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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Turbolader und insbesondere auf Schaufelaggregate für Turbolader mit variabler Turbinengeometrie.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Turbolader sind ein Typ eines Systems für das erzwungene Ansaugen. Sie führen Luft mit einer größeren Dichte als die, die in der normalen Ansaugkonfiguration möglich sein würde, dem Kraftmaschineneinlass zu, was ermöglicht, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird und folglich die Leistung der Kraftmaschine erhöht wird, ohne das Gewicht der Kraftmaschine signifikant zu vergrößern. Eine kleinere Kraftmaschine mit Turbolader, die eine Kraftmaschine mit normaler Ansaugung mit einer größeren physischen Größe ersetzt, verringert die Masse und kann den aerodynamischen Frontbereich des Fahrzeugs verkleinern.
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1 zeigt einen typischen Turbolader (10) mit variabler Geometrie. Im Allgemeinen verwenden Turbolader (10) die Abgasströmung vom Auslasskrümmer der Kraftmaschine, um ein Turbinenrad (12) anzutreiben, das sich in einem Turbinengehäuse (14) befindet, um eine Turbinenstufe (16) zu bilden. Die durch das Turbinenrad (12) extrahierte Energie wird in eine Drehbewegung umgesetzt, die dann ein Kompressorrad (18) antreibt, das sich in einer Kompressorabdeckung (20) befindet, um eine Kompressorstufe (22) zu bilden. Das Kompressorrad (18) saugt Luft in den Turbolader (10), komprimiert diese Luft und führt sie der Einlassseite der Kraftmaschine zu.
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Turbolader mit variabler Geometrie verwenden typischerweise mehrere drehbare Schaufeln (24), um den Massenstrom des Abgases zu steuern, der auf das Turbinenrad (12) auftrifft, und um die Leistung der Turbinenstufe (16) zu steuern. Diese Schaufeln (24) steuern deshalb außerdem das durch die Kompressorstufe (22) erzeugte Druckverhältnis. In Kraftmaschinen, die die Erzeugung von NOx unter Verwendung von Hochdruck-Abgasrückführungstechniken (HP-AGR-Techniken) steuern, stellt die Funktion des Schaufelaggregats in einem Turbolader mit variabler Geometrie außerdem ein Mittel zum Steuern und Erzeugen eines Abgasgegendrucks bereit.
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Mehrere Schaufeln (24) sind zwischen einem im Allgemeinen ringförmigen oberen Leitschaufelkranz (UVR) (28) und einem im Allgemeinen ringförmigen unteren Leitschaufelkranz (LVR) (30) bereitgestellt. Die Anordnung, die die mehreren Schaufeln (24) und die beiden Leitschaufelkränze (28, 30) umfasst, ist typischerweise als das Schaufelaggregat (26) bekannt. Jede Schaufel (24) dreht sich auf einem Paar gegenüberliegender Achsen (32), die von gegenüberliegenden Seiten der Schaufel (24) vorstehen, wobei sich die Achsen (32) auf derselben Mittellinie befinden. Für jede Schaufel (24) befindet sich eine der Achsen (32) in einer Öffnung (34) im LVR (30), wobei sich die andere Achse (32) in einer Öffnung (36) im UVR (28) befindet. Die Winkelorientierung des UVR (28) ist so eingestellt, dass die komplementären Öffnungen (34, 36) in den Leitschaufelkränzen (28, 30) mit den Achsen (32) der Schaufel (24) konzentrisch sind. Die Schaufel (24) ist frei, sich um die Mittellinie der beiden Achsen (32) zu drehen, die zu der nun festgesetzten Mittellinie der beiden Öffnungen (34, 36) konzentrisch ist. Jede Achse (32) auf der UVR-Seite der Schaufel (24) steht durch den UVR (28) vor und ist an einem entsprechenden Schaufelarm (38) befestigt, der die Drehposition der Schaufel (24) bezüglich der Leitschaufelkränze (28, 30) steuert. Typischerweise gibt es einen separaten Unisonring, der alle Schaufelarme (38) in Einklang steuert. Dieser Unisonring ist durch einen Aktuator gesteuert, der typischerweise durch die elektronische Steuereinheit (ECU) der Kraftmaschine gesteuert ist.
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Der Zwischenraum zwischen den drehbaren Schaufeln (24), spezifischer zwischen den Seitenteilen (40) der Schaufeln (24), und den Innenflächen (29, 31) des oberen und des unteren Leitschaufelkranzes (28, 30) ist ein Hauptbeitragender zu einem Verlust von Wirkungsgrad sowohl bei der Steuerung des Abgases, dem erlaubt wird, auf das Turbinenrad (14) aufzutreffen, als auch bei der Erzeugung des Gegendrucks stromaufwärts des Turbinenrades (14). Es ist erwünscht, die Zwischenräume zwischen den Seitenteilen (40) der Schaufeln und den komplementären Innenflächen (29, 31) der Leitschaufelkränze (28, 30) zu minimieren und folglich den Wirkungsgrad des Schaufelaggregats (26) zu erhöhen. Leider ist die Zunahme des Wirkungsgrades aufgrund der Seitenzwischenräume zur Tendenz des Schaufelaggregats (26), aufgrund der Wärmeverformung in dem Turbinengehäuse (14), die zu dem Schaufelaggregat (26) übertragen wird, zu verschleißen, steckenzubleiben oder vollständig zu blockieren, umgekehrt proportional. Folglich muss das Schaufelaggregat (26) auf eine Weise, die die Übertragung der thermisch verursachten Verzerrung minimiert, in dem Turbinengehäuse (14) genau angeordnet und eingeschränkt werden. Während sich die erwähnten Spielräume innerhalb des Schaufelaggregats (26) befinden, müssen sie so sein, dass sie den Wirkungsgrad maximieren, während sie das Potential für das Steckenbleiben, das Blockieren und Verschleißen minimieren.
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In einigen VTGs, wie in 2 dargestellt ist, ist der LVR (30) gegen das Turbinengehäuse (14) durch mehrere Bolzen (42) eingeschränkt. Der UVR 30 und der untere Leitschaufelkranz LVR (20) sind durch Zapfen oder Bolzen (44) zusammengehalten, die dazu dienen, eine Klemmbelastung auf die Leitschaufelkränze (28, 30) und auf mehrere Abstandshalter (46), die zwischen den Leitschaufelkränzen (28, 30) angeordnet sind, auszuüben, so dass die Länge des Abstandshalters (46) den Abstand zwischen dem UVR (28) und dem LVR (30) und folglich den Zwischenraum zwischen den Seitenteilen (40) der Schaufeln (24) und den Innenflächen (29, 31) der Leitschaufelkränze (28, 30) bestimmt. Die Bolzen oder Zapfen (4) dienen außerdem dazu, die Winkelorientierung der Öffnungen (34, 36) bereitzustellen, in denen die Achsen (32) der Schaufeln eingeschränkt sind. Derartige Zapfen sind jedoch schwierig zu befestigen, so dass sie sich nicht losschrauben, wenn sie einer Schwingung unterworfen sind, insbesondere in Situationen, in denen es eine hohe Temperatur (von 740°C bis 1050°C) gibt. Ähnlich ist es in einer Situation, in der die Temperatur von unter dem Gefrierpunkt bis zu hohen verbrennungsartigen Temperaturen (von 740°C bis 1050°C) reicht, schwierig, eine Klemmbelastung über eine Mutter (48) aufrechterhalten, so dass die Mutter (48) aufgrund der Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien der Komponenten in dem Klemmbelastungssatz nicht lose wird. Folglich ist das, was als eine einfache Klemmvorrichtung erscheint (d. h., eine Mutter und ein Bolzen), tatsächlich ein kompliziertes technisches Problem, das typischerweise die Verwendung exotischer und teurer Materialien für die Komponenten erfordert, so dass die Klemmbelastung über dem obenerwähnten Temperaturbereich aufrechterhalten wird.
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In einigen VTGs ist der LVR durch mehrere Abstandshalter gegen das Turbinengehäuse eingeschränkt. Die Abstandshalter enthalten auf gegenüberliegenden Enden des Abstandshalters eine Welle. Eine Welle ist in eine Aufnahmeöffnung in dem LVR eingepresst, während die andere Welle in eine Aufnahmeöffnung in dem UVR eingepresst ist. Die Abstandshalter werden durch die Reibungskraft der Presspassung zwischen den Wellen und den Öffnungen an der Stelle gehalten. Während des Turboladerbetriebs hat jedoch ein derartiges Schaufelaggregat insofern Probleme erfahren, als die Abstandshalter von den Leitschaufelkränzen getrennt werden.
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Während des Zusammenbaus des Schaufelaggregats (26) wird viel Mühe aufgewendet, um sicherzustellen, dass die richtigen Komponenten verwendet werden und dass die richtigen Klemmbelastungen ausgeübt werden. Folglich gibt es einen Bedarf an einer kosteneffektiven und relativ schnellen Weise, um die Soll-Klemmbelastung auf ein Schaufelaggregat auszuüben.
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ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Ausführungsformen können hier die obigen Probleme unter Verwendung mehrerer Abstandshalterverbinder minimieren. Jeder Abstandshalterverbinder kann einen Abstandshalterkörper und einen ersten und einen zweiten Wellenabschnitt, die sich von gegenüberliegenden Stirnflächen des Abstandshalterkörpers erstrecken, enthalten. Die Wellenabschnitte können eine äußere Umfangsfläche besitzen. Von der äußeren Umfangsfläche jedes Wellenabschnitts können sich mehrere Quervorsprünge erstrecken. Jeder Wellenabschnitt kann in einer entsprechenden Öffnung in einem Leitschaufelkranz aufgenommen sein, so dass sich die Quervorsprünge über die Öffnung hinaus erstrecken. Die Abstandshalterverbinder können gedreht werden, so dass die Quervorsprünge von den Öffnungen versetzt sind. Im Ergebnis wird verhindert, dass sich die Wellenabschnitte zurück durch die Öffnungen bewegen, wobei der axiale Zwischenraum des Leitschaufelkranzes durch die Abstandshalterkörper gesteuert werden kann. Ein derartiges System erfordert keine engen Toleranzen, keine Presspassungen, keine teuren verschraubten Verbindungen oder Schweißprozesse.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und ohne Einschränkung in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile angeben und worin:
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1 einen typischen Turbolader mit variabler Geometrie zeigt;
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2 eine Schnittansicht und eine weiter vergrößerte Ansicht eines typischen Schaufelaggregats ist;
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3 ein Beispiel eines Verbinderabstandshalters gemäß den Ausführungsformen hier ist;
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4 eine Querschnittsansicht eines Schaufelaggregats mit einem Abstandshalter gemäß den Ausführungsformen hier ist;
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5 eine Ansicht eines Abschnitts einer Innenfläche eines Leitschaufelkranzes ist, die eine Öffnung, um einen Wellenabschnitt eines Verbindungsabstandshalters aufzunehmen, und eine Öffnung, um einen Antidrehstift aufzunehmen, zeigt;
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6 eine Ansicht eines Abschnitts einer Außenfläche eines Leitschaufelkranzes ist, die eine Öffnung zeigt, um einen Wellenabschnitt eines Verbindungsabstandshalters mit einer Senkung aufzunehmen;
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7 eine teilweise Explosionsansicht eines Abschnitts eines Schaufelaggregats gemäß den Ausführungsformen hier ist;
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8 eine Ansicht eines Beispiels eines Abschnitts eines Schaufelaggregats gemäß den Ausführungsformen hier ist; und
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9 eine Ansicht einer Anordnung eines Verbindungsabstandshalters in dem Schaufelaggregat ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hier beschriebenen Anordnungen beziehen sich auf ein Haltesystem und ein Halteverfahren für eine Leitschaufelkranzanordnung. Hier sind ausführliche Ausführungsformen offenbart; es ist jedoch selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft vorgesehen sind. Deshalb sind die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionalen Einzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine Grundlage für die Ansprüche und als eine repräsentative Grundlage, um es einem Fachmann auf dem Gebiet zu lehren, die Aspekte hier in praktisch jeder geeigneten ausführlichen Struktur verschieden zu verwenden. Ferner sind die hier verwendeten Begriffe und Redewendungen nicht einschränkend vorgesehen, sondern stattdessen, um eine verständliche Beschreibung der möglichen Implementierungen bereitzustellen. Die Anordnungen sind in den 3–9 gezeigt, wobei aber die Ausführungsformen nicht auf die veranschaulichte Struktur oder Anwendung eingeschränkt sind.
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Ein Schaufelaggregat gemäß den Ausführungsformen hier kann mehrere Abstandshalterverbinder enthalten. Die Abstandshalterverbinder können irgendeine geeignete Konfiguration besitzen. Ein Beispiel eines möglichen Abstandshalterverbinders (50) ist in 3 gezeigt.
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Wie gezeigt ist, kann der Abstandshalterverbinder (50) einen Abstandshalterkörper (52), einen ersten Wellenabschnitt (54) und einen zweiten Wellenabschnitt (56) enthalten. Der erste und der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können sich von gegenüberliegenden Stirnflächen (58, 60) des Abstandshalterkörpers (52) erstrecken. Der Abstandshalterkörper (52) kann irgendeine geeignete Konfiguration besitzen. Der Abstandshalterkörper (52) kann z. B. im Wesentlichen zylindrisch sein oder er kann eine aerodynamisch effiziente Form (z. B. eine Tragflächenform oder eine tränenähnliche Form) besitzen. Der Abstandshalterkörper (52) kann eine im Wesentlichen symmetrische Form sein oder kann keine symmetrische Form sein. Die obenerwähnten Konfigurationen sind lediglich als Beispiele bereitgestellt, da andere geeignete Anpassungen für den Abstandshalterkörper (52) möglich sind.
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Der erste Wellenabschnitt (54) und der zweite Wellenabschnitt (56) können im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein, so dass die Längsachse (62) des ersten Wellenabschnitts (54) mit der Längsachse (64) des zweiten Wellenabschnitts (56) im Wesentlichen koaxial ist. Ferner können die Achsen (62, 64) mit dem Abstandshalterkörper (52) im Wesentlichen koaxial sein. Der erste und der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können im Wesentlichen gerade sein. Der erste und der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können irgendeine geeignete Querschnittsform besitzen. Der erste und der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform besitzen. Der erste und/oder der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können eine im Wesentlichen konstante Querschnittsgröße und/oder -form besitzen, oder die Querschnittsgröße und/oder -form des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) können sich entlang wenigstens einem Abschnitt ihrer Längen ändern. Der erste und der zweite Wellenabschnitt (54, 56) können im Wesentlichen zueinander völlig gleich sein oder sie können in einer oder mehreren Beziehungen voneinander verschieden sein.
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Der erste Wellenabschnitt (54) kann ein proximales Ende (66) und ein distales Ende (68) besitzen. Gleichermaßen kann der zweite Wellenabschnitt (56) ein proximales Ende (70) und ein distales Ende (72) besitzen. Die Begriffe ”proximal” und ”distal” werden verwendet, um die Position der Enden der Wellenabschnitte (54, 56) bezüglich des Abstandshalterkörpers (52) anzugeben. Der erste Wellenabschnitt (54) kann eine äußere Umfangsfläche (74) besitzen, während der zweite Wellenabschnitt (56) eine äußere Umfangsfläche (76) besitzen kann.
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Die Abstandshalterverbinder (50) können für eine Bajonettbefestigung an dem oberen und/oder dem unteren Leitschaufelkranz eines Schaufelaggregats ausgelegt sein. Wie ”Bajonettbefestigung” und deren Varianten hier verwendet werden, sind sie eine Weise der Befestigung zwischen einem Steckerelement mit mehreren Vorsprüngen und einer Aufnahme. Das Steckerelement wird in der Aufnahme aufgenommen und darin gedreht, so dass die Vorsprünge von jenen Abschnitten der Aufnahme versetzt werden, die dafür ausgelegt sind, den Durchgang der Vorsprünge zu ermöglichen. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Steckerelement aus der Aufnahme zurückgezogen wird.
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Es sind verschiedene mögliche Konfigurationen möglich, um eine Bajonettbefestigung zwischen den Abstandshalterverbindern (50) und den Leitschaufelkränzen zu erreichen. 3 zeigt ein mögliches Beispiel. Das distale Ende (68, 72) des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) kann dafür ausgelegt sein, es zu erlauben, dass der Abstandshalterverbinder (5) mit einer Bajonettbefestigung an dem oberen und dem unteren Leitschaufelkranz eines Schaufelaggregats befestigt wird. Mehrere Quervorsprünge (78) können sich von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) des distalen Endes (68, 72) des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) erstrecken. Es sei angegeben, dass der Ausdruck ”sich von der äußeren Umfangsfläche des distalen Endes erstrecken” und dessen Varianten bedeuten, dass sich die Quervorsprünge (78) sowohl genau am jeweiligen distalen Ende (68, 72) als auch von Orten, die von dem distalen Ende (74, 76) etwas beabstandet sind, von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) zu dem Abstandshalterkörper (52) erstrecken können, wie in 3 gezeigt ist. Die Quervorsprünge (78) können irgendeine geeignete Form besitzen. Als ein Beispiel können die Quervorsprünge (78) als Nocken (80) konfiguriert sein. Die Quervorsprünge (78) können eine Innenfläche (82) besitzen, die im Wesentlichen flach ist oder anders konfiguriert ist, um im Wesentlichen mit einem Abschnitt eines Leitschaufelkranzes passend in Eingriff zu gelangen.
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Die Quervorsprünge (78) können sich auf irgendeine geeignete Weise von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) des distalen Endes (68, 72) erstrecken. Die Quervorsprünge (78) können sich z. B. im Wesentlichen radial von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56), d. h., im Wesentlichen radial von der Achse (62, 64) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56), erstrecken. In einer Ausführungsform können sich die Quervorsprünge (78) in im Wesentlichen 90 Grad von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56), d. h., im Wesentlichen radial von der Achse (62, 64) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56), erstrecken.
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Es kann irgendeine geeignete Anzahl von Quervorsprüngen (78) vorhanden sein. In einer Ausführungsform können sich zwei Quervorsprünge (78) von der äußeren Umfangsfläche (74, 76) des distalen Endes (68, 72) jedes Wellenabschnitts (54, 56) erstrecken. Es wird jedoch erkannt, dass mehr als zwei Quervorsprünge (78) bereitgestellt sein können. Die mehreren Quervorsprünge (78) können auf irgendeine geeignete Weise um die äußere Umfangsfläche (74, 76) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56) verteilt sein. Die mehreren Quervorsprünge (78) können z. B. im Wesentlichen um die äußere Umfangsfläche (74, 76) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56) gleich beabstandet sein. Alternativ können die mehreren Quervorsprünge (78) um die äußere Umfangsfläche (74, 76) des jeweiligen Wellenabschnitts (54, 56) ungleich beabstandet sein.
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Bezüglich jedes Wellenabschnitts (54, 56) können die mehreren Quervorsprünge (78) im Wesentlichen zueinander völlig gleich sein, oder es kann wenigstens einer der Quervorsprünge (78) in einer oder mehreren Beziehungen von den anderen Quervorsprüngen (78) verschieden sein. Gleichermaßen können die Quervorsprünge (78), die sich von der äußeren Umfangsfläche (74) des ersten Wellenabschnitts (54) erstrecken, zu den Quervorsprüngen (78), die sich von der äußeren Umfangsfläche (76) des zweiten Wellenabschnitts (56) erstrecken, im Wesentlichen völlig gleich sein. Alternativ können die Quervorsprünge (78), die sich von der äußeren Umfangsfläche (74) des ersten Wellenabschnitts (54) erstrecken, von den Quervorsprüngen (78), die sich von der äußeren Umfangsfläche (76) des zweiten Wellenabschnitts (56) erstrecken, in einer oder mehreren Beziehungen verschieden sein, einschließlich in irgendwelchen von denen, die hier beschrieben sind. In einer Ausführungsform kann jeder der Quervorsprünge (78) des ersten Wellenabschnitts (54) im Wesentlichen auf einen entsprechenden der Quervorsprünge (78) des zweiten Wellenabschnitts (56) ausgerichtet sein.
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Der Abstandshalterverbinder (50) kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein. Der Abstandshalterverbinder (50) kann z. B. aus einem rostfreien Stahl der Serie 400, Inconel 718 oder Nimonic80A hergestellt sein, um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Der Abstandshalterverbinder (50) kann auf irgendeine geeignete Weise, wie z. B. Bearbeitung, gebildet werden.
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Der Abstandshalterverbinder (50) kann konfiguriert sein, um die Drehung des Abstandshalterverbinders (50) zu minimieren, wenn er in seiner Betriebsposition installiert ist. Der erste und/oder der zweite Wellenabschnitt (54, 56) des Abstandshalterverbinders (50) können z. B. einen Bereich (84) für den Eingriff mit einem Antidrehelement enthalten. Der Bereich (84) kann z. B. als eine im Wesentlichen flache Oberfläche (86) konfiguriert sein, die auf wenigstens einem des ersten und des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) ausgebildet ist. In einer Ausführungsform kann nur einer der Wellenabschnitte (54, 56) eine flache Oberfläche (86) oder einen anderen Bereich (84) für den Eingriff mit einem Antidrehelement enthalten.
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Es sei angegeben, dass, während der Abstandshalterkörper (52) in 3 als zusammen mit dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt (54, 56) als eine einheitliche Struktur gezeigt ist, die Ausführungsformen des Abstandshalterverbinders (50) nicht auf eine derartige Konfiguration eingeschränkt sind. Es wird in der Tat erkannt, dass der Abstandshalterkörper (52) von den Wellenabschnitten (54, 56) getrennt ausgebildet sein kann. In einem derartigen Fall können der erste und der zweite Wellenabschnitt entgegengesetzte Abschnitte einer (nicht gezeigten) einzigen Welle sein. Der separate Abstandshalterkörper kann einen Durchgang enthalten, der sich hindurch erstreckt, um die einzige Welle aufzunehmen. Der Durchgang kann dafür ausgelegt sein, zu ermöglichen, dass die Quervorsprünge hindurchgehen.
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In 4 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines gemäß den Ausführungsformen hier konfigurierten Schaufelaggregats (90) gezeigt. Das Schaufelaggregat (90) kann einen unteren Leitschaufelkranz (LVR) (92) und einen oberen Leitschaufelkranz (UVR) (94) enthalten. Die Begriffe ”oberer” und ”unterer” werden für die Zweckmäßigkeit verwendet und sind nicht als einschränkend vorgesehen. Der LVR (92) und der UVR (94) können im Allgemeinen ringförmig sein. Der LVR (92) kann eine Außenfläche (96) und eine Innenfläche (98) besitzen. Gleichermaßen kann der UVR (94) eine Außenfläche (100) und eine Innenfläche (102) besitzen. Die Begriffe ”innen” und ”außen” werden bezüglich des relativen Ortes dieser Oberflächen zueinander verwendet. Folglich sind die Innenflächen (98, 102) der Leitschaufelkränze (92, 94) einander zugewandt, während die Außenflächen (96, 100) der Leitschaufelkränze (92, 94) voneinander abgewandt sind.
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In dem LVR (92) können mehrere Öffnungen (104) bereitgestellt sein, während in dem UVR (94) mehrere Öffnungen (106) bereitgestellt sein können. Die Öffnungen (104, 106) können die Aufnahme der Bajonettbefestigung bilden. Die Öffnungen (104, 106) können dafür ausgelegt sein, einen Durchgang eines entsprechenden des ersten und des zweiten Wellenabschnitts (54, 56), der die Quervorsprünge (78) enthält, zu erlauben. Zu diesem Zweck können die Öffnungen (104, 106) Abschnitte (107) enthalten, um die Quervorsprünge (78) aufzunehmen. Die Abschnitte (107) können irgendeine geeignete Konfiguration besitzen. Die Abschnitte (107) können z. B. zu den Quervorsprüngen (78) komplementär geformt sein. Der LVR (92) kann außerdem eine in dessen Außenfläche (96) ausgebildete Senkung (108) enthalten. Der UVR (94) kann außerdem eine in dessen Außenfläche (100) ausgebildete Senkung (110) enthalten.
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Nun wird eine Art des Zusammenbaus eines Schaufelaggregats (90) gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass diese beschriebene Art als ein Beispiel bereitgestellt ist und dass die Ausführungsformen nicht auf das beschriebene spezielle Verfahren eingeschränkt sind. Ferner kann das Verfahren zum Zusammenbau andere Schritte enthalten, die hier nicht beschrieben sind, wobei das Verfahren nicht darauf eingeschränkt ist, jeden beschriebenen Schritt zu enthalten. Außerdem sind die Schritte, die hier als ein Teil des Zusammenbauverfahrens beschrieben sind, nicht auf diese spezielle chronologische Reihenfolge eingeschränkt. In der Tat können einige der Schritte in einer anderen Reihenfolge als der, die beschrieben ist, ausgeführt werden und/oder können wenigstens einige der beschriebenen Schritte gleichzeitig stattfinden.
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Der erste Wellenabschnitt (54) jedes Abstandshalterverbinders (50) kann in eine der Öffnungen (104) in dem LVR (92) von dessen Seite der Innenfläche (98) eingesetzt werden. Ein derartiges Einsetzen kann weitergehen, bis die Quervorsprünge (78) die Öffnung (104) auf der Seite der Außenfläche (96) des LVR (92) verlassen. Als ein Beispiel können sich die Quervorsprünge (78) innerhalb der Senkung (108) des LVR (92) befinden.
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Es können mehrere Schaufeln (88) vorgesehen sein. Wie es in VTG-Turboladern bekannt ist, können mehrere Schaufeln (88) schwenkbar zwischen dem UVR (56) und dem LVR (54) angebracht sein. Die Schaufeln (88) können (nicht gezeigte) Schaufelachsen besitzen, die in (nicht gezeigten) jeweiligen Öffnungen in dem LVR (54) und dem UVR (56) aufgenommen sind. Die Struktur der Schaufeln (88) und ihr Zusammenbau/ihre Befestigung innerhalb eines Schaufelaggregats sind bekannt und sind gleichermaßen hier anwendbar.
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Der UVR (94) kann so positioniert sein, dass jeder der zweiten Wellenabschnitte (56) der Abstandshalterverbinder (50) in einer der Öffnungen (106) in dem UVR (94) von dessen Seite der Innenfläche (102) aufgenommen ist. Die Relativbewegung zwischen den zweiten Wellenabschnitten (56) und dem UVR (94) kann weitergehen, bis die Quervorsprünge (78) die Öffnung (106) auf der Seite der Außenfläche (100) des UVR (94) verlassen. Als ein Beispiel können sich die Quervorsprünge (78) innerhalb der Senkung (110) des UVR (94) befinden.
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Die Abstandshalterverbinder (50) können gedreht werden, so dass die Quervorsprünge (78) an den distalen Enden (68, 72) der Wellenabschnitte (54, 56) von den Öffnungen (104, 106) in den Leitschaufelkränzen (92, 94) versetzt sind. ”Versetzt” enthält, dass kein Abschnitt der Quervorsprünge (78) die Abschnitte (107) der Öffnungen (104, 106) überlappt. ”Versetzt” enthält außerdem die Fälle, in denen die Quervorsprünge eine Minderheit der Abschnitte (107) der Öffnungen (104, 106) überlappen. Es kann irgendein geeigneter Betrag der Drehung der Abstandshalterverbinder (50) ausgeführt werden. In einer Ausführungsform können die Abstandshalterverbinder (50) um etwa 90 Grad bezüglich der Abschnitte (107) der Öffnungen (104, 106) gedreht werden. Die Innenfläche (82) der Quervorsprünge (78) der Wellenabschnitte (54, 56) kann sich im Wesentlichen passend mit einem Abschnitt des jeweiligen Leitschaufelkranzes, wie z. B. den Senkungen (108, 110), in Eingriff befinden.
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Im Ergebnis verbinden die Abstandshalterverbinder (50) die Leitschaufelkränze (92, 94) betriebstechnisch über eine Bajonettbefestigung. Die Abstandshalterkörper (52) können den axialen Abstand zwischen der Innenfläche (98) des LVR (92) und der Innenfläche (102) des UVR (94) steuern. Die Abstandshalterkörper (52) können sich an einem ihrer Enden mit dem LVR (92) und an ihren gegenüberliegenden Enden mit dem UVR (94) direkt in Kontakt befinden. Auf die Leitschaufelkränze (92, 94) kann im Ergebnis des Eingriffs zwischen den Abstandshalterverbindern (50) und den Leitschaufelkränzen (92, 94) eine Klemmbelastung ausgeübt werden. Die Abstandshalterverbinder (50) können außerdem eine Umfangswinkelorientierung der Leitschaufelkränze (92, 94) in Bezug aufeinander aufrechterhalten, um im Wesentlichen eine Ausrichtung zwischen den (nicht gezeigten) Öffnungen für die (nicht gezeigten) Schaufelachsen aufrechtzuerhalten, um ein Blockieren der Schaufeln (88) zu vermeiden.
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Es wird erkannt, dass die distalen Enden (68, 72) des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) im Wesentlichen mit der jeweiligen Außenfläche (96, 100) der Leitschaufelkränze (92, 94) bündig sein können. Alternativ können die distalen Enden (68, 72) des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) von der jeweiligen Außenfläche (96, 100) der Leitschaufelkränze (92, 94) ausgespart sein, indem sie z. B. in der jeweiligen Senkung (108, 110) aufgenommen sind. In einigen Fällen kann es möglich sein, dass die distalen Enden (68, 72) des ersten und/oder des zweiten Wellenabschnitts (54, 56) über die entsprechende Außenfläche (96, 100) der Leitschaufelkränze (92, 94) vorstehen, solange wie die vorstehenden Abschnitte den Bewegungsbereich der Schaufelarme (89) des Schaufelaggregats (90) (7) und/oder das Turbinengehäuse nicht stören.
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Sobald der Abstandshalterverbinder (50) in eine geeignete Position gedreht ist, wird erkannt, dass eine derartige Position im Wesentlichen aufrechterhalten werden sollte. Zu diesem Zweck kann das Schaufelaggregat dafür ausgelegt sein, die Drehung des Abstandshalterverbinders (50) zu minimieren. Die Drehverhinderung des Abstandshalterverbinders (50) kann auf irgendeine geeignete Weise erreicht werden. Wie z. B. oben angegeben worden ist, können der erste und/oder der zweite Wellenabschnitt (54, 56) des Abstandshalterverbinders (50) einen Bereich (84) für den Eingriff mit einem Antidrehelement (z. B. einer flachen Oberfläche (86)) enthalten. Gleichermaßen können die Leitschaufelkränze (92, 94) dafür ausgelegt sein, mit dem Bereich (84) in Eingriff zu gelangen oder ein Antidrehelement für den Eingriff mit dem Bereich (84) aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform können mehrere Öffnungen (114) in einer äußeren Umfangsfläche (112) eines der Leitschaufelkränze, wie z. B. des LVR (92), ausgebildet sein. Eine Öffnung (114) kann für jeden Abstandshalterverbinder (50) bereitgestellt sein. Die Öffnung (114) kann sich bis zur Verbindung mit der Öffnung (104, 106), die in dem jeweiligen Leitschaufelkranz (92, 94) ausgebildet ist, erstrecken. Die Öffnung (114) kann sich im Wesentlichen radial in den entsprechenden Leitschaufelkranz erstrecken.
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Ein Antidrehelement, wie z. B. ein Stift (116), kann in jeder Öffnung (114) aufgenommen sein. Der Stift (116) kann irgendeine geeignete Konfiguration besitzen. In einer Ausführungsform kann der Stift (116) im Wesentlichen gerade sein und kann eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform besitzen. Es sind jedoch andere Konfigurationen möglich. Ein erstes Ende (118) des Stifts (116) kann mit der flachen Oberfläche (86) des Abstandshalterverbinders (50) in Eingriff gebracht werden (z. B. direkt anstoßen). Ein derartiger Eingriff kann die Drehung des Abstandshalterverbinders (50) minimieren. Der Stift (116) kann auf irgendeine geeignete Weise, einschließlich durch mechanischen Eingriff, Befestigungselemente, Klebstoffe und/oder andere geeignete Mittel, in der Öffnung (114) an der Stelle gehalten sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Stift (116) durch das Turbinengehäuse an der Stelle gehalten sein. Wenn das Schaufelaggregat in dem Turbinengehäuse angeordnet ist, können sich sowohl ein zweites Ende (120) des Stifts (116) als auch die äußere Umfangsfläche (112) des LVR (92) mit dem Turbinengehäuse direkt in Kontakt befinden und dadurch verhindern, dass sich der Stift (116) aus der Öffnung (114) zurückzieht.
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Es sollte jedoch angegeben werden, dass die Konfigurationen hier das Schaufelaggregat (90) neuen Belastungen unterwerfen können und Schwachstellen in der Anordnung erzeugen können. Die Einbeziehung der Öffnung (114) in einen oder beide der Leitschaufelkränze (92, 94) kann z. B. diese Strukturen schwächen. Die Leitschaufelkränze (92, 94) können durch die Einbeziehung der Abschnitte (107) in die Öffnungen (104, 106) weiter geschwächt werden. Die Quervorsprünge (78) (z. B. die Nocken (80)) können außerdem den Leitschaufelkränzen (92, 94) strukturelle Belastungen auferlegen. Gemäß den Ausführungsformen hier können die Quervorsprünge (78) und die Abschnitte (107) angeordnet sein, um die Belastung auf einen oder beide der Leitschaufelkränze (92, 94) zu minimieren.
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Zu diesem Zweck können die Abschnitte (107) der Öffnungen (104, 106) in im Wesentlichen 45 Grad zu der radialen Richtung (R) orientiert sein, die im Wesentlichen zur Achse der Öffnung (112) parallel sein kann, wie im Allgemeinen in 9 gezeigt ist. Ferner können die Abstandshalterverbinder (50) um etwa 90 Grad von den Abschnitten (107) gedreht sein. Im Ergebnis kann sich die Endposition der Quervorsprünge (78) bei etwa 45 Grad zur radialen Richtung (R) befinden. Auf diese Weise können die Öffnungsabschnitte (107) und die Quervorsprünge (78) die Öffnung (114), die den Antidrehstift (116) aufnimmt, im Allgemeinen überspannen. Folglich können die strukturellen Belastungen auf die und/oder die Schwachstelle der Leitschaufelkränze (92, 94) aufgrund der Quervorsprünge (78) und/oder der Öffnungsabschnitte (107) von irgendeiner Schwachstelle, die durch die Ergänzung der Öffnung (114) für den Antidrehstift (116) eingeführt wird, versetzt sein, wobei dadurch eine unangemessene Ausrichtung derartiger Faktoren vermieden wird.
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Es sind jedoch sowohl andere Anordnungen der Abschnitte (107) und der Quervorsprünge (78) als auch ein anderer Betrag, um den die Abstandshalterverbinder (50) gedreht sind, möglich. Als ein Beispiel können die Abschnitte (107) der Öffnungen (104, 106) in im Wesentlichen 90 Grad zur radialen Richtung orientiert sein, wie in den 5 und 6 gezeigt ist. Die Abstandshalterverbinder (50) können um irgendeinen geeigneten Betrag gedreht sein, um irgendeinen geeigneten Winkel zwischen den Quervorsprüngen (78) und der radialen Richtung zu erreichen.
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Es wird erkannt, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren zahlreiche Vorteile bereitstellen können. Das Abstandshalterverbindersystem kann z. B. die Schaufelaggregatanordnung formschlüssig zusammensetzen. Ferner erfordern die hier bereitgestellten Ausführungsformen keine engen Toleranzen. Außerdem vermeiden die hier beschriebenen Ausführungsformen Presspassungen, teure verschraubte Verbindungen oder Schweißprozesse. Außerdem erlauben die hier beschriebenen Ausführungsformen, dass das Schaufelaggregat strukturell vom Turbinengehäuse entkoppelt ist. Diese und weitere Vorteile können gemäß den Ausführungsformen hier verwirklicht sein.
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Die Begriffe ”ein” und ”eine”, wie sie hier verwendet werden, sind als eins oder mehr als eins definiert. Der Begriff ”mehrere”, wie er hier verwendet wird, ist als zwei oder mehr als zwei definiert. Der Begriff ”ein weiterer”, wie er hier verwendet wird, ist als wenigstens ein zweiter oder mehr definiert. Die Begriffe ”enthaltend” und/oder ”besitzend”, wie sie hier verwendet werden, sind als umfassend definiert (d. h. offene Sprache).
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Die hier beschriebenen Aspekte können in anderen Formen und Kombinationen verkörpert sein, ohne vom Erfindungsgedanken oder dessen wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Folglich wird selbstverständlich erkannt, dass die Ausführungsformen nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Einzelheiten eingeschränkt sind, die lediglich beispielhaft angegeben sind, und dass verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche möglich sind.
