DE112013001944T5 - Regelklappenanordnung eines Abgasturboladers - Google Patents

Regelklappenanordnung eines Abgasturboladers Download PDF

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Abstract

Regelklappenanordnung (1) eines mit einem Turbinengehäuse (2) versehenen Abgasturboladers (3) mit einem Klappenteller (4), und mit einer Klappenwelle (5), die über einen äußeren Klappenhebel (6) mit einer Regelstange (7) eines Antriebs (8) verbunden ist, die über einen inneren Klappenwellenhebel (9) mit dem Klappenteller (4) verbunden ist, und die mittels einer Buchse (10) im Turbinengehäuse (2) geführt ist, gekennzeichnet durch eine erste Dichtfläche (11) an einem stirnseitigen Ende der Buchse (10), eine der ersten Dichtfläche (11) gegenüberliegenden zweite Dichtfläche (12) an dem äußeren Klappenhebel (6) oder dem inneren Klappenwellenhebel (9), und einen Formdichtring (13), der im Querschnitt betrachtet zumindest einen Hohlraum (14) aufweist, wobei der Formdichtring (13) gleichzeitig an der ersten Dichtfläche (11) und an der zweiten Dichtfläche (12) anliegt, und wobei der Formdichtring (13) zur Entfaltung seiner Dichtwirkung in Axialrichtung (15) der Klappenwelle (5) verpresst und deformiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regelklappenanordnung eines mit einem Turbinengehäuse versehenen Abgasturboladers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • 5 zeigt eine vorbekannte Regelklappenanordnung 100. Zu sehen ist eine Buchse 110, die in ein Turbinengehäuse eingesetzt wird. In dieser Buchse 110 ist eine Klappenwelle 105 drehbar gelagert. An einem Ende der Klappenwelle 105 ist ein Klappenwellenhebel 109 befestigt. Dieser Klappenwellenhebel 109 ist verbunden mit einem Klappenteller 104, beispielsweise zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Kanals. Die Abdichtung zwischen der Klappenwelle 105 und der Buchse 110 erfolgt über zwei Kolbenringe 101, die mittig in der Klappenwelle 105 angeordnet sind. Die vorbekannte Regelklappenanordnung 100 ist nur unzureichend dazu in der Lage, die im Betrieb auftretenden Spalte und Spiele aufgrund von Laufspiel, Verkippen und Rotation auszugleichen, so dass der Austritt von Abgas mit Ruß als Leckgas in die Motorperipherie nicht in zufriedenstellender Weise verhindert werden kann.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelklappenanordnung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 3 angegebenen Art zu schaffen, die auf sichere Art und Weise eine Abdichtung zwischen der Buchse und der Klappenwelle ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben jeweils vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Die erfindungsgemäße Abdichtung erfolgt jeweils mit einem Formdichtring, der am stirnseitigen Ende der Buchse angeordnet wird. Der Formdichtring kann axial verpresst werden und dabei zwischen dem stirnseitigen Ende der Buchse und dem äußeren Klappenhebel oder dem inneren Klappenwellenhebel abdichten. Alternativ dazu ist es möglich, den Formdichtring radial zu verpressen. Bei der radialen Anordnung dichtet der Formdichtring zwischen der Klappenwelle und einer nach innen gerichteten Wandung der Buchse.
  • In beiden Fällen kommt erfindungsgemäß ein Formdichtring zum Einsatz, der in seinem Querschnitt betrachtet zumindest einen Hohlraum aufweist. Insbesondere ist der Formdichtring in einer V- oder S-Form ausgebildet. Aufgrund dieses Hohlraums ist es möglich, den Formdichtring in axialer oder radialer Richtung ausreichend zu verpressen oder zu deformieren. Durch die Deformation des Formdichtrings entsteht eine Spannung im Formdichtring, die der deformierenden Kraft entgegenwirkt und somit zur Entfaltung der Dichtwirkung des Formdichtrings führt.
  • Der äußere Klappenhebel oder der innere Klappenwellenhebel können auch einstückig mit der Klappenwelle gefertigt werden.
  • Der Formdichtring wird insbesondere aus Metall gefertigt und wird im Kraftnebenschluss angeordnet, um eine unzulässig starke Verpressung zu vermeiden.
  • Durch das neue Design der Regelklappenanordnung wird erreicht, dass die Spiele und Spalte während des Betriebes ausgeglichen werden und der Abgas- und Rußaustritt weitestgehend vermieden wird. Damit ist auch das Problem der Verschmutzung angrenzender Bauteile mit Ruß und der Eintritt von Abgas in das Fahrerhaus gelöst. Die Emissionen in die Umwelt werden unterbunden und das Abgas bzw. der Ruß können nur über den Katalysator und den Partikelfilter ins Freie gelangen.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine perspektive geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
  • 2 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Regelklappenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Regelklappenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 4 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Regelklappenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
  • 5 eine Regelklappenanordnung gemäß dem Stand der Technik.
  • In 1 ist ein Abgasturbolader 3 dargestellt, der ein Turbinengehäuse 2 aufweist, in dem eine erfindungsgemäße Regelklappenanordnung 1 angeordnet werden kann, die unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 näher erläutert wird.
  • 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Regelklappenanordnung 1, bestehend aus einem Klappenteller 4 zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Kanals. Der Klappenteller 4 ist über einen inneren Klappenwellenhebel 9 mit einer Klappenwelle 5 verbunden. Diese Klappenwelle 5 erstreckt sich durch das Turbinengehäuse 2 hindurch nach außen. Am äußeren Ende der Klappenwelle 5 ist ein äußerer Klappenhebel 6 befestigt. Der Klappenhebel 6 steht wiederum in Verbindung mit einer Regelstange 7. Die Regelstange 7 wird bewegt über einen Antrieb 8.
  • 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Regelklappenanordnung 1 im Detail. Gemäß 2 befindet sich im Turbinengehäuse 2 eine Buchse 10. In dieser Buchse 10 ist die Klappenwelle 5 drehbeweglich aufgenommen. Entsprechend der Klappenwelle 5 wird eine Axialrichtung 15 und eine Radialrichtung 16 definiert. Am stirnseitigen Ende der Buchse 10 ist eine Nut 19 ausgebildet. Die Nut 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel in radialer Richtung 16 nach außen offen und in axialer Richtung 15 nach außen offen. In der Nut 19 ist ein Formdichtring 13 angeordnet.
  • Ein stirnseitiges Ende der Buchse 10 stellt eine erste Dichtfläche 11 dar. Dieser ersten Dichtfläche 11 liegt eine zweite Dichtfläche 12 gegenüber. Die zweite Dichtfläche 12 ist am Klappenhebel 6 ausgebildet. Der Formring 13 dichtet zwischen diesen beiden Dichtflächen 11, 12.
  • Der Formdichtring 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel V-förmig ausgebildet. Die V-Form umfasst, im Querschnitt betrachtet, einen ersten Schenkel 17 und einen zweiten Schenkel 18. Diese beiden Schenkel 17, 18 sind nicht parallel zueinander, so dass jeder Schenkel 17, 18 ein freies Ende aufweist und die anderen Enden der Schenkel 17, 18 miteinander verbunden sind. Die freien Ende der Schenkel 17, 18 liegen an den Dichtflächen 11, 12 an. Die Dichtwirkung entsteht durch ein axiales Verpressen und Deformieren des Formdichtrings 13 in Axialrichtung 15. Durch diese Deformation entsteht eine Spannung im Formdichtring 13, so dass der Formdichtring 13 seine Schenkel 17, 18 gegen die Dichtflächen 11, 12 presst.
  • Die Nut 19 weist in Axialrichtung 15 eine Nuttiefe 20 auf. Die Nuttiefe 20 ist so gewählt, dass ein zu starkes Verpressen des Formdichtrings 13 vermieden wird. Bevor nämlich der Formdichtring 13 zerstört wird, stößt der Klappenhebel 6 gegen die Buchse 10 und der Formdichtring 13 ist sicher innerhalb der Nut 19 aufgenommen.
  • Der Formdichtring 13 weist einen Hohlraum 14 auf. Aufgrund dieses Hohlraums 14 unterscheidet sich der Formdichtring 13 wesentlich von einer einfachen, scheibenförmig ausgebildeten Dichtung. Der Hohlraum 14 ist wichtig, um eine ausreichende Deformation des Formdichtrings 13 beim Verpressen zu erreichen und somit auch eine ausreichende Spannung im Formdichtring 13 aufzubauen.
  • 3 zeigt die Regelklappenanordnung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die ersten beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich darin, dass im zweiten Ausführungsbeispiel der Formdichtring S-förmig ausgebildet ist. Dadurch weist der Formdichtring 13 zwei Hohlräume 14 auf. Auch im zweiten Ausführungsbeispiel wird der Formdichtring 13 in Axialrichtung 15 verpresst.
  • 4 zeigt die Regelklappenanordnung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Formdichtring 13 in einer V-Form mit zwei Schenkeln 17, 18 ausgebildet. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel öffnet sich jedoch die V-Form des Formdichtrings 13 im dritten Ausführungsbeispiel in Axialrichtung 15.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Formdichtring 13 in Radialrichtung 16 verspannt. Hierzu bedarf es einer ersten Dichtfläche 11 an einer der Klappenwelle 5 zugewandten Innenwandung der Buchse 10. Entsprechend ist die zweite Dichtfläche 12 an der Mantelfläche der Klappenwelle 5 definiert. Die Nut 19 am stirnseitigen Ende der Buchse 10 öffnet sich also in Axialrichtung 15 nach außen und in Radialrichtung 16 nach innen. Der Formdichtring 13 liegt wiederum mit den freien Enden seiner Schenkel 17, 18 an den Dichtflächen 11, 12 an.
  • Obwohl die Erfindung voranstehend am Beispiel einer Regelklappenanordnung erläutert worden ist, kann die Dichtanordnung auch beim Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie zum Einsatz kommen.
  • Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Regelklappenanordnung
    2
    Turbinengehäuse
    3
    Abgasturbolader
    4
    Klappenteller
    5
    Klappenwelle
    6
    äußerer Klappenhebel
    7
    Regelstange
    8
    Antrieb
    9
    innerer Klappenwellenhebel
    10
    Buchse
    11
    erste Dichtfläche
    12
    zweite Dichtfläche
    13
    Formdichtung
    14
    Hohlraum
    15
    Axialrichtung
    16
    Radialrichtung
    17
    erster Schenkel
    18
    zweiter Schenkel
    19
    Nut
    20
    Nuttiefe
    100
    Regelklappenanordnung nach dem Stand der Technik
    101
    Kolbenringe nach dem Stand der Technik
    104
    Klappenteller nach dem Stand der Technik
    105
    Klappenwelle nach dem Stand der Technik
    109
    Klappenwellenhebel nach dem Stand der Technik
    110
    Buchse nach dem Stand der Technik

Claims (10)

  1. Regelklappenanordnung (1) eines mit einem Turbinengehäuse (2) versehenen Abgasturboladers (3) – mit einem Klappenteller (4), und – mit einer Klappenwelle (5), • die über einen äußeren Klappenhebel (6) mit einer Regelstange (7) eines Antriebs (8) verbunden ist, • die über einen inneren Klappenwellenhebel (9) mit dem Klappenteller (4) verbunden ist, und • die mittels einer Buchse (10) im Turbinengehäuse (2) geführt ist, gekennzeichnet durch – eine erste Dichtfläche (11) an einem stirnseitigen Ende der Buchse (10), – eine der ersten Dichtfläche (11) gegenüberliegenden zweite Dichtfläche (12) an dem äußeren Klappenhebel (6) oder dem inneren Klappenwellenhebel (9), und – einen Formdichtring (13), der im Querschnitt betrachtet zumindest einen Hohlraum (14) aufweist, wobei der Formdichtring (13) gleichzeitig an der ersten Dichtfläche (11) und an der zweiten Dichtfläche (12) anliegt, und wobei der Formdichtring (13) zur Entfaltung seiner Dichtwirkung in Axialrichtung (15) der Klappenwelle (5) verpresst und deformiert ist.
  2. Regelklappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Buchse (10) eine in Axialrichtung (15) nach außen offene Nut (19) zur Aufnahme des Formdichtrings (13) ausgebildet ist.
  3. Regelklappenanordnung (1) eines mit einem Turbinengehäuse (2) versehenen Abgasturboladers (3) – mit einem Klappenteller (4), und – mit einer Klappenwelle (5), • die über einen äußeren Klappenhebel (6) mit einer Regelstange (7) eines Antriebs (8) verbunden ist, • die über einen inneren Klappenwellenhebel (9) mit dem Klappenteller (4) verbunden ist, und • die mittels einer Buchse (10) im Turbinengehäuse (2) geführt ist, gekennzeichnet durch – eine der Klappenwelle (5) zugewandte erste Dichtfläche (11) an der Buchse (10), – eine der ersten Dichtfläche (11) gegenüberliegende zweite Dichtfläche (12) an der Klappenwelle (5), und – einen Formdichtring (13), der im Querschnitt betrachtet zumindest einen Hohlraum (14) aufweist, wobei der Formdichtring (13) gleichzeitig an der ersten Dichtfläche (11) und an der zweiten Dichtfläche (12) anliegt, und wobei der Formdichtring (13) zur Entfaltung seiner Dichtwirkung in Radialrichtung (16) der Klappenwelle (5) verpresst und deformiert ist.
  4. Regelklappenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Buchse (10) eine in Radialrichtung (16) nach innen und in Axialrichtung (15) nach außen offene Nut (19) zur Aufnahme des Formdichtrings (13) ausgebildet ist.
  5. Regelklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formdichtring (13) durch zwei zueinander nichtparallele Schenkel (17, 18) im Querschnitt betrachtet V-förmig ist, wobei der Formdichtring (13) lediglich mit den freien Enden der Schenkel (17, 18) an der ersten und zweiten Dichtfläche (11, 12) anliegt.
  6. Regelklappenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formdichtring (13) im Querschnitt betrachtet S-förmig ist.
  7. Regelklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtfläche (11) parallel zur zweiten Dichtfläche (12) angeordnet ist.
  8. Regelklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formdichtring (13) aus Metall besteht.
  9. Regelklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formdichtring (13) im Kraftnebenschluss angeordnet ist.
  10. Abgasturbolader (3) – mit einem Turbinengehäuse (2), und – mit einer im Turbinengehäuse (2) angeordneten Regelklappenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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