DE112013003016T5

DE112013003016T5 - Stangenendenspannvorrichtung und selbsteinstellendes Stangenende

Info

Publication number: DE112013003016T5
Application number: DE112013003016.0T
Authority: DE
Inventors: Stan Arnold; Daniel N. Ward
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-03-05
Also published as: KR20150044428A; CN104395580A; US20150159548A1; WO2014011470A1; CN109057945B; CN104395580B; RU2015102900A; KR102036851B1; US9726075B2; IN2015DN00471A; CN109057945A

Abstract

Ein selbsteinstellendes Stangenende (10), das ein Stangenendengehäuse (12) umfasst, welches einen Verbinderteil (16), einen Kugelgehäuseteil (14) mit einer Öffnung (18) und einen in der Öffnung (18) angeordneten Laufbahneinsatz (26) enthält. Eine Stangenendenkugel (20) ist in dem Laufbahneinsatz (26) angeordnet, und eine Stangenendenspannvorrichtung (30) ist zum Anlegen einer Kraft (F) an ein Ende der Stangenendenkugel (20) positioniert. Die Stangenendenspannvorrichtung (30) enthält einen Klemmenteil (32) mit einem sich davon erstreckenden Federarm (34), wobei der Klemmenteil (32) ein Paar Greifarme (38) enthält, die zur Ineingriffnahme des Verbinderteils (16) positioniert sind. Der Federarm (34) enthält eine Kontaktspitze (36), die dem Ende der Stangenendenkugel (20) gegenüberliegt.

Description

HINTERGRUND
Heutige Verbrennungsmotoren müssen von Verbrauchern und Behörden geforderte immer weiter verschärfte Emissions- und Effizienzstandards erfüllen. Demgemäß unternehmen Kraftfahrzeughersteller und Zulieferer große Anstrengungen und setzen hohe Geldmittel für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung des Betriebs des Verbrennungsmotors ein. Turbolader sind ein Bereich der Motorentwicklung, der in diesem Fall von besonderem Interesse ist.
Ein Turbolader verwendet normalerweise verschwendete Abgasenergie zum Antrieb einer Turbine. Die Turbine ist an einer Welle befestigt, die wiederum einen Verdichter antreibt. Die Turbine wandelt die Wärme und die kinetische Energie des Abgases in den Verdichter antreibende Rotationsenergie um. Das Ziel eines Turboladers besteht darin, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors durch Erhöhen der Dichte der in den Motor eintretenden Luft zu verbessern. Der Verdichter saugt Umgebungsluft an und verdichtet sie in den Einlasskrümmer und letztendlich die Zylinder. Somit tritt bei jedem Einlasshub eine größere Luftmasse in die Zylinder ein.
Vorausgesetzt, dass ein Turbolader das Abgas direkt vom Motor handhaben muss, versteht sich, dass die Komponenten eines Turboladers extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Da der Turbolader am Motor angebracht ist, sind der Turbolader und seine Nebenkomponenten auch Schwingungen ausgesetzt. Neben der Temperatur tragen Motorschwingungen auch zu Verschleiß zwischen den verschiedenen Nebenkomponenten bei, darunter VTG-Gestänge (VTG – variable turbine geometry/variable Turbinengeometrie).
Insbesondere enthalten die VTG-Gestänge Stangenenden, die zu Verschleiß neigen. Die Stangenenden werden aufgrund von zwei Verschleißarten verschlissen: Druck/Geschwindigkeit und Schwingungseinwirkungen. Während der anfänglichen Lebensdauer der Anordnung ist Verschleiß auf Druck/Geschwindigkeit beschränkt und ist relativ langsam und linear. Bei Verschleißspiel zwischen Kugel und Laufbahn wird die Schwingungseinwirkung jedoch vorherrschend. Die Schwingungseinwirkungsverschleißrate ist viel steiler und führt schnell zu Komponentenversagen. Demgemäß besteht Bedarf für ein selbsteinstellendes Stangenende, das Verschleißspiel zwischen der Kugel und der Laufbahn ausgleicht.
KURZDARSTELLUNG
Es werden hierin eine Stangenendenspannvorrichtung und ein selbsteinstellendes Stangenende bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform enthält das selbsteinstellende Stangenende ein Stangenendengehäuse, eine Stangenendenkugel und eine Stangenendenspannvorrichtung. Das Stangenendengehäuse umfasst einen Kugelgehäuseteil und einen Verbinderteil. Der Kugelgehäuseteil enthält eine Lageröffnung, die zur Aufnahme eines Laufbahneinsatzes bemessen und konfiguriert ist. Die Stangenendenkugel ist in dem Laufbahneinsatz eingesetzt.
Die Stangenendenspannvorrichtung enthält einen Klemmenteil mit einem sich davon erstreckenden Federarm. Der Klemmenteil enthält ein Paar Greifarme und ist zur Ineingriffnahme des Verbinderteils konfiguriert. Der Federarm wirkt zum Anlegen einer Kraft an das Ende der Stangenendenkugel. An einem distalen Ende des Federarms befindet sich eine Kontaktspitze, die dem Ende der Stangenendenkugel gegenüberliegt. Die Stangenendenspannvorrichtung wirkt zum Drücken der Stangenendenkugel in den Laufbahneinsatz. Demgemäß beseitigt die Spannvorrichtung etwaiges durch Verschleiß verursachtes Spiel zwischen dem Laufbahneinsatz und der Stangenendenkugel.
Bei einer anderen Ausführungsform liegt die Stangenendenspannvorrichtung in Form einer Federklemme vor, die ein Stangenendengehäuse von oben und unten in Eingriff nimmt. In diesem Fall enthält die Laufbahn einen inneren und einen äußeren Laufbahnteil, die miteinander verschachtelt sind. Der innere Laufbahnteil kann ein Spaltring sein, der gestattet, dass sich der innere Laufbahnteil gegen die Stangenendenkugel zusammenzieht, wenn die Kugel und die Laufbahnteile aneinander abreiben. Die Spannvorrichtung ergreift einen Belleville-Dichtring zwischen einem Querträgerteil und dem inneren Laufbahnteil. Der Querträgerteil legt zusammen mit dem Belleville-Dichtring Druck an den inneren Laufbahnteil an, der wiederum am äußeren Laufbahnteil gleitet, um den inneren Laufbahnteil gegen die Stangenendenkugel zu drücken, wenn die Komponenten verschlissen werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform enthält das selbsteinstellende Stangenende ein Stangenendengehäuse und eine Spannvorrichtung in Form einer Federklemme. In diesem Fall drückt die Federklemme über eine Kontaktrippe, die an einem federbelasteten Querträger angeordnet ist, gegen die Stangenendenkugel, wodurch Druck an die Stangenendenkugel angelegt wird. Der federbelastete Querträger kann vorbelastet oder vorgeformt sein, indem eine bogenförmige Krümmung in dem Querträgerteil bereitgestellt wird, so dass er eine zusätzliche Kraft an die Stangenendenkugel anlegt.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform enthält das selbsteinstellende Stangenende eine Stangenendenkugel, die in einem Laufbahneinsatz läuft, der wiederum im Kugelgehäuse angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform enthält der Kugelgehäuseteil ein Paar Druckstege, die zum Anlegen von Druck an den Laufbahneinsatz konfiguriert sind. Die Druckstege quetschen den Laufbahneinsatz gegen die Stangenendenkugel, so dass das sich aus etwaigem Verschleiß zwischen den beiden Komponenten ergebende Spiel durch Zusammendrücken des Laufbahneinsatzes ausgeglichen wird.
Diese und weitere Aspekte der offenbarten Technologie werden nach Betrachtung der detaillierten Beschreibung und Figuren hierin ersichtlich. Es versteht sich jedoch, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche in ihrer erteilten Fassung bestimmt werden soll und nicht dadurch, ob der angeführte Erfindungsgegenstand jeglichen oder allen im Teil über den Hintergrund angeführten Problemen begegnet oder irgendwelche in dieser Kurzdarstellung angeführten Merkmale oder Aspekte enthält.
ZEICHNUNGEN
Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Stangenendenspannvorrichtung und des selbsteinstellenden Stangenendes, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform, werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszahlen in sämtlichen der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, wenn nicht anders angegeben.
1 ist eine als Teilquerschnitt ausgeführte Seitenansicht, die ein selbsteinstellendes Stangenende darstellt, das eine Stangenendenspannvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform enthält;
2 ist eine als Teilquerschnitt ausgeführte Seitenansicht, die ein selbsteinstellendes Stangenende gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
3 ist eine als Teilquerschnitt ausgeführte Seitenansicht, die ein selbsteinstellendes Stangenende darstellt, das eine Stangenendenspannvorrichtung gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform enthält; und
4 ist eine als Teilquerschnitt ausgeführte Seitenansicht, die ein selbsteinstellendes Stangenende gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die einen Teil hiervon bilden und als Veranschaulichung bestimmte beispielhafte Ausführungsformen zeigen, ausführlicher beschrieben. Diese Ausführungsformen werden in ausreichender Einzelheit offenbart, um einem Fachmann die Ausübung der Erfindung zu ermöglichen. Ausführungsformen können jedoch in vielen verschiedenen Formen implementiert werden und sollten nicht als die hierin angeführten Ausführungsformen einschränkend ausgelegt werden. Die folgende detaillierte Beschreibung soll deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden. Obgleich das selbsteinstellende Stangenende im Zusammenhang mit einem Turbolader-VTG-Gestänge beschrieben wird, kann das offenbarte Stangenende in anderen Anwendungen verwendet werden.
Das in 1 gezeigte selbsteinstellende Stangenende 10 enthält ein Stangenendengehäuse 12, eine Stangenendenkugel 20 und eine Stangenendenspannvorrichtung 30, die hierin auch als Federspannvorrichtung bezeichnet wird. Das Stangenendengehäuse 12 umfasst einen Kugelgehäuseteil 14 und einen Verbinderteil 16. Der Verbinderteil 16 kann ein mit einem Gewinde versehener Verbinder entweder mit einem Außen- oder Innengewinde sein, wie in der Technik bekannt ist. Der Kugelgehäuseteil 14 enthält eine Lageröffnung 18, die zur Aufnahme eines Laufbahneinsatzes 26 bemessen und konfiguriert ist. Die Stangenendenkugel 20 ist in dem Laufbahneinsatz 26 eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform enthält die Stangenendenkugel 20 einen Gewindeteil 22, der zum Beispiel zur Ineingriffnahme eines Gestängearms 24 wirkt.
Die Federspannvorrichtung 30 enthält einen Klemmenteil 32 mit einem sich davon erstreckenden Federarm 34. Der Klemmenteil 32 ist zur Ineingriffnahme des Verbinderteils 16 des Stangenendengehäuses 12 konfiguriert. Der Klemmenteil 32 enthält ein Paar Greifarme 38, die den Verbinderteil 16 umgreifen. Der Federarm 34, der auch als Träger bezeichnet werden kann, wirkt zum Anlegen einer Kraft F an das Ende der Stangenendenkugel 20. An einem distalen Ende des Federarms 34 befindet sich eine Kontaktspitze 36, die dem Ende der Stangenendenkugel 20 gegenüberliegt, wie gezeigt. Es versteht sich, dass die Federspannvorrichtung 30 zum Drücken der Stangenendenkugel 20 in den Laufbahneinsatz wirkt. Demgemäß beseitigt die Spannvorrichtung 30 Spiel zwischen dem Laufbahneinsatz 26 und der Stangenendenkugel 20. Deshalb ist das Stangenende selbsteinstellend, um Verschleiß zwischen den Komponenten auszugleichen. Die Federspannvorrichtung kann aus einem beliebigen geeigneten elastischen Material, wie zum Beispiel verschiedenen Metallen, bestehen. Zum Beispiel und ohne Einschränkung kann die Federspannvorrichtung aus einem Federstahl hergestellt sein.
2 stellt ein selbsteinstellendes Stangenende 110 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform dar. Bei dieser Ausführungsform liegt die Stangenendenspannvorrichtung 130 in Form einer Federklemme vor, die ein Stangenendengehäuse 112 von oben und unten in Eingriff nimmt. Die Unterseite des Stangenendes ist als das Ende definiert, von dem sich die Stangenendenkugel 120 erstreckt, wobei die Oberseite die gegenüberliegende Seite des Stangenendes ist. In diesem Fall enthält die Laufbahn einen inneren Laufbahnteil 126 und einen äußeren Laufbahnteil 128. Der innere Laufbahnteil 126 kann ein Spaltring sein, der einen radial verlaufenden Schlitz aufweist, der gestattet, dass sich der innere Laufbahnteil gegen die Stangenendenkugel 120 zusammenzieht, wenn die Kugel und die Laufbahnteile aneinander abreiben. Wie in der Figur zu sehen, ist der innere Laufbahnteil 126 in dem äußeren Laufbahnteil 128 verschachtelt.
Die Spannvorrichtung 130 ergreift einen Belleville-Dichtring 140 zwischen einem Querträgerteil 134 und dem inneren Laufbahnteil 126. Die Spannvorrichtung 130 enthält ein Paar Finger 138, die die Unterseite des äußeren Laufbahnteils 128 in Eingriff nehmen. Ein federbelasteter Querträger 134 erstreckt sich zwischen den Fingern 138 und legt eine nach unten gerichtete Kraft an den Belleville-Dichtring 140 an, der wiederum gegen den inneren Laufbahnteil 126 drückt. Da der Querträgerteil federbelastet ist, legt er zusammen mit dem Belleville-Dichtring Druck an den inneren Laufbahnteil 126 an, der wiederum am äußeren Laufbahnteil gleitet, um den inneren Laufbahnteil gegen die Stangenendenkugel 120 zu drücken. In diesem Fall enthalten die Finger Kontaktrippen 144, die dem äußeren Laufbahnteil gegenüberliegen. Die Spannvorrichtung 130 kann mehrere Zentrierrippen 142 enthalten, die den Außenflächen des Stangenendengehäuses gegenüberliegen, um die Spannvorrichtung am Stangenendengehäuse zentriert zu halten. Bei Abrieb des inneren und äußeren Laufbahnteils (126, 128) an der Stangenendenkugel 120 drückt die Spannvorrichtung 130 den inneren Laufbahnteil 126 gegen die Stangenendenkugel 120, wodurch Verschleiß ausgeglichen oder das Stangenende selbsteingestellt wird.
3 stellt ein selbsteinstellendes Stangenende 210 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform dar. Das selbsteinstellende Stangenende 210 enthält ein Stangenendengehäuse 212 ähnlich dem oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen. Bei dieser Ausführungsform liegt die Spannvorrichtung 230 jedoch in Form einer Federklemme vor, die gegen die Stangenendenkugel 220 drückt. Die Spannvorrichtung 230 enthält ein Paar Finger 238, die das untere Ende des Stangenendengehäuses 212 in Eingriff nehmen. Ein federbelasteter Querträger 234 erstreckt sich zwischen den Fingern 238 und enthält eine Kontaktrippe 236, die Druck an die Stangenendenkugel 220 anlegt. In diesem Fall enthält die Spannvorrichtung 230 mehrere Positionierrippen 240, die die Spannvorrichtung 230 ordnungsgemäß am Stangenendengehäuse 212 positioniert halten. Wie oben anhand von 1 bezüglich der ersten Ausführungsform erläutert, kann die Spannvorrichtung 230 aus einem Federstahl bestehen. Obgleich der Querträger 234 in der Figur als nach der Installation allgemein flach gezeigt wird, kann der federbelastete Querträger 234 vorbelastet oder vorgeformt sein, indem eine bogenförmige Krümmung im Querträgerteil 234 vorgesehen wird, so dass er zusätzliche Kraft an die Stangenendenkugel 220 anlegt, wenn die Finger 238 das untere Ende des Stangenendengehäuses 212 in Eingriff nehmen.
4 stellt ein selbsteinstellendes Stangenende 310 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform dar. In diesem Fall enthält das selbsteinstellende Stangenende 310 eine Stangenendenkugel 320, die in einem Laufbahneinsatz 326 läuft, der wiederum im Kugelgehäuseteil 314 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform enthält der Kugelgehäuseteil 314 ein Paar Druckstege 342, die zum Anlegen von Druck an den Laufbahneinsatz 326 konfiguriert sind. Die Druckstege 314 können durch Ausbilden einer Nut 315 um die Innenseite der Lageröffnung 318 herum gebildet werden. Die Druckstege 342 quetschen den Laufbahneinsatz 326 gegen die Stangenendenkugel 320, so dass das sich aus etwaigem Verschleiß zwischen den beiden Komponenten ergebende Spiel durch Zusammendrücken des Laufbahneinsatzes 326 ausgeglichen wird. Es sollte auf der Hand liegen, dass der Laufbahneinsatz 326 und die Stangenendenkugel 320 in den Kugelgehäuseteil 314 gedrückt werden, so dass die Komponenten vor-komprimiert werden. Des Weiteren kann der Laufbahneinsatz 326 in Form eines Spaltrings vorliegen, um Zusammendrücken und/oder Montage des selbsteinstellenden Stangenendes 310 weiter zu erleichtern.
Demgemäß sind die Stangenendenspannvorrichtung und das selbsteinstellende Stangenende mit einem auf die beispielhaften Ausführungsformen gerichteten gewissen Grad an Besonderheit beschrieben worden. Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass an den beispielhaften Ausführungsformen Modifikationen oder Änderungen durchgeführt werden können, ohne von den hier enthaltenen Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Selbsteinstellendes Stangenende (10), umfassend: ein Stangenendengehäuse (12), enthaltend: einen Verbinderteil (16), einen Kugelgehäuseteil (14) mit einer Öffnung (18) und einen in der Öffnung (18) angeordneten Laufbahneinsatz (26); eine in dem Laufbahneinsatz (26) eingesetzte Stangenendenkugel (20); und eine zum Anlegen einer Kraft (F) an ein Ende der Stangenendenkugel (20) positionierte Stangenendenspannvorrichtung (30).
Selbsteinstellendes Stangenende (10) nach Anspruch 1, wobei die Stangenendenspannvorrichtung (30) einen Klemmenteil (32) mit einem sich davon erstreckenden Federarm (34) enthält.
Selbsteinstellendes Stangenende (10) nach Anspruch 2, wobei der Klemmenteil (32) ein Paar Greifarme (38) enthält, die zur Ineingriffnahme des Verbinderteils (16) angeordnet sind.
Selbsteinstellendes Stangenende (10) nach Anspruch 2, wobei der Federarm (34) eine Kontaktspitze (36) enthält, die dem Ende der Stangenendenkugel (20) gegenüberliegt.
Selbsteinstellendes Stangenende (110), umfassend: ein Stangenendengehäuse (112), enthaltend: einen Verbinderteil (16), einen Kugelgehäuseteil (14) mit einer Öffnung (18) und einen in der Öffnung (18) angeordneten Laufbahneinsatz (126, 128), wobei der Laufbahneinsatz (126, 128) einen inneren (126) und einen äußeren (128) Laufbahnteil enthält, die miteinander verschachtelt sind; eine in dem Laufbahneinsatz (126, 128) eingesetzte Stangenendenkugel (120); und eine Stangenendenspannvorrichtung (130), die zum Anlegen einer Kraft (F) an den inneren (126) oder äußeren (128) Laufbahnteil positioniert ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 5, wobei der innere Laufbahnteil (126) ein Spaltring ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 5, wobei die Stangenendenspannvorrichtung (130) eine Federklemme ist, die zur Ineingriffnahme des Stangenendengehäuses (112) von oben nach unten positioniert ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 7, wobei die Federklemme (130) ein Paar Finger (138), die zur Ineingriffnahme einer Unterseite des Laufbahneinsatzes (126, 128) positioniert sind, und einen federbelasteten Querträger (134), der sich zum Anlegen einer Kraft (F) an den inneren (126) oder äußeren (128) Laufbahnteil zwischen den Fingern (138) erstreckt, enthält.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 8, wobei jeder der Finger (138) mindestens eine Zentrierrippe (142) enthält, die so positioniert ist, dass sie dem Stangenendengehäuse (112) gegenüberliegt.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Belleville-Dichtring (140), der zwischen dem Querträgerteil (134) und dem einen von dem inneren (126) und äußeren (128) Laufringteil angeordnet ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (110) nach Anspruch 9, wobei der Querträger (134) durch eine bogenförmige Krümmung vorbelastet ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (210), umfassend: ein Stangenendengehäuse (212), enthaltend: einen Verbinderteil (16), einen Kugelgehäuseteil (14) mit einer Öffnung (18) und einen in der Öffnung (18) angeordneten Laufbahneinsatz (26); eine in dem Laufbahneinsatz (26) eingesetzte Stangenendenkugel (220); und eine zum Anlegen einer Kraft (F) an ein Ende der Stangenendenkugel (220) positionierte Federklemme (230).
Selbsteinstellendes Stangenende (210) nach Anspruch 12, wobei die Federklemme (230) ein Paar Finger (238), die zur Ineingriffnahme des Stangenendengehäuses (212) positioniert sind, und einen sich zwischen den Fingern (238) erstreckenden federbelasteten Querträger (234) enthält, wobei der Querträger (234) eine zum Anlegen von Druck an die Stangenendenkugel (220) positionierte Kontaktrippe (236) enthält.
Selbsteinstellendes Stangenende (210) nach Anspruch 13, wobei der federbelastete Querträger (234) durch eine bogenförmige Krümmung vorbelastet ist.
Selbsteinstellendes Stangenende (210) nach Anspruch 12, wobei die Federklemme (230) mehrere Positionierrippen (240) enthält.