DE112013001537T5

DE112013001537T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112013001537T5
Application number: DE112013001537.4T
Authority: DE
Inventors: Dietmar Metz; Martin Mueller; Thomas Ramb
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US9540990B2; KR102035198B1; KR20150003822A; IN2014DN06186A; CN104220719A; US20150132112A1; JP6225171B2; JP2015514924A; CN104220719B; WO2013163018A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen 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 begrenzen, die eine Mehrzahl von Schaufeln 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 zugeordnete Nuten (12) eines Verstellrings (13) eingreifen, der den Schaufellagerring (7) außenseitig umgibt, und mit einer Radiallagerung zwischen dem Verstellring (13) und dem Schaufellagerring (7), wobei die Radiallagerung zumindest ein Wälzelement (8) aufweist, das einen ersten Abstützbereich (8a) aufweist, der in eine umfangsseitig angeordnete zum Außenumfang (U) offene Vertiefung (14) des Schaufellagerrings (7) eingelegt ist, und das in eine gegenüber der Vertiefung (14) angeordnete, im Verstellring (13) vorgesehene Lagernut (15) eingreift, die in Richtung auf die Vertiefung (14) hin einseitig offen ist.

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. Um eine möglichst gute Regelung darstellen zu können, ist eine möglichst kleine Hysterese und damit eine möglichst kleine Reibung des Systems wünschenswert. Hierauf hat z. B. auch die Radiallagerung des Verstellrings Einfluss. Bei bekannten Abgasturboladern sind hierfür Rollen auf Stiften oder auch eine Wälzlagerung vorgesehen.
Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Aufbau einfacher und damit kostengünstiger gestaltet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise zunächst eine Bauteileinsparung, wie beispielsweise für Rollen auf Stiften, wie sie bei bekannten Lagerungen vorgesehen sind.
Ferner ergibt sich vorteilhafterweise ein sehr günstiges Verhältnis zwischen Reibradius und Abrollradius im gegebenen Bauraum.
Da sich das Wälzelement (Wälzstein) um 360° drehen kann, hat es seitliche Führungsflächen.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
In den Ansprüchen 9 und 10 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 perspektivische Teilansicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen VTG-Kartusche,
3 eine der 2 entsprechende Teilansicht der VTG-Kartusche gemäß 2 mit montierter Abdeckplatte, und
4 eine gegenüber der 3 vergrößerte Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen VTG-Kartusche.
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 20, der in einem Lagergehäuse 21 drehbar gelagert ist und der an einem Ende das Turbinenrad 3 und am anderen Ende ein Verdichterrad 23 eines Verdichters 22 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 den Anströmkanal 4 für das Hindurchleiten von Abgasen zum Turbinenrad 3 begrenzt. Ferner weist eine derartige VTG-Kartusche eine Mehrzahl von Schaufeln auf, die im Anströmkanal 4 angeordnet sind, die jedoch in den 2 bis 4 nicht sichtbar sind. Die Schaufeln können zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position drehbar in dem Schaufellagerring 7 bewegt werden. Hierfür weisen die Schaufeln Schaufelwellen 9 auf, die jeweils eine Drehachse aufweisen. Die Schaufelwellen 9 wiederum sind mit Schaufelhebeln 10 verbunden, von denen in 2 zwei Schaufelhebel jeweils mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet sind. Bei einer VTG-Kartusche 5 können z. B. zehn derartige jeweils identisch ausgebildete vorzugsweise gekröpfte Schaufelhebelvorgesehen sein.
Jeder Schaufelhebel 10 weist einen Hebelkopf 11 auf, der in eine zugeordnete Nut 12 eines Verstellrings 13 eingreift. 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 zumindest einem Wälzelement 8 gebildet wird.
Bei der in den 2 und 3 verdeutlichten ersten Ausführungsform weist das Wälzelement 8 einen ersten Abstützbereich 8A auf, der in eine umfangsseitig angeordnete zum Außenumfang U des Schaufellagerrings 7 offene Vertiefung 14 des Schaufellagerrings 7 eingelegt ist. Ferner zeigen die 2 und 3, dass das Wälzelement 8 einen zweiten Abstützbereich 8B aufweist, der in eine gegenüber der Vertiefung 14 angeordnete Lagernut 15 eingreift, die im Verstellring 13 angeordnet ist und die in Richtung auf die Vertiefung 14 hin einseitig offen ist.
2 zeigt, dass das Wälzelement 8, das auch als Wälzstein bezeichnet werden kann, eine dreieckförmige Konfiguration aufweist. Hierbei weist der erste Abstützbereich 8A eine halbkreisförmig gerundete Form auf, die nach außen konisch erweiternd in den zweiten Abstützbereich 8B übergeht. Dieser Abstützbereich 8B weist wiederum eine gerundete Stirnfläche 16 auf, die auf einer Gegenfläche 15 _G der Lagernut 15 abrollt, wobei eine Kontakstelle K zur Wälzlagerung zwischen dem Verstellring 13 und dem Wälzelement 8 in 3 durch den dort enthaltenen Pfeil gekennzeichnet ist. Die Gegenfläche 15 _G kann hierbei plan oder ebenfalls leicht gerundet ausgebildet sein.
3 zeigt, dass zur Axialsicherung des Wälzelementes 8 eine Abdeckplatte 19 in die Vertiefung 14 eingelegt und dort fixiert ist. Diese Abdeckplatte 19 ist in 2 nicht gezeigt, um die Gesamtkonfiguration des Wälzelementes 8 zeigen zu können.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der alle Merkmale, die mit der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 übereinstimmen, mit den selben Bezugszeichen versehen sind.
Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Wälzelement (Wälzstein) 8 vorgesehen, der wiederum einen halbkreisförmig gerundeten ersten Abstützbereich 8A aufweist, der in die einseitig offene Vertiefung 14 des Schaufellagerrings 7 eingreift.
Auch dieser Wälzstein 8 weist einen zweiten Abstützbereich 8B auf, der in die Lagernut 15 eingreift. Der zweite Abstützbereich 8B weist bei dieser Ausführungsform jedoch eine Ausnehmung 17 auf, in die eine Mitnehmernase 18 des Verstellrings 13 eingreift, wie sich dies im Einzelnen aus der zeichnerischen Darstellung der 4 ergibt.
Beiden Ausführungsformen gemäß den 2 und 3 bzw. 4 ist gemeinsam, dass das Wälzelement 8 frei beweglich in der Vertiefung 14 und der Lagernut 15 geführt ist.
Ferner können bei beiden Ausführungsformen bevorzugterweise drei, vier oder fünf Wälzelemente 8 vorgesehen sein, die am Umfang der VTG-Kartusche verteilt angeordnet werden können.
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: Wälzelement/Wälzstein
8A, 8B: Abstützbereiche
9: Schaufelwellen
10: Schaufelhebel
11: Hebelköpfe
12: Nuten
13: Verstellring
14: Vertiefung
15: Lagernut
15_G: Gegenwandfläche
16: Stirnfläche
17: Ausnehmung
18: Mitnehmernase
19: Abdeckplatte
20: Rotor
21: Lagergehäuse
22: Verdichter
23: Verdichterrad
K₁ und K₂: seitliche Kontaktstellen zur Mitnahme des Wälzelements 8
K: Kontaktstelle zur Wälzlagerung
L: Laderlängsachse

Claims

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 begrenzen, • die eine Mehrzahl von Schaufeln 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 zugeordnete Nuten (12) eines Verstellrings (13) eingreifen, der den Schaufellagerring (7) außenseitig umgibt, und – mit einer Radiallagerung zwischen dem Verstellring (13) und dem Schaufellagerring (7), dadurch gekennzeichnet, – dass die Radiallagerung zumindest ein Wälzelement (8) aufweist, • das einen ersten Abstützbereich (8A) aufweist, der in eine umfangsseitig angeordnete zum Außenumfang (U) offene Vertiefung (14) des Schaufellagerrings (7) eingelegt ist, und • das einen zweiten Abstützbereich (8B) aufweist, der in eine gegenüber der Vertiefung (14) angeordnete, im Verstellring (13) vorgesehene Lagernut (15) eingreift, die in Richtung auf die Vertiefung (14) hin einseitig offen ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzelement (8) eine dreieckähnliche Konfiguration aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstützbereich (8A) eine halbkreisförmig gerundete Form aufweist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abstützbereich (8B) eine gerundete Stirnfläche (16) aufweist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abstützbereich (8B) eine Ausnehmung (17) aufweist, in die eine Mitnehmernase (18) des Verstellrings (13) eingreift.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckplatte (19) zur Axialsicherung des Wälzelementes (8) in die Vertiefung (14) eingelegt und fixiert ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzelement (8) frei beweglich in der Vertiefung (14) und der Lagernut (15) geführt ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei, vier oder fünf Wälzelemente (8) vorgesehen sind.
VTG-Kartusche (5) eines Abgasturboladers (1), – mit einer Scheibe (6) und einem Schaufellagerring (7), die einen Anströmkanal (4) begrenzen, – mit einer Mehrzahl von Schaufeln, 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 Verstellring (13) und dem Schaufellagerring (7), dadurch gekennzeichnet, – dass die Radiallagerung zumindest ein Wälzelement (8) aufweist, • das einen ersten Abstützbereich (8A) aufweist, der in eine umfangsseitig angeordnete und zum Außenumfang (U) hin offene Vertiefung (14) des Schaufellagerings (7) eingelegt ist, und • das einen zweiten Abstützbereich (8A) aufweist, der in eine gegenüber der Vertiefung (14) angeordnete, im Verstellring (13) vorgesehene Lagernut (15) eingreift, die in Richtung auf die Vertiefung (14) hin einseitig offen ist.
VTG-Kartusche nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 2 bis 8.