ist sich um die Rotationsachse 5 ringförmig erstreckend ausgebildet. Seiner ersten Trägerringfläche 15 gegenüberliegend ist ein Haltering 19 des verstellbaren Leitapparates 12 angeordnet, welcher sich an dem Abgasführungsabschnitt 7 abstützt, wobei zwischen dem Trägerring 13 und dem Haltering 19 die Leitschaufeln 11 verdrehbar aufgenommen sind. Zur Vermeidung eines Druckverlustes im Strömungskanal 9 ist in einem zwischen dem Haltering 19 und dem Abgasführungsabschnitt 7 ausgebildeten Bewegungsspalt 20 ein Dichtelement 21 angeordnet.The carrier ring 13 is designed to extend in a ring shape around the axis of rotation 5 . A retaining ring 19 of the adjustable diffuser 12 is arranged opposite its first carrier ring surface 15 and is supported on the exhaust gas guide section 7 , with the guide vanes 11 being accommodated in a rotatable manner between the carrier ring 13 and the retaining ring 19 . In order to avoid a pressure loss in the flow channel 9 , a sealing element 21 is arranged in a movement gap 20 formed between the retaining ring 19 and the exhaust gas routing section 7 .

Der Trägerring 13 weist aufgrund seiner ringförmigen Ausführung eine zwischen der ersten Trägerringfläche 15 und der zweiten Trägerringfläche 17 aufgespannten Innenfläche 22 und eine zwischen der ersten Trägerringfläche 15 und der zweiten Trägerringfläche 17 aufgespannten Außenfläche 23 auf, wobei er sich mit Hilfe seiner Innenfläche 22 an einem ringförmigen Lagerabschnittsabsatz 24 des Lagerabschnitts 2 abstützt.Due to its annular design, the carrier ring 13 has an inner surface 22 spanned between the first carrier ring surface 15 and the second carrier ring surface 17 and an outer surface 23 spanned between the first carrier ring surface 15 and the second carrier ring surface 17, with its inner surface 22 being attached to an annular Bearing section paragraph 24 of the bearing section 2 is supported.

Im Bereich seiner Außenfläche 23 ist der Trägerring 13 sich an einer seiner ersten Trägerringfläche 15 zugewandt ausgebildeten Abschnittsfläche 40 des Abgasführungsabschnitts 7 abstützend angeordnet.In the area of its outer surface 23 , the carrier ring 13 is arranged so that it is supported on a section surface 40 of the exhaust gas routing section 7 that is designed to face its first carrier ring surface 15 .

Zwischen dem Trägerring 13 und dem Turbinenrad 6 ist in radialer Richtung ein Hitzeschild 25 zur Reduzierung eines Wärmeeintrages in eine den Trägerring 13 aufnehmenden Kammer 26, welche zwischen dem Lagerabschnitt 2 und dem Abgasführungsabschnitt 7 ausgebildet ist, angeordnet, wobei der Hitzeschild 25 einer radialen Sicherung des Trägerrings 13 dient.A heat shield 25 is arranged in the radial direction between the carrier ring 13 and the turbine wheel 6 to reduce heat input into a chamber 26 that accommodates the carrier ring 13 and is formed between the bearing section 2 and the exhaust gas routing section 7, with the heat shield 25 serving to radially secure the Carrier ring 13 is used.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an der Innenfläche 22 ein ringförmiger erster Absatz 27 des Trägerrings 13 ausgeführt, welcher in axialer Richtung einem ringförmigen Hitzeschildabsatz 28 des Hitzeschildes 25 gegenüberliegt, wobei die beiden Absätze 27, 28 einander kontaktieren. Somit ist der Trägerring 13 an seiner Innenfläche 22 gegen eine axiale Verschiebung mit Hilfe des Hitzeschildes 25 gesichert.In the present exemplary embodiment, an annular first shoulder 27 of the carrier ring 13 is formed on the inner surface 22, which is opposite an annular heat shield shoulder 28 of the heat shield 25 in the axial direction, with the two shoulders 27, 28 contacting one another. The carrier ring 13 is thus secured on its inner surface 22 against axial displacement with the aid of the heat shield 25 .

Zu Vermeidung einer Verkippung, somit zur axialen Positionssicherung des Trägerrings 13 ist dieser mit Hilfe eines an seiner Außenfläche 23 angreifenden Federelementes 29 zwischen dem Lagerabschnitt 2 und dem Abgasführungsabschnitt 7 verspannt, wobei das ringförmig ausgebildete Federelement 29 sich mit seiner dem Lagerabschnitt 2 zugewandt ausgebildeten Umfangsfläche 30 am Lagerabschnitt 2 abstützend angeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass das Federelement 29 zwischen dem Lagerabschnitt 2 und dem Trägerring 13 angeordnet ist, und sich mit seiner Umfangsfläche 30 gegen den Lagerabschnitt 2 und mit seiner von der Umfangsfläche 30 abgewandt ausgebildeten Elementinnenfläche 31 am Trägerring 13 abstützt, wobei der Trägerring 13 gegen den Abgasführungsabschnitt 7 gedrückt und somit mit Hilfe von diesem axial gesichert ist.To avoid tilting, and thus to secure the axial position of the carrier ring 13, it is braced between the bearing section 2 and the exhaust gas routing section 7 with the aid of a spring element 29 acting on its outer surface 23, with the ring-shaped spring element 29 having its circumferential surface 30 facing the bearing section 2 is arranged in a supporting manner on the bearing section 2 . In other words, this means that the spring element 29 is arranged between the bearing section 2 and the carrier ring 13 and is supported with its peripheral surface 30 against the bearing section 2 and with its element inner surface 31 facing away from the peripheral surface 30 on the carrier ring 13, with the carrier ring 13 is pressed against the exhaust gas guide section 7 and thus secured axially with the help of this.

Zur gesicherten Positionierung des Federelementes 29 zwischen dem Trägerring 13 und dem Lagerabschnitt 2 weist der Trägerring 13 an seinem Außenumfang eine Stufe 32 zur Aufnahme und somit zur Positioniersicherung des Federelementes 29 auf. Des Weiteren weist der Lagerabschnitt 2 zur gesicherten Anordnung des Federelementes 29 eine weitere Stufe 33 auf, welche zur gesicherten Aufnahme der Umfangsfläche 30 ausgebildet ist. Die Stufen 32, 33 sind vorteilhaft in Form einer Halbnut ausgeführt.For secure positioning of the spring element 29 between the carrier ring 13 and the bearing section 2, the carrier ring 13 has a step 32 on its outer circumference for receiving and thus for securing the position of the spring element 29. Furthermore, the bearing section 2 has a further step 33 for the secure arrangement of the spring element 29, which is designed to receive the peripheral surface 30 in a secure manner. The steps 32, 33 are advantageously designed in the form of a half groove.

Das Federelement 29 ist zur Erzielung einer wirksamen Anpressung des Trägerrings 13 gegen den Abgasführungsabschnitt 7, oder mit anderen Worten zur wirksamen und kippfreien Anpressung des Trägerrings 13 an eine dem Trägerring 13 gegenüberliegende Anlagefläche 34 des Abgasführungsabschnitts 7, bezogen auf die Rotationsachse 5 geneigt angeordnet, wie insbesondere in 2 der Detailansicht II erkennbar ist.The spring element 29 is arranged inclined in relation to the axis of rotation 5 in order to achieve an effective pressing of the carrier ring 13 against the exhaust gas routing section 7, or in other words for the effective and tilt-free pressing of the carrier ring 13 on a contact surface 34 of the exhaust gas routing section 7 opposite the carrier ring 13 in particular 2 can be seen in detail view II.

In 3 ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel abgebildet. Das Federelement 29 des Abgasturboladers 1 im zweiten Ausführungsbeispiel, welches in einer Draufsicht in 4 und ein Querschnittsprofil des Federelementes 29 in 5 illustriert ist, weist einen Z-förmigen Querschnitt auf mit einem ersten Halteabschnitt 35 und einem zweiten Halteabschnitt 36 sowie einen zwischen dem ersten Halteabschnitt 35 und zweiten Halteabschnitt 36 aufgenommenen Wirkabschnitt 37.In 3 the exhaust gas turbocharger 1 according to the invention is shown in a second exemplary embodiment. The spring element 29 of the exhaust gas turbocharger 1 in the second exemplary embodiment, which is shown in a plan view in 4 and a cross-sectional profile of the spring element 29 in 5 illustrated, has a Z-shaped cross section with a first holding section 35 and a second holding section 36 and an active section 37 accommodated between the first holding section 35 and the second holding section 36.

Das Federelement 29 wird an seinem ersten Halteabschnitt 35, welcher die Umfangsfläche 30 umfasst, gesichert in einer zwischen dem Lagerabschnitt 2 und dem Abgasführungsabschnitt 7 ausgebildeten Spalt 41 aufgenommen. Bevorzugt ist das Federelement 29 mit Hilfe seines ersten Halteabschnitts 35 zwischen dem Abgasführungsabschnitt 7 und dem Lagerabschnitt 2 verklemmt aufgenommen. Der dem Trägerring 13 zugewandt ausgebildete zweite Halteabschnitt 36 stützt sich an der Außenfläche 23, insbesondere an der Stufe 32 ab.The spring element 29 is received at its first holding section 35 , which includes the peripheral surface 30 , secured in a gap 41 formed between the bearing section 2 and the exhaust gas routing section 7 . The spring element 29 is preferably clamped between the exhaust gas guide section 7 and the bearing section 2 with the aid of its first holding section 35 . The second holding section 36 , which is designed to face the carrier ring 13 , is supported on the outer surface 23 , in particular on the step 32 .

Am zweiten Halteabschnitt 36 sind dem Trägerring 13 zugewandt ausgebildete Haltenasen 38 angeordnet, die einer Rotationssicherung dienen. Das heißt mit anderen Worten, dass mit Hilfe der Haltenasen 38 der Trägerring 13 zur Vermeidung einer Rotation um die Rotationsachse 5 gesichert ist. Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel weist das Federelement 29 vier Haltenasen 38 auf, wobei eine Rotationssicherung mit zumindest zwei Haltenasen 38 realisiert werden kann. Die Haltenasen 38 sind nicht zwingend symmetrisch am Federelement 29 anzubringen.Arranged on the second holding section 36 are holding lugs 38 which face the carrier ring 13 and serve to secure against rotation. In other words, this means that the carrier ring 13 is secured with the aid of the retaining lugs 38 in order to prevent rotation about the axis of rotation 5 . In the present second exemplary embodiment, the spring element 29 has four holding lugs 38 , it being possible to implement an anti-rotation device with at least two holding lugs 38 . The retaining lugs 38 do not necessarily have to be attached symmetrically to the spring element 29 .

In den 6 bis 8 ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 und sein Federelement 29 in einem dritten Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei das Federelement 29 zusätzlich zur axialen Sicherung und Rotationssicherung eine Zentrierfunktion besitzt. Das Federelement 29 des dritten Ausführungsbeispiels ist prinzipiell gemäß dem Federelement 29 des zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt, jedoch sind die Haltenasen 38 zumindest teilweise gekrümmt ausgeführt, wie insbesondere in 8 gut erkennbar ist, wobei ausgehend von der Elementinnenfläche 31 die Krümmung vom Abgasführungsabschnitt 7 abgewandt ausgebildet ist. Oder mit anderen Worten gesagt, erstreckt sich die Haltenase 38 ausgehend von der Elementinnenfläche 31 mit Hilfe der Krümmung in die Richtung des Lagerabschnitts 2.In the 6 until 8th shows the exhaust gas turbocharger 1 according to the invention and its spring element 29 in a third exemplary embodiment, the spring element 29 having a centering function in addition to the axial securing and rotational securing. The spring element 29 of the third exemplary embodiment is designed in principle in accordance with the spring element 29 of the second exemplary embodiment, but the holding lugs 38 are at least partially curved, as in particular in 8th is clearly recognizable, starting from the element inner surface 31, the curvature of the exhaust gas guide section 7 is formed away. Or to put it another way, the retaining lug 38 extends, starting from the element inner surface 31, with the aid of the curvature in the direction of the bearing section 2.

Bevorzugt weist zur gesicherten Aufnahme der Haltenasen 38 der Haltering 19 eine Nut 39 zur Aufnahme der Haltenasen 38 auf. Diese Nut 39 kann über den gesamten Umfang des Halterings 19 ausgebildet sind. Ebenso könnte sie abschnittsweise über dem Umfang, somit in Form von Ringabschnitten ausgeführt sein, wobei eine Anzahl der Ringabschnitte einer Anzahl der Haltenasen 38 entspricht.The retaining ring 19 preferably has a groove 39 for receiving the retaining lugs 38 in order to securely receive the retaining lugs 38 . This groove 39 can be formed over the entire circumference of the retaining ring 19. It could also be designed in sections over the circumference, thus in the form of ring sections, with a number of ring sections corresponding to a number of retaining lugs 38 .

Kostengünstig ist das Federelement 29, welches in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist, in einem Tiefziehverfahren hergestellt. Auch könnte das Federelement 29 durch Feinschneiden oder Stanzen, durch Laser-oder Wasserstrahlschneiden sowie Biegen hergestellt werden.The spring element 29, which is designed in the form of a plate spring, is produced in a deep-drawing process at low cost. The spring element 29 could also be produced by precision cutting or stamping, by laser or water jet cutting, and by bending.

Ein weiteres Federelement 42, welches zur Sicherung der axialen Positionierung des Trägerrings 13 üblicherweise gemäß dem Stand der Technik vorgesehen war, kann bauraumreduziert ausgeführt werden, da es seine aus dem Stand der Technik bekannte Funktion nicht oder nur in eingeschränktem Maße aufweisen muss. Somit kann ein bauraumreduzierter und betriebssicherer Abgasturbolader 1 realisiert werden.A further spring element 42, which was usually provided according to the prior art to secure the axial positioning of the carrier ring 13, can be designed with a reduced installation space since it does not have to have its function known from the prior art, or only to a limited extent. In this way, an exhaust gas turbocharger 1 with a reduced installation space and which is reliable in operation can be implemented.

BezugszeichenlisteReference List

11
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
22
Lagerabschnittstorage section
33
WelleWave
44
Laufzeugwalking gear
55
Rotationsachseaxis of rotation
66
Turbinenradturbine wheel
77
Abgasführungsabschnittexhaust routing section
88th
Radkammerwheel chamber
99
Strömungskanalflow channel
1010
Spiralkanalspiral canal
1111
Leitschaufelvane
1212
Verstellbarer LeitapparatAdjustable guide vane
1313
Trägerringcarrier ring
1414
Schaufelwelleblade shaft
1515
Erste TrägerringflächeFirst carrier ring face
1616
Verstellhebeladjustment lever
1717
Zweite TrägerringflächeSecond carrier ring surface
1818
Drehringrotating ring
1919
Halteringretaining ring
2020
Bewegungsspaltmovement gap
2121
Dichtelementsealing element
2222
InnenflächeInner surface
2323
Außenflächeouter surface
2424
Lagerabschnittsabsatzstock section paragraph
2525
Hitzeschildheat shield
2626
Kammerchamber
2727
Erster AbsatzFirst paragraph
2828
Hitzeschildabsatzheat shield heel
2929
Federelementspring element
3030
Umfangsflächeperipheral surface
3131
Elementinnenflächeelement inner surface
3232
StufeStep
3333
Weitere StufeAnother level
3434
Anlageflächecontact surface
3535
Erster HalteabschnittFirst holding section
3636
Zweiter HalteabschnittSecond holding section
3737
Wirkabschnitteffective section
3838
Haltenaseholding lug
3939
Nutgroove
4040
Abschnittsflächesection area
4141
Spaltgap
4242
Weiteres FederelementAnother spring element
SS
Strömungsquerschnittflow cross-section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2016/095940 A1 [0005]WO 2016/095940 A1 [0005]
  • DE 102008005404 A1 [0006]DE 102008005404 A1 [0006]

Claims (12)

Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat, wobei der Abgasturbolader (1) einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (7) und einen an den Abgasführungsabschnitt (7) axial angrenzenden Lagerabschnitt (2) zur drehbaren Lagerung eines Laufzeugs (4) des Abgasturboladers (1), umfassend eine Rotationsachse (5), aufweist, und wobei der verstellbare Leitapparat (12) zumindest teilweise im Abgasführungsabschnitt (7) aufgenommen ist, und wobei ein Trägerring (13) des verstellbaren Leitapparates (12) zur bewegbaren Lagerung von einen stromauf eines Turbinenrades (6) des Laufzeugs (4) ausgebildeten Strömungsquerschnitt (S) verändernden Leitschaufeln (11) ausgebildet ist, wobei der Strömungsquerschnitt (S) zwischen einer das Turbinenrad (6) aufnehmenden Radkammer (8) und einem Spiralkanal (10) des Abgasführungsabschnitts (7) im Abgasführungsabschnitt (7) ausgebildet ist, wobei der Trägerring (13) in einer zwischen dem Abgasführungsabschnitt (7) und dem Lagerabschnitt (2) ausgebildeten Kammer (26) zumindest teilweise aufgenommen ist, und wobei der Trägerring (13) sich an seiner Innenfläche (22) am Lagerabschnitt (2) und sich im Bereich seiner Außenfläche (23) mit Hilfe einer von der Kammer (26) abgewandt ausgebildeten ersten Trägerringfläche (15) am Abgasführungsabschnitt (7) abstützend ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Positionssicherung ein Federelement (29) den Trägerring (13) zwischen dem Lagerabschnitt (2) und dem Abgasführungsabschnitt (7) an der Außenfläche (23) angreifend verspannend ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger with an adjustable guide apparatus, wherein the exhaust gas turbocharger (1) has an exhaust gas routing section (7) through which flow can take place and a bearing section (2) axially adjoining the exhaust gas routing section (7) for the rotatable mounting of a rotor (4) of the exhaust gas turbocharger (1), comprising an axis of rotation ( 5), and wherein the adjustable guide device (12) is at least partially accommodated in the exhaust gas guide section (7), and wherein a carrier ring (13) of the adjustable guide device (12) for the movable mounting of a turbine wheel (6) of the rotor ( 4) formed flow cross section (S) changing guide vanes (11), wherein the flow cross section (S) is formed between a wheel chamber (8) accommodating the turbine wheel (6) and a spiral channel (10) of the exhaust gas guide section (7) in the exhaust gas guide section (7). is, wherein the carrier ring (13) formed in a between the exhaust gas guide portion (7) and the bearing portion (2) Ka chamber (26) is at least partially accommodated, and the carrier ring (13) rests on its inner surface (22) on the bearing section (2) and in the area of its outer surface (23) with the aid of a first carrier ring surface which faces away from the chamber (26). (15) is designed to support the exhaust gas guide section (7), characterized in that a spring element (29) is designed to brace the carrier ring (13) between the bearing section (2) and the exhaust gas guide section (7) on the outer surface (23) to secure the axial position . Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) bezogen auf die Rotationsachse (5) geneigt zwischen dem Trägerring (13) und dem Lagerabschnitt (2) angeordnet ist.exhaust gas turbocharger claim 1 , characterized in that the spring element (29) relative to the axis of rotation (5) is arranged inclined between the carrier ring (13) and the bearing section (2). Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (13) eine Stufe (32) zur Aufnahme des Federelementes (29) aufweist.exhaust gas turbocharger claim 1 or 2 , characterized in that the support ring (13) has a step (32) for receiving the spring element (29). Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) zwischen dem Abgasführungsabschnitt (7) und dem Lagerabschnitt (2) mit Hilfe eines ersten Halteabschnitts (35) verklemmt aufgenommen ist.Exhaust-gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (29) is held clamped between the exhaust-gas guide section (7) and the bearing section (2) with the aid of a first holding section (35). Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (2) eine weitere Stufe (33) zur Aufnahme des Federelementes (29) aufweist.Exhaust gas turbocharger according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the bearing section (2) has a further step (33) for receiving the spring element (29). Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) eine Haltenase (38) zur Vermeidung einer Rotation um die Rotationsachse (5) aufweist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (29) has a retaining lug (38) to prevent rotation about the axis of rotation (5). Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) an seiner Elementinnenfläche (31) sich eine in Richtung des Trägerrings (13) erstreckende Haltenase (38) aufweist.exhaust gas turbocharger claim 5 , characterized in that the spring element (29) on its element inner surface (31) has a retaining lug (38) extending in the direction of the carrier ring (13). Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenase (38) zur Zentrierung ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the retaining lug (38) is designed for centering. Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenase (38) an einer Elementinnenfläche (31) des Federelementes (29) sich in Richtung des Trägerrings (13) erstreckend, vom Abgasführungsabschnitt (7) abgewandt gekrümmt ausgebildet ist.exhaust gas turbocharger claim 7 , characterized in that the retaining lug (38) on an element inner surface (31) of the spring element (29) extending in the direction of the carrier ring (13) is formed curved away from the exhaust gas guide section (7). Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (13) sich an seiner Innenfläche (22) an einem Hitzeschild (25) abstützend ausgebildet ist, wobei der Hitzeschild (25) am Lagerabschnitt (2) radial gesichert aufgenommen ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ring (13) is designed to be supported on its inner surface (22) on a heat shield (25), the heat shield (25) being radially secured on the bearing section (2). Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (29) is designed in the form of a disc spring. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (29) in einem Tiefziehverfahren hergestellt ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (29) is produced in a deep-drawing process.
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