DE112013002306T5 - Abgasturbolader - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1), umfassend ein Turbinengehäuse (2), das einen Turbinengehäuseeintritt (8) und einen Turbinengehäuseaustritt (9) für Abgas aufweist und das einen Wastegatekanal (19) zwischen dem Turbinengehäuseeintritt (8) und dem Turbinengehäuseaustritt (9) aufweist, und eine Klappenanordnung (10) mit einem verschwenkbaren Klappenteller zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals (19), wobei der Klappenteller als elastische Federscheibe (11) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Zur Ladedruckregelung ist der gattungsgemäße Abgasturbolader mit einem Wastegatekanal versehen, der unter Umgehung des Turbinenrades den Turbineneintritt mit dem Turbinenaustritt verbindet. Durch diesen Wastegate- oder Bypasskanal kann bei Erreichen des erforderlichen Ladedrucks zumindestens ein Teil der Abgasmenge um die Turbine bzw. das Turbinenrad herum geleitet werden. Zum Öffnen und Schließen dieses Wastegatekanals ist eine Wastegateklappe vorgesehen, die auch als Ladedruckregelklappe bezeichnet wird. Diese Ladedruckregelklappe ist über ein Gestänge mit einem Aktuator verbunden, der beispielsweise als pneumatische oder elektrische Steuerdose ausgebildet sein kann.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff das Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der bei kostengünstiger Herstellung und Montage wartungsarm und effizient betrieben werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, die Klappenanordnung für den Wastegate-Kanal möglichst einfach und wartungsarm auszugestalten.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß wird der Klappenteller der Klappenanordnung als elastische Federscheibe ausgebildet. Die Federscheibe ist dabei kein weiteres Bauteil innerhalb der Klappenanordnung, sondern es wird vielmehr der gesamte Klappenteller als elastische Federscheibe ausgebildet. So liegt im geschlossenen Zustand der Klappenanordnung die Federscheibe direkt am Turbinengehäuse an und dichtet somit direkt den Wastegate-Kanal (auch: Bypass) ab.
- Die elastisch verformbare Federscheibe dichtet den Wastegate-Kanal durch ihre Flexibilität ab. Die Federscheibe kompensiert dabei den Verzug und die Auswirkungen, beispielsweise eine Schiefstellung, infolge der Bauteiltoleranzen.
- Zum Verstellen der Federscheibe ist im Turbinengehäuse eine Klappenwelle drehbar gelagert. An einem Ende der Klappenwelle greift eine Regelstange an. Die Regelstange wird beispielsweise über einen Aktor bewegt. Am anderen, innen liegenden Ende der Klappenwelle ist die Federscheibe über einen Hebel angebunden. Durch Rotation der Klappenwelle verschwenkt sich die Federscheibe und somit wird der Wastegate-Kanal geöffnet und geschlossen. Besonders bevorzugt ist eine direkte und starre Anbindung der als Klappenteller ausgebildeten Federscheibe mit der Klappenwelle vorgesehen. Hierzu bedarf es einer direkten und möglichst spielfreien Verbindung zwischen dem Hebel und der Klappenwelle sowie einer direkten und möglichst spielfreien Verbindung zwischen dem Hebel und der Federscheibe. So ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Hebel mit der Klappenwelle einstückig gefertigt ist, oder dass eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Verschweißung, zwischen Klappenwelle und Hebel ausgebildet wird. Für die möglichst direkte und spielfreie Verbindung zwischen Hebel und Federscheibe liegt die Federscheibe insbesondere direkt am Hebel auf.
- Besonders bevorzugt ist in der Federscheibe eine Ausnehmung vorgesehen. Durch diese Ausnehmung ragt ein Bolzen. Der Bolzen wird entweder mit dem Hebel verbunden oder ist einstückiger Bestandteil des Hebels. Die Federscheibe wird somit zwischen einem Kopf des Bolzens und dem Hebel oder zwischen dem Hebel und einem auf den Bolzen aufgesteckten Gegenstück eingeklemmt. Das Gegenstück wird mit dem Bolzen entweder verschraubt oder verschweißt.
- Durch die direkte und starre Anbindung der Federscheibe an die Klappenwelle werden Schwingungen zwischen diesen Bauteilen weitestgehend vermieden, sodass weder ein Akustikproblem noch ein signifikanter Schwingungsreibverschleiß entsteht.
- Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
-
1 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 und3 eine Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
4 eine Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
5 eine Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, -
6 eine Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und -
7 eine Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. -
1 zeigt einen Abgasturbolader1 in teilweise aufgeschnittener Darstellung. Der in1 allgemein gezeigte Aufbau des Abgasturboladers trifft für alle Ausführungsbeispiele zu. Gemäß1 umfasst der Abgasturbolader1 ein Turbinengehäuse2 , ein Verdichtergehäuse3 und ein zwischen dem Turbinengehäuse2 und dem Verdichtergehäuse3 angeordnetes Lagergehäuse4 . In dem Turbinengehäuse2 ist ein Turbinenrad5 angeordnet. In dem Lagergehäuse4 ist eine Welle6 drehbeweglich gelagert. In dem Verdichtergehäuse3 befindet sich ein Verdichterrad7 . Das Turbinenrad5 und das Verdichterrad7 sind drehfest auf der Welle6 montiert. Über einen Turbinengehäuseeintritt8 wird Abgas eingeleitet. Dieses Abgas strömt auf das Turbinenrad5 und verlässt die Anordnung über einen Turbinengehäuseaustritt9 . Über das Abgas wird das Turbinenrad5 in Rotation versetzt. Über die Welle6 wird somit auch das Verdichterrad7 in Rotation versetzt. Über das Verdichterrad7 wird Ladeluft für eine Brennkraftmaschine verdichtet. - In dem Turbinengehäuse
2 ist ein Wastegate-Kanal19 (siehe3 ) ausgebildet. Über diesen Wastegate-Kanal19 kann das Abgas direkt vom Turbinengehäuseeintritt8 , unter Umgehung des Turbinenrades5 , zum Turbinengehäuseaustritt9 geführt werden. Der Wastegate-Kanal19 ist mittels einer Klappenanordnung10 verschließbar. - Die Klappenanordnung
10 umfasst einen Klappenteller, der erfindungsgemäß als Federscheibe11 ausgebildet ist. Diese Federscheibe11 liegt im geschlossenen Zustand der Klappenanordnung10 dicht am Turbinengehäuse2 an und schließt somit den Wastegate-Kanal19 . - Über einen Hebel
12 ist die Federscheibe11 mit einer Klappenwelle13 verbunden. Die Klappenwelle13 ist drehbeweglich im Turbinengehäuse2 angeordnet. Am äußeren Ende der Klappenwelle13 greift eine Regelstange14 an. Die Regelstange14 wird über einen Aktor15 , beispielsweise eine pneumatische Steuerdose, bewegt. - Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile werden in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die
2 bis7 zeigen schematische, vereinfachte Darstellungen der Klappenanordnung10 . -
2 und3 zeigen den genauen Aufbau der Klappenanordnung10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in2 zu sehen ist, ist die Klappenwelle13 über einen Gleitlager23 drehbeweglich im Turbinengehäuse2 aufgenommen. Die Klappenwelle13 wird zusammen mit dem Hebel12 bevorzugt einstückig gefertigt. - Alternativ ist auch eine sehr steife Verschraubung oder eine Schweißverbindung zwischen Klappenwelle
13 und Hebel12 möglich. -
3 zeigt im Detail die Verbindung zwischen dem Hebel12 und der Federscheibe11 . In der Federscheibe11 ist eine mittige Ausnehmung vorgesehen. Die Federscheibe11 liegt direkt am Hebel12 an. Ein Bolzen16 mit einem Bolzenkopf17 wird durch die Ausnehmung in der Federscheibe gesteckt und mit dem Hebel12 verschraubt. Die Federscheibe11 ist somit zwischen dem Bolzenkopf17 und dem Hebel12 eingeklemmt. Im gezeigten Beispiel ist der Bolzenkopf17 dem Wastegate-Kanal19 zugewandt. - Die ringförmig, vollumfänglich ausgebildete Dichtfläche an der Federscheibe
11 ist als vollumfänglich ausgebildete Sicke18 ausgestaltet. -
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier der Bolzenkopf17 sehr viel größer ausgebildet. Der Bolzenkopf17 weist eine Kopfhöhe20 auf. Senkrecht zur Kopfhöhe20 wird ein Durchmesser21 des Wastegate-Kanals19 gemessen. Die Kopfhöhe20 beträgt zumindest 30% des Durchmessers21 . Damit der gesamte Bolzenkopf17 im Wastegate-Kanal19 Platz findet, ist der Wastegate-Kanal19 zum Turbinengehäuseaustritt hin9 aufgeweitet. -
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Bolzen16 einstückig gefertigt mit dem Hebel12 . Auf der dem Wastegate-Kanal19 zugewandten Seite wird ein Gegenstück22 auf den Bolzen16 aufgesteckt. Die Federscheibe11 ist somit zwischen dem Hebel12 und dem Gegenstück22 eingeklemmt. Das Gegenstück22 wird mit dem Bolzen16 verschweißt. -
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Im vierten Ausführungsbeispiel ist die Federscheibe11 wiederum mittels eines Gegenstückes22 , welches mit dem Bolzen16 verschweißt wird, geklemmt. Die dichtende Fläche der Federscheibe11 ist im vierten Ausführungsbeispiel als eine zum Wastegate-Kanal19 hin vorgebogene Fläche ausgebildet. -
7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Im fünften Ausführungsbeispiel ist der Bolzen16 einstückig gefertigt mit dem Hebel12 . Auf dem Bolzen16 ist ein Gewinde ausgebildet. Entsprechend ist das Gegenstück22 als Mutter ausgebildet. Die Federscheibe11 wird zwischen dem Gegenstück22 und dem Hebel12 eingeklemmt. Die Dichtfläche ist als Sicke18 ausgebildet. - Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigte Ausbildung der Dichtfläche an der Federscheibe
11 ist unabhängig von den verschiedenen Beispielen der gezeigten Anbindungen der Federscheibe11 an den Hebel12 . So kann beispielsweise in jedem Ausführungsbeispiel die Dichtfläche sowohl als Sicke18 als auch als eine zum Wastegate-Kanal19 hin gebogene Fläche ausgebildet werden. - Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den
1 bis7 Bezug genommen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abgasturbolader
- 2
- Turbinengehäuse
- 3
- Verdichtergehäuse
- 4
- Lagergehäuse
- 5
- Turbinenrad
- 6
- Welle
- 7
- Verdichterrad
- 8
- Turbinengehäuseeintritt
- 9
- Turbinengehäuseaustritt
- 10
- Klappenanordnung
- 11
- Federscheibe (Klappenteller)
- 12
- Hebel
- 13
- Klappenwelle
- 14
- Regelstange
- 15
- Aktor
- 16
- Bolzen
- 17
- Bolzenkopf
- 18
- Sicke
- 19
- Wastegate-Kanal
- 20
- Kopfhöhe
- 21
- Durchmesser des Wastegate-Kanals
- 22
- Gegenstück
- 23
- Gleitlager
Claims (10)
- Abgasturbolader (
1 ), umfassend: – ein Turbinengehäuse (2 ), – das einen Turbinengehäuseeintritt (8 ) und einen Turbinengehäuseaustritt (9 ) für Abgas aufweist und – das einen Wastegatekanal (19 ) zwischen dem Turbinengehäuseeintritt (8 ) und dem Turbinengehäuseaustritt (9 ) aufweist, und – eine Klappenanordnung (10 ) mit einem verschwenkbaren Klappenteller zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals (19 ), dadurch gekennzeichnet, – dass der Klappenteller als elastische Federscheibe (11 ) ausgebildet ist. - Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (
11 ) zur direkten, dichten Auflage am Turbinengehäuse (2 ) im geschlossenen Zustand der Klappenanordnung (10 ) angeordnet ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenanordnung (
10 ) eine im Turbinengehäuse (2 ) drehbar gelagerte Klappenwelle (13 ) und einen Hebel (12 ) umfasst, wobei der Hebel (12 ) die Federscheibe (11 ) drehfest mit der Klappenwelle (13 ) verbindet. - Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenwelle (
13 ) mit dem Hebel (12 ) einstückig gefertigt ist, oder dass die Klappenwelle (13 ) mit dem Hebel (12 ) verschweißt ist. - Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (
11 ) eine Ausnehmung umfasst, und der Hebel (12 ) mittels eines durch die Ausnehmung ragenden Bolzens (16 ) mit der Federscheibe (11 ) verbunden ist. - Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, die Federscheibe (
11 ) direkt am Hebel (12 ) anliegt. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger, äußerer Anteil der Federscheibe (
11 ) als Dichtfläche ausgebildet ist. - Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche als Sicke (
18 ) ausgebildet ist. - Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche zum Wastegatekanal (
19 ) hin vorgebogen ist. - Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (
11 ) aus Federstahl gefertigt ist
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