DE112013001527B4 - Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie - Google Patents

Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie Download PDF

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Abstract

Abgasturbolader (1)- mit einer Turbine (2),• die ein Turbinenrad (3) aufweist, das von einem Anströmkanal (4) umgeben ist, und- mit einer VTG-Kartusche (5)• die eine Scheibe (6) und einen Schaufellagerring (7) aufweist, die den Anströmkanal (4) begrenzen, und• die eine Mehrzahl von Schaufeln (8) aufweist, die im Anströmkanal (4) angeordnet und im Schaufellagerring (7) über drehbare Schaufelwellen (9) gelagert sind, die mit Schaufelhebeln (10) verbunden sind, deren Hebelköpfe (11) in zugeordneten Nuten (12) eines Verstellrings (13) eingreifen, der den Schaufellagerring (7) außenseitig umgibt, und• die eine Radiallagerung zwischen dem Schaufellagerring (7) und dem Verstellring (13) aufweist, wobei die Radiallagerung zumindestens einen auf dem Schaufellagerring (7) fixierten Bolzen (14) aufweist, auf den eine Wälzrolle (15) gesteckt ist, an der ein Innenwandbereich (16) des Verstellrings (13) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhebel (10) gekröpft sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei einem derartigen Abgasturbolader ist eine variable Turbinengeometrie (VTG) vorgesehen, bei der Leitschaufeln mittels eines Verstellrings verstellt werden. Der Verstellring ist hierbei umfangsseitig über eine Radiallagerung am Schaufellagerring gelagert.
  • Die US 2008/ 0 240 906 A1 zeigt eine variable Schaufelanordnung für eine Turbine. Sie umfasst einen Schaufelring, der eine Vielzahl von Schaufeln trägt, die an Schaufelarmen befestigt sind, die in Aussparungen in der Innenkante eines Verstellrings eingreifen. Der Verstellring ist um die Achse des Schaufelrings drehbar, um die Schaufelarme gleichzeitig zu schwenken. Mehrere radial-axiale Führungsstifte für den Verstellring werden in Öffnungen im Schaufelring eingesetzt und darin starr befestigt, so dass die radial-axialen Führungsstifte nicht drehbar am Schaufelring befestigt sind, wobei ein Führungsteil jedes radial-axialen Führungsstifts axial aus dem Schaufelring herausragt. Jeder Führungsabschnitt definiert eine Nut zur Aufnahme der Innenkante des Verstellrings, so dass der Verstellring durch die radial-axialen Führungsstifte gegen übermäßige Bewegung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gehalten wird.
  • Die DE 10 2004 023 210 A1 zeigt einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie einer Brennkraftmaschine mit an einem Leitschaufelträger schwenkbar angeordneten Leitschaufeln einer Turbine, denen jeweils ein Verstellhebel zugeordnet ist, und einem Verstellring, welcher mit den Verstellhebeln zusammenwirkt und durch Drehung relativ zum Leitschaufelträger eine Winkelstellung der Leitschaufeln relativ zu einer Strömungsrichtung kollektiv für alle Leitschaufeln verstellt, wobei der Verstellring an seiner radialen Innenfläche in mehreren, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten und bezüglich des Verstellringes radial innen liegend angeordneten Gleitlagern geführt ist, die am Leitschaufelträger angeordnet sind. Hierbei sind die Gleitlager zweiteilig ausgebildet, wobei ein erstes Teil eine erste seitliche Führungsscheibe sowie einen sich von dieser erhebenden Gleitlagerzapfen umfasst und ein zweites Teil eine auf den Gleitlagerzapfen an einem von der ersten seitlichen Führungsscheibe abgewandten Ende aufsteckbare zweite seitliche Führungsscheibe umfasst.
  • Die US 2010 / 0 202 874 A1 beschreibt, dass beim Ändern eines Schaufelwinkels durch Drehen eines Antriebsrings eine Kontaktbelastung, die zwischen einer inneren Umfangsfläche des Antriebsrings und einer äußeren Umfangsfläche einer Halterung erzeugt wird, reduziert werden kann, so dass sich der Antriebsring reibungslos drehen kann und der Verschleiß und die Antriebskraft verringert werden. Es ist auch möglich, eine Stoßkraft, wie z.B. Motorvibrationen, die am Antriebsring erzeugt wird, wenn eine äußere Kraft einwirkt, zu reduzieren, wodurch das Risiko einer Beschädigung verringert wird.
  • Die DE 10 2010 042 181 A1 betrifft eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie mit einem Schaufellagerring, an dem mehrere Leitschaufeln drehbar gelagert sind, und einem Verstellring zum Verstellen der Leitschaufeln, wobei der Verstellring über mehrere Führungsrollen drehbar gegenüber dem Schaufellagerring gelagert ist. Zumindest eine der Führungsrollen ist drehbar gegenüber dem Schaufellagerring gelagert, und zumindest eine Führungsrolle ist drehbar an einem, einen Kopf aufweisenden Stift gelagert, wobei der Kopf eine Axialfixierung für die zugehörige Führungsrolle bildet, dass der Stift über eine Presspassung am Schaufellagerring fixiert ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der eine Radiallagerung mit einem einfachen Aufbau aufweist, die schnell und einfach montierbar ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
  • Als Radiallagerung ist eine Bolzen-/Wälzrollenanordnung vorgesehen. Der Bolzen ist hierbei auf dem Schaufellagerring fixiert. Die Wälzrolle wird auf den Bolzen aufgesteckt und im montierten Zustand stützt sich ein Innenwandbereich des Verstellringes auf der drehbar auf dem Bolzen gelagerten Wälzrolle ab. Erfindungsgemäß sind die Schaufelhebel der variablen Turbinengeometrie des Abgasturboladers gekröpft.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • In den Ansprüchen 8 bis 14 ist eine erfindungsgemäße VTG-Kartusche als selbständig handelbares Objekt definiert.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
    • 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
    • 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen VTG-Kartusche,
    • 3 eine perspektivische Ansicht der VTG-Kartusche gemäß 2, und
    • 4 eine geschnittene Teildarstellung der erfindungsgemäßen VTG-Kartusche gemäß 2 und 3.
  • 1 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1, der eine Laderdrehachse L aufweist.
  • Der Abgasturbolader 1 weist ferner eine Turbine 2 auf, die ein Turbinenrad 3 umfasst, das von einem Anströmkanal 4 umgeben ist, der mit einer sogenannten VTG-Kartusche 5 versehen ist. Diese VTG-Kartusche 5 wird nachfolgend anhand der 2 bis 4 im Einzelnen beschrieben.
  • Der Abgasturbolader 1 weist ferner natürlich sämtliche andere übliche Teile eines Abgasturboladers auf, wie einen Rotor 22, der in einem Lagergehäuse 21 drehbar gelagert ist und der an einem Ende das Turbinenrad 3 und am anderen Ende ein Verdichterrad 24 eines Verdichters 23 trägt. Diese Teile sind ebenfalls in 1 nur schematisch stark vereinfacht dargestellt, da sie für die Erläuterung der Prinzipien vorliegender Erfindung nicht von Bedeutung sind.
  • Ebenfalls stark schematisch vereinfacht dargestellt ist die VTG-Kartusche, die, wie gesagt, nachfolgend anhand der 2 bis 4 im Einzelnen erläutert werden wird.
  • Unter einer VTG-Kartusche versteht man eine Baueinheit, die zwischen einem Schaufellagerring 7 und einer Scheibe 6 einen Anströmkanal 4 für das Hindurchleiten von Abgasen zum Turbinenrad 3 begrenzt. Ferner weist eine derartige VTG-Kartusche 5 eine Mehrzahl von Schaufeln auf, die im Anströmkanal 4 angeordnet sind, und von denen in den 3 und 4 eine Schaufel mit der Bezugsziffer 8 repräsentativ für alle Schaufeln mit der entsprechenden Bezugsziffer versehen ist. Die Schaufeln 8 können zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position drehbar in dem Schaufellagerring 7 bewegt werden. Hierfür weisen die Schaufeln 8 Schaufelwellen 9 auf, die jeweils eine Drehachse aufweisen. Die Schaufelwellen 9 wiederum sind mit Schaufelhebeln 10 verbunden, von denen in 2 und 3 zwei Schaufelhebel jeweils mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet sind. Wie 2 und 3 zeigen, weist die dort gezeigte Ausführungsform 10 derartige jeweils identisch ausgebildete vorzugsweise gekröpfte Schaufelhebel auf.
  • Jeder Schaufelhebel 10 weist einen Hebelkopf 11 auf, der in eine zugeordnete Nut 12 eines Verstellrings 13 eingreift. Vor allem 2 verdeutlicht hierbei, dass der Verstellring 13 den Schaufellagerring 7 außenseitig, also entlang seines Außenumfanges umgibt.
  • Zur radialen Lagerung des Verstellrings 13 ist eine Radiallagerung vorgesehen, die erfindungsgemäß von zumindestens einem Bolzen 14 gebildet wird, der auf dem Schaufellagerring 7 fixiert ist. Auf den Bolzen 14 ist eine Wälzrolle 15 gesteckt, an der ein Innenwandbereich 16 des Verstellringes 13 anliegt.
  • Der Bolzen 14 ist vorzugsweise stumpf auf den Schaufellagerring 7 aufgeschweißt, was sich insbesondere aus der Darstellung der 4 ergibt, wobei der Bolzen 14 einen kleinen Zapfen 17 aufweist, der zur Zündung des Lichtbogens beim Schweißen dient und dabei vollständig wegschmilzt, so dass der Bolzen 14 stumpf mit dem Schaufellagerring 7 verbunden wird.
  • Am freien Ende 20 des Bolzens 14 ist eine Sicherungsscheibe 18 fixiert, die bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einem Abstand A (siehe 4) zur Wälzrollenoberseite OS auf dem Ende 20 des Bolzens 14 befestigt ist.
  • Wie die 2 und 3 verdeutlichen, sind bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform als Radiallagerung insgesamt drei Bolzen-/Wälzrollenpaare vorgesehen, die mit den Bezugsziffem 14, 14', 14" bzw. 16, 16', 16" gekennzeichnet sind. Ferner ist natürlich jedem dieser Paare eine Sicherungsscheibe 18, 18', 18" zugeordnet.
  • Schließlich verdeutlichen die 3 und 4, dass die Schaufelhebel 10 gekröpft ausgebildet sind, da die Ebene der Nuten 12, in die die Hebelköpfe 11 eingreifen, versetzt zur Oberseite des Schaufellagerrings 7 ist, wie sich dies insbesondere aus 4 ergibt.
  • Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur Ergänzung der Offenbarung der Erfindung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 verwiesen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasturbolader
    2
    Turbine
    3
    Turbinenrad
    4
    Anströmkanal
    5
    VTG-Kartusche
    6
    Scheibe
    7
    Schaufellagerring
    8
    Schaufeln
    9
    Schaufelwellen
    10
    Schaufelhebel
    11
    Hebelköpfe
    12
    Nuten
    13
    Verstellring
    14, 14', 14"
    Bolzen
    15, 15', 15"
    Wälzrolle
    16
    Innenwandbereich
    17
    Zapfen
    18, 18', 18"
    Sicherungsscheibe
    19
    Verschweißung
    20
    Ende des Bolzens 14
    OS
    Oberseite
    L
    Laderlängsachse
    A
    Abstand

Claims (14)

  1. Abgasturbolader (1) - mit einer Turbine (2), • die ein Turbinenrad (3) aufweist, das von einem Anströmkanal (4) umgeben ist, und - mit einer VTG-Kartusche (5) • die eine Scheibe (6) und einen Schaufellagerring (7) aufweist, die den Anströmkanal (4) begrenzen, und • die eine Mehrzahl von Schaufeln (8) aufweist, die im Anströmkanal (4) angeordnet und im Schaufellagerring (7) über drehbare Schaufelwellen (9) gelagert sind, die mit Schaufelhebeln (10) verbunden sind, deren Hebelköpfe (11) in zugeordneten Nuten (12) eines Verstellrings (13) eingreifen, der den Schaufellagerring (7) außenseitig umgibt, und • die eine Radiallagerung zwischen dem Schaufellagerring (7) und dem Verstellring (13) aufweist, wobei die Radiallagerung zumindestens einen auf dem Schaufellagerring (7) fixierten Bolzen (14) aufweist, auf den eine Wälzrolle (15) gesteckt ist, an der ein Innenwandbereich (16) des Verstellrings (13) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhebel (10) gekröpft sind.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (14) auf dem Schaufellagerring (7) stumpf aufgeschweißt ist.
  3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende (20) des Bolzens (14) eine Sicherungsscheibe (18) befestigt ist.
  4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsscheibe (18) in einem definierten Abstand (A) zur Wälzrollenoberseite (OS) an dem freien Ende (20) befestigt ist.
  5. Abgasturbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsscheibe (18) mittels einer Verschweißung (19) am Ende (20) befestigt ist.
  6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallagerung drei Bolzen (14 , 14', 14") und auf diese aufgesteckte Wälzrollen (15 , 15', 15") aufweist.
  7. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen-/Wälzrollenpaare in gleichen Winkelabständen umfangsseitig auf dem Schaufellagerring (7) angeordnet sind.
  8. VTG-Kartusche (5) eines Abgasturboladers (1) - mit einer Scheibe (6) und einem Schaufellagerring (7), die einen Anströmkanal (4) begrenzen, - mit einer Mehrzahl von Schaufeln (8), die im Anströmkanal (4) angeordnet und im Schaufellagerring (7) über drehbare Schaufelwellen (9) gelagert sind, die mit Schaufelhebeln (10) verbunden sind, deren Hebelköpfe (11) in zugeordnete Nuten (12) eines Verstellrings (13) eingreifen, der den Schaufellagerring (7) außenseitig umgibt, und - mit einer Radiallagerung zwischen dem Schaufellagerring (7) und dem Verstellring (13), wobei die Radiallagerung zumindestens einen auf dem Schaufellagerring (7) fixierten Bolzen (14) aufweist, auf den eine Wälzrolle (15) gesteckt ist, an der ein Innenwandbereich (16) des Verstellrings (13) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhebel (10) gekröpft sind.
  9. VTG-Kartusche (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (14) auf dem Schaufellagerring (7) stumpf aufgeschweißt ist.
  10. VTG-Kartusche (5) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende (20) des Bolzens (14) eine Sicherungsscheibe (18) befestigt ist.
  11. VTG-Kartusche (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsscheibe (18) in einem definierten Abstand (A) zur Wälzrollenoberseite (OS) an dem freien Ende (20) befestigt ist.
  12. VTG-Kartusche (5) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsscheibe (18) mittels einer Verschweißung (19) am Ende (20) befestigt ist.
  13. VTG-Kartusche (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallagerung drei Bolzen (14 , 14', 14") und auf diese aufgesteckte Wälzrollen (15, 15', 15") aufweist.
  14. VTG-Kartusche (5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen-/Wälzrollenpaare in gleichen Winkelabständen umfangsseitig auf dem Schaufellagerring (7) angeordnet sind.
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