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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsventil für eine mehrflutige Turbine eines Abgasturboladers, eine entsprechende Turbine und einen Abgasturbolader.
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Hintergrund der Erfindung
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Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Turboladern ausgestattet. Bekannte Abgasturbolader weisen ein Turbinengehäuse, ein Verdichtergehäuse und ein Lagergehäuse auf, das üblicherweise turbinenseitig mit dem Turbinengehäuse und verdichterseitig mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Im Lagergehäuse ist eine Welle gelagert, die das Turbinenrad und das Verdichterrad trägt. Je nach Bauweise des Turboladers können weitere Komponenten wie zum Beispiel Wastegateanordnungen oder Bypassvorrichtungen vorgesehen sein.
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Je nach Anforderungsprofil werden moderne Abgasturbolader außerdem mit mehrflutigen Turbinen beziehungsweise Turbinengehäusen ausgestattet, um negative Einflüsse des Druckverlaufs (in den Abgaskrümmern) auf die Leistung und Effizienz der Turbine und somit des Abgasturboladers zu vermeiden. Dabei werden die Abgase bestimmter Zylinder in jeweils eigene Voluten der Turbinengehäuse geleitet. Diese Art von Abgasturboladern ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Motors und somit niedrigen Abgasvolumenströmen von Vorteil. Bei hohen Leistungsabfragen und somit hohen Motordrehzahlen kann sich das Abgasvolumen der jeweiligen Zylinder so stark erhöhen, dass der maximal mögliche Volumenstrom durch die einzelnen Voluten erreicht oder sogar überschritten wird. In der Folge wird ein Gegendruck für den Motor aufgebaut.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demnach eine Lösung bereitzustellen, die die vorangehend beschriebenen negativen Effekte verringert oder beseitigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsventil gemäß Anspruch 1, eine mehrflutige Turbine gemäß Anspruch 19 und einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 28.
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Das erfindungsgemäße Verbindungsventil weist ein Gehäuse und einen Ventilkörper auf, der in dem Gehäuse entlang einer ersten Achse verschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper umfasst einen Verschlussteil, der ausgelegt ist, um eine Verbindungsöffnung zwischen einer ersten Volute und einer zweiten Volute einer mehrflutigen Turbine zu verschließen.
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Das erfindungsgemäße Verbindungsventil beziehungsweise eine Turbine oder ein Abgasturbolader mit einem derartigen Verbindungsventil ermöglicht es, dass bei hohen Leistungsabfragen und somit hohen Abgasvolumenströmen eine Verbindungsöffnung zwischen den Voluten der mehrflutigen Turbine geöffnet werden kann. Wenn die Verbindungsöffnung frei gegeben ist, kann der Abgasstrom aus sämtlichen Zylindern den gesamten maximal möglichen Volumenstrom durch alle Voluten des Turbinengehäuses nutzen.
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Ein weiterer Vorteil besteht in der speziellen Ausgestaltung des Verbindungsventils. Dadurch, dass das Ventil als Schiebeventil ausgestaltet ist, werden nur sehr geringe Kräfte zum Betätigen des Ventils benötigt. Die Einbaulage des Ventils trägt ebenfalls zu einer Reduzierung der benötigten Kräfte bei, da weder beim Öffnen noch beim Schließen des Verbindungsventils das Verschlussteil direkt entgegen der Strömungsrichtung des Abgasvolumens bewegt werden muss, sondern ungefähr senkrecht zur Strömungsrichtung verschoben wird. Die Konstruktion des Verbindungsventils und dessen Einbaulage reduzieren außerdem eine Leckage zwischen den Kanälen der Voluten im geschlossenen Zustand des Ventils.
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Weitere Vorteile bestehen im sehr einfachen Aufbau und der einfachen Fertigung sowie Montage des Verbindungsventils, wodurch auch eine Größenskalierung für die jeweilige Anwendung (in Abhängigkeit der Größe der Motoren und der entsprechenden Abgasturbolader) sehr gut möglich ist.
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In Ausgestaltungen kann der Ventilkörper einen Schaft aufweisen, der sich ausgehend von dem Verschlussteil und parallel zur ersten Achse erstreckt. Der Schaft kann sich durch einen entsprechenden, röhrenförmigen Durchgang des Gehäuses hindurch erstrecken.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann außerdem eine Buchse vorgesehen sein. Insbesondere kann die Buchse zwischen dem Schaft und dem Gehäuse in dem Durchgang angeordnet sein und als Lager für den Ventilkörper dienen. Die Buchse aus einem entsprechend ausgewählten Material hat den Vorteil, dass sie als Lager für den Schaft dient und gleichzeitig eine reibungsverlustarme axiale Bewegung des Schafts ermöglicht. Die Buchse kann an einem Ende einen Kragen aufweisen, der mit einer entsprechenden Flanschfläche des Gehäuses zusammenwirkt. Der Kragen dient zum Festlegen der Position und/oder dem Befestigen der Buchse im Gehäuse und verhindert ein Verrutschen. Entlang des Umfangs des Schaftes kann mindestens eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtmittels vorgesehen sein. Insbesondere können zum Beispiel zwei oder drei ringförmige Nuten vorgesehen sein. Als Dichtmittel können z.B. O-Ringe verwendet werden. Die Nuten in Kombination mit einem Dichtmittel erzeugen eine Abdichtung gegenüber der Umgebung und sind vorteilhaft für das Unterbinden von Leckage des Abgasstroms in die Umgebung.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Schaft einen konischen Abschnitt aufweisen. Insbesondere kann der konische Abschnitt gleichzeitig als Anschlagsfläche und als Dichtfläche dienen, wodurch eine Abdichtung gegenüber der Umgebung erzeugt wird. Dadurch wird ebenfalls eine Leckage des Abgasstroms verringert beziehungsweise unterbunden. Die konische Ausgestaltung ist insbesondere bei hohen Drehzahlen/Abgasströmen und somit komplett geöffnetem Verbindungsventil von Vorteil. Der konische Abschnitt kann im Bereich des Austritts des Schaftes aus dem Verschlussteil vorgesehen sein. Das Gehäuse oder die Buchse können einen trichterförmigen Abschnitt aufweisen. Der trichterförmige Abschnitt kann als Anschlagsfläche und Dichtfläche dienen und mit dem konischen Abschnitt des Schaftes zusammenwirkt, um die Dichtung zu generieren.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Ventilkörper mit Verschlussteil und Schaft als ein integrales Bauteil ausgestaltet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtzahl der Komponenten des Verbindungsventils gering ist. Dadurch wird auch die Montage erleichtert und der Zeitaufwand für die Montage verkürzt.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Verschlussteil sich entlang einer ersten Hauptausdehnungsrichtung parallel zu einer zweiten Achse erstrecken. Die zweite Achse verläuft ungefähr senkrecht zur ersten Achse. Der Verschlussteil kann sich außerdem entlang einer zweiten Hauptausdehnungsrichtung parallel zur ersten Achse erstrecken. Insbesondere kann eine Erstreckung parallel zur zweiten Achse größer sein als eine Erstreckung parallel zur ersten Achse. Der Verschlussteil kann eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die ungefähr parallel zu einer Ebene angeordnet sein, die von der ersten Achse und der zweiten Achse aufgespannt wird. Insbesondere können die ersten und zweiten Oberflächen an den in Richtung der zweiten Achse gelegenen Enden über abgerundete Kanten, miteinander verbunden sein. Der Verschlussteil kann weiterhin erste und zweite Seitenflächen aufweisen, wobei die erste Achse senkrecht auf den ersten und zweiten Seitenflächen steht. Insbesondere kann sich der Schaft von einer der Seitenflächen aus erstrecken.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Gehäuse an seiner Außenseite Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen können insbesondere im Bereich des Durchgangs angeordnet sein.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Gehäuse mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Gehäuses an einem Turbinengehäuse umfassen.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann ein Aktuator vorgesehen sein. Der Aktuator kann ein Aktuator-Stellglied umfassen, das mit dem Schaft verbunden ist, um diesen entlang der ersten Achse verschieben zu können. Der Aktuator kann mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Die Erfindung umfasst außerdem eine mehrflutige Turbine für einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse, wobei das Turbinengehäuse eine erste Volute und eine zweite Volute aufweist, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. In der Trennwand ist eine Verbindungsöffnung vorgesehen, über die entsprechende Strömungskanäle der ersten Volute und der zweiten Volute miteinander verbunden sind. Die mehrflutige Turbine umfasst außerdem ein Verbindungsventil gemäß irgendeiner der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen.
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In Ausgestaltungen der Turbine kann das Verbindungsventil derart mit dem Turbinengehäuse gekoppelt sein, dass sich der Verschlussteil des Ventilkörpers beim Öffnen und Schließen ungefähr senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases im Bereich der Verbindungsöffnung bewegt.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Verbindungsventil derart mit dem Turbinengehäuse gekoppelt sein, dass der Verschlussteil des Ventilkörpers in einer geschlossenen Stellung des Verbindungsventils die Verbindungsöffnung vollständig verschließt.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann in einer ersten Wand der Verbindungsöffnung, die ungefähr parallel zur zweiten Achse angeordnet ist, eine erste Nut vorgesehen sein, die entsprechend einer Seitenfläche des Verschlussteils ausgestaltet ist und die bei geschlossener Stellung des Verbindungsventils einen Randbereich des Verschlussteils aufnimmt.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, können einander gegenüberliegende zweite und dritte Wände der Verbindungsöffnung, die ungefähr parallel zur ersten Achse angeordnet sind, zweite und dritte Nuten aufweisen, wobei die abgerundeten Kanten des Verschlussteils in den zweiten und dritten Nuten geführt sind.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Gehäuse des Verbindungsventils an dem Turbinengehäuse befestigt sein.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Turbinengehäuse außerdem in einer Außenwand im Bereich der Verbindungsöffnung eine Aussparung aufweisen, die es dem Ventilkörper ermöglicht in das Turbinengehäuse zu ragen, sodass der Verschlussteil des Ventilkörpers in einer geschlossenen Stellung des Verbindungsventils die Verbindungsöffnung verschließt.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Ventilkörper mit Verschlussteil stufenlos verschoben werden, wodurch ein stufenloses Öffnen beziehungsweise ein stufenloses Verschließen der Verbindungsöffnung ermöglicht wird. Dies hat den Vorteil, dass der Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung exakt geregelt werden kann.
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In Ausgestaltungen der Turbine, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Turbinengehäuse einen Hauptkörper und ein Anschlussstück umfasst, wobei die Verbindungsöffnung und das Verbindungsventil im Bereich des Anschlussstücks angeordnet sind. Vorteilhaft an einer derartigen Konstruktion ist, dass je nach Einbauort und Einbaulage des Abgasturboladers in der jeweiligen Anwendung über ein entsprechendes Anschlussstück eine erfindungsgemäße Turbine mit Verbindungsventil vorgesehen werden kann.
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Die Erfindung umfasst außerdem einen Abgasturbolader mit einer mehrflutigen Turbine gemäß irgendeiner der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen. Wie eingangs erwähnt, ermöglicht ein derartiger Abgasturbolader, zum Beispiel bei hohen Leistungsabfragen und somit hohen Abgasvolumenströmen, ein Öffnen der Verbindungsöffnung zwischen den Voluten der mehrflutigen Turbine. Somit kann der Abgasstrom aus sämtlichen Zylindern den gesamten maximal möglichen Volumenstrom durch alle Voluten des Turbinengehäuses nutzen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt eine isometrische Ansicht eines Teilschnitts des erfindungsgemäßen Verbindungsventils gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Verbindungsventils gemäß des Ausführungsbeispiels aus 1;
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3 zeigt eine isometrische Ansicht eines Teilschnitts des erfindungsgemäßen Verbindungsventils und einen Teil eines Turbinengehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt zwei Schnittansichten des erfindungsgemäßen Verbindungsventils und einen Teil eines Turbinengehäuses gemäß eines Ausführungsbeispiels.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verbindungsventil zusammen mit der erfindungsgemäßen mehrflutigen Turbine beziehungsweise einem mit einer solchen Turbine ausgestatteten Abgasturbolader beschrieben.
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1 zeigt einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Verbindungsventil 10 in isometrischer Ansicht. 2 zeigt eine Schnittansicht durch das Verbindungsventil 10. 1 und 2 zeigen beide die Komponenten des Verbindungsventils 10. Das Verbindungsventil 10 weist ein Gehäuse 100 und einen Ventilkörper 200 auf, der in dem Gehäuse 100 entlang einer ersten Achse A1 verschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper 200 umfasst einen Verschlussteil 210. Dieser ist ausgelegt, um eine Verbindungsöffnung 532 zwischen einer ersten Volute 510 und einer zweiten Volute 520 einer mehrflutigen Turbine zu verschließen (siehe 3 und 4).
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Die beiden Voluten 510, 520 (in der Literatur wird für Volute auch der Begriff Flut verwendet) umfassen jeweils einen Kanal im Turbinengehäuse 500, der zumindest teilweise schneckenförmig/spiralförmig ausgebildet ist. Die Voluten 510, 520 beziehungsweise die Kanäle der Voluten 510, 520 münden in einer Öffnung zum Turbinenrad hin. Zu den Voluten beziehungsweise den Kanälen der Voluten 510, 520 zählen insbesondere auch anfänglich gerade Kanalabschnitte, die in die schneckenförmigen/spiralförmigen Kanalabschnitte übergehen.
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Das erfindungsgemäße Verbindungsventil 10 beziehungsweise eine Turbine oder ein Abgasturbolader mit einem derartigen Verbindungsventil 10 ermöglicht es, dass bei hohen Leistungsabfragen und somit hohen Abgasvolumenströmen eine Verbindungsöffnung 532 zwischen den Voluten 510, 520 bei mehrflutigen Turbinen geöffnet werden kann. Wenn die Verbindungsöffnung frei gegeben ist, kann der Abgasstrom aus sämtlichen Zylindern den gesamten, also den maximal möglichen Volumenstrom durch alle Voluten des Turbinengehäuses 500 nutzen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungsventils 10 besteht in seiner speziellen Ausgestaltung. Dadurch, dass das Verbindungsventil 10 als Schiebeventil ausgestaltet ist, werden nur sehr geringe Kräfte zum Betätigen des Ventils benötigt. Die Einbaulage des Verbindungsventils 10 trägt ebenfalls zu einer Reduzierung der benötigten Kräfte bei, da weder beim Öffnen noch beim Schließen des Verbindungsventils 10 das Verschlussteil 210 direkt entgegen der Strömungsrichtung des Abgasvolumens bewegt werden muss, sondern ungefähr senkrecht zur Strömungsrichtung verschoben wird (siehe Lage des Verbindungsventils im Turbinengehäuse z.B. in 3). Die Konstruktion des Verbindungsventils 10 und dessen Einbaulage reduzieren außerdem eine Leckage zwischen den Kanälen der Voluten 510, 520 im geschlossenen Zustand des Verbindungsventils 10.
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Weitere Vorteile bestehen im sehr einfachen Aufbau und der einfachen Fertigung sowie Montage des Verbindungsventils 10, wodurch eine Größenskalierung für die jeweilige Anwendung (in Abhängigkeit der Größe der Motoren und der entsprechenden Abgasturbolader) sehr gut möglich ist. So ist der Ventilkörper 200 mit Verschlussteil 210 und Schaft 220 in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 als ein integrales Bauteil ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtzahl der Komponenten des Verbindungsventils 10 relativ gering ist. Dadurch wird die Montage erleichtert und der Zeitaufwand für die Montage verkürzt.
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Wie in 1 bis 4 gezeigt, hat der Ventilkörper 200 einen Schaft 220, der sich ausgehend von dem Verschlussteil 210 und parallel zur ersten Achse A1 erstreckt. Der Schaft 220 erstreckt sich durch einen röhrenförmigen Durchgang 110 des Gehäuses 100 hindurch. Außerdem ist eine Buchse 300 vorgesehen, die zwischen dem Schaft 220 und dem Gehäuse 100 in dem Durchgang 110 angeordnet ist. Die Buchse 300 dient als Lager für den Ventilkörper 200. Die Buchse 300 ist aus einem entsprechend ausgewählten Material gefertigt (zum Beispiel eine Materialkombination für Schaft/Ventilkörper und Buchse, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist). Dies hat den Vorteil, dass die Buchse 300 einerseits als Lager für den Schaft 220 und somit den gesamten Ventilkörper 200 dient und andererseits gleichzeitig eine reibungsverlustarme axiale Bewegung des Ventilkörpers 200 ermöglicht. Die Buchse 300 weist an einem Ende einen Kragen 320 auf (siehe z.B. 2 und 4), der mit einer entsprechenden Flanschfläche des Gehäuses 100 zusammenwirkt. Der Kragen 320 dient zum Festlegen der Position und/oder dem Befestigen der Buchse 300 im Gehäuse 100 und verhindert ein Verrutschen der Buchse 300. Entlang des Umfangs des Schaftes 220 sind mehrere ringförmige Nuten zur Aufnahme entsprechender Dichtmittel vorgesehen. Es können zum Beispiel eine, zwei oder drei (wie in der Figuren dargestellt) ringförmige Nuten vorgesehen sein. Als Dichtmittel können z.B. O-Ringe verwendet werden. Die Nuten in Kombination mit den Dichtmitteln erzeugen eine Abdichtung gegenüber der Umgebung. Dadurch wird die Leckage des Abgasstroms in die Umgebung verringert bzw. unterbunden.
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Wie insbesondere in 2 und 4 zu erkennen, weist der Schaft 220 einen konischen Abschnitt 230 auf. Der konische Abschnitt 230 dient gleichzeitig als Anschlagsfläche und als Dichtfläche. Über die Dichtfläche wird eine weitere effektive Abdichtung gegenüber der Umgebung erzeugt, die eine Leckage des Abgasstroms unterbindet. Dies ist insbesondere bei hohen Drehzahlen/Abgasströmen und somit komplett geöffnetem Verbindungsventil von Vorteil. Der konische Abschnitt 230 ist im Bereich des Austritts des Schaftes 210 aus dem Verschlussteil 210 angeordnet (siehe z.B. 2 und 4). Die Buchse 300 weist einen zum konischen Abschnitt 230 komplementären trichterförmigen Abschnitt 310 auf. Der trichterförmige Abschnitt 310 dient somit ebenfalls als Anschlagsfläche und Dichtfläche und wirkt mit dem konischen Abschnitt 230 des Schaftes 220 zusammen, um die Abdichtung herzustellen.
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Der Verschlussteil 210 des Ventilkörpers 200 erstreckt vorwiegend entlang einer ersten Hauptausdehnungsrichtung parallel zu einer zweiten Achse A2. Die zweite Achse A2 verläuft ungefähr senkrecht zur ersten Achse A1. Der Verschlussteil 210 erstreckt sich außerdem entlang einer zweiten Hauptausdehnungsrichtung parallel zur ersten Achse A1 (siehe 1, 2 und 3). In der dargestellten Ausführungsform ist eine Erstreckung parallel zur zweiten Achse A2 (Länge des Verschlussteils 210) größer als eine Erstreckung parallel zur ersten Achse A1 (Breite des Verschlussteils 210). Die Länge und die Breite des Verschlussteils 210 können aber auch gleich groß sein oder die Breite kann größer als die Länge sein.
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Der Verschlussteil 210 hat eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die ungefähr parallel zu der Ebene angeordnet ist, die von der ersten Achse A1 und der zweiten Achse A2 aufgespannt wird (siehe z.B. 2). Die ersten und zweiten Oberflächen sind an den in Richtung der zweiten Achse A2 gelegenen Enden über abgerundete Kanten 212, 214 miteinander verbunden. Die abgerundete Kante 212 ist zum Beispiel in 1 gut zu erkennen. Neben den Oberflächen oder Oberseite hat der Verschlussteil 210 außerdem erste und zweite Seitenflächen. Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich steht die erste Achse A1 senkrecht auf den ersten und zweiten Seitenflächen. Der Schaft 220 erstreckt sich ausgehend von einer der Seitenflächen.
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In den 1 bis 4 ist auch gezeigt, dass das Gehäuse 100 an seiner Außenseite Kühlrippen aufweisen kann. Die Kühlrippen sind insbesondere im Bereich des Durchgangs 110 angeordnet, sodass die in diesem Bereich entstehende Wärme abtransportiert werden kann.
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Das Gehäuse 100 hat außerdem eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Gehäuses 100 an einem Turbinengehäuse 500. In 2 ist ein Flansch gezeigt, der eine Mehrzahl an Bohrungen aufweist, die über den Umfang des Flansches angeordnet sind. Die Bohrungen selbst können Gewinde aufweisen oder als Durchgangsloch für Schrauben dienen, mit denen das Gehäuse 100 an dem Turbinengehäuse befestigt wird (siehe z.B. 3). Alternativ kann das Gehäuse 100 zum Beispiel über eine Schnappverbindung, eine Schweißverbindung, eine Nietverbindung und/oder eine Steckverbindung an dem Turbinengehäuse 500 befestigt werden.
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In 1 bis 3 ist außerdem ein Aktuator 400 gezeigt, der für das Verbindungsventil 10 vorgesehen ist. Der Aktuator 400 ist an dem Gehäuse 100 befestigt (z.B. über eine Schraubverbindung wie dargestellt; es kann aber auch jede andere bekannte Verbindungsart vorgesehen sein). Der Aktuator 400 hat ein Aktuator-Stellglied, das mit dem Schaft 220 verbunden ist, um diesen entlang der ersten Achse A1 verschieben zu können.
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In 3 und 4 ist das Verbindungsventil 10 zusammen mit einem Teil eines Turbinengehäuses 500 einer mehrflutigen Turbine im Schnitt gezeigt. Das Turbinengehäuse 500 weist eine erste Volute 510 und eine zweite Volute 520 auf, die durch eine Trennwand 530 voneinander getrennt sind. In der Trennwand 530 ist die Verbindungsöffnung 532 vorgesehen, über die die entsprechenden Strömungskanäle der ersten Volute 510 und der zweiten Volute 520 miteinander verbunden sind. In 4 oben ist ein vollständig geöffnetes Verbindungsventil 10 gezeigt und in 4 unten ist ein vollständig geschlossenes Verbindungsventil 10 gezeigt. Das Verbindungsventil 10 ist, wie in 3 und 4 gezeigt, derart mit dem Turbinengehäuse 500 gekoppelt, dass sich der Verschlussteil 210 des Ventilkörpers 200 beim Öffnen und Schließen ungefähr senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases im Bereich der Verbindungsöffnung 532 bewegt. In einer geschlossenen Stellung des Verbindungsventils 10 verschließt der Verschlussteil 210 des Ventilkörpers 200 des Verbindungsventils 10 die Verbindungsöffnung 532 vollständig (siehe 4 unten).
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Um das Verbindungsventil 10 wie in 3 und 4 gezeigt und vorangehend beschrieben anordnen zu können, weist das Turbinengehäuse 500 in einer Außenwand im Bereich der Verbindungsöffnung 532 eine Aussparung auf, die es dem Ventilkörper 200 ermöglicht in das Turbinengehäuse 500 zu ragen, sodass der Verschlussteil 210 des Ventilkörpers 200 in der geschlossenen Stellung des Verbindungsventils 10 die Verbindungsöffnung 532 verschließen kann.
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In einer ersten Wand der Verbindungsöffnung 532, die ungefähr parallel zur zweiten Achse A2 angeordnet ist, ist eine erste Nut 534 vorgesehen (siehe 4 oben), die entsprechend einer Seitenfläche des Verschlussteils 210 ausgestaltet ist und die bei geschlossener Stellung des Verbindungsventils 10 einen Randbereich des Verschlussteils 210 aufnimmt (siehe 4 unten). Das heißt, die Seitenfläche des Randbereichs des Verschlussteils 210 wirkt mit der Oberfläche der Nut zusammen, um die Verbindungsöffnung 532 effektiv zu verschließen und für eine Abdichtung zwischen den beiden Voluten 510, 520 zu sorgen.
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Ebenfalls in 4 oben gut zu erkennen ist, dass die einander gegenüberliegenden zweiten und dritten Wände der Verbindungsöffnung 532, die parallel zur ersten Achse A1 angeordnet sind, zweite und dritte Nuten 536, 538 aufweisen. Die abgerundeten Kanten 212, 214 des Verschlussteils 210 sind in den zweiten und dritten Nuten 536, 538 geführt. Auch diese Maßnahme dient der Abdichtung zwischen den beiden Voluten 510, 520 in der geschlossenen Stellung des Verbindungsventils durch zusammenwirken der Oberflächen der Nuten 536 und 538 und der abgerundeten Kanten 212 und 214. Gleichzeitig dienen die Nuten 536, 538 als Führung für den Ventilkörper 210 im Bereich der Verbindungsöffnung 532 des Turbinengehäuses 500 beim Öffnen und Schließen des Verbindungsventils 10.
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Durch den Aktuator 400 kann der Ventilkörper 200 mit Verschlussteil 210 stufenlos im Gehäuse 100 verschoben werden, wodurch ein stufenloses Öffnen beziehungsweise ein stufenloses Verschließen der Verbindungsöffnung 532 ermöglicht wird. Dies hat den Vorteil, dass der Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung 532 exakt geregelt werden kann.
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Das Turbinengehäuse einer mehrflutigen Turbine kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein. In der in 3 gezeigten Ausgestaltung des Turbinengehäuses 500, umfasst das Turbinengehäuse 500 einen Hauptkörper (nicht dargestellt) und ein Anschlussstück. Die Verbindungsöffnung 532 und das Verbindungsventil 10 sind im Bereich des Anschlussstücks angeordnet. Vorteilhaft an einer derartigen Konstruktion ist, dass je nach Einbauort und Einbaulage des Abgasturboladers in der jeweiligen Anwendung über ein entsprechendes Anschlussstück eine erfindungsgemäße Turbine mit Verbindungsventil 10 vorgesehen werden kann.
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Die Erfindung umfasst außerdem einen Abgasturbolader mit einer vorangehend beschriebenen mehrflutigen Turbine mit einem erfindungsgemäßen Verbindungsventil. Wie eingangs erwähnt, ermöglicht ein derartiger Abgasturbolader, zum Beispiel bei hohen Leistungsabfragen und somit hohen Abgasvolumenströmen, ein Öffnen der Verbindungsöffnung zwischen den Voluten der mehrflutigen Turbine. Somit kann der Abgasstrom aus sämtlichen Zylindern das gesamte maximal mögliche Volumen aller Voluten des Turbinengehäuses nutzen.
