DE602006000199T2

DE602006000199T2 - Turbolader mit verstellbarem Einlass und Verfahren zur Herstellung von Teilen dessen Verstellungsmechanismus

Info

Publication number: DE602006000199T2
Application number: DE602006000199T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki 3000 Jinnai; Hiroshi Nakagawa; Isamu Inamura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2026-01-28
Also published as: DE602006000199D1; JP2006207526A; KR20060088042A; CN1821552A; US7490470B2; EP1688602A1; CN100441832C; US20060168959A1; EP1688602B1; KR100752832B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasturboladers mit variabler Verengung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich (im folgenden als variabler Verengungsmechanismus bezeichnet) zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von drehbar von Bauelementen in einem Turbinengehäuse gelagerten Düsenflügeln und ein Verfahren zur Herstellung von Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Auf dem Gebiet der Abgasturbolader von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere kleinen, bei Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge verwendeten, ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-78983 (im folgenden als Patentliteraturstelle 1 bezeichnet) ein Abgasturbolader offenbart, der derart aufgebaut ist, daß eine aus keramischen Material bestehende Abgasturbine, die bei hoher Temperatur läuft, und der aus Metall bestehende Verdichter, der bei niedriger Temperatur läuft, durch Hartlöten miteinander verbunden sind.
Bei diesem Abgasturbolader verjüngt sich der Endabschnitt des Wellenteils des keramischen Turbinenrotors, und in dem metallischen Verdichterrad ist ein konisches Loch vorgesehen, das in festen Eingriff mit dem sich verjüngenden Abschnitt des Turbinenrotors gebracht ist, wodurch auf der Oberfläche von einem oder von beiden von dem sich verjüngenden Wellenabschnitt und dem konischen Loch vertiefte Abschnitte vorgesehen sind, so daß der sich verjüngende Wellenabschnitt über das Medium des Hartlötmetalls, welches die Vertiefung ausfüllt, mit dem konischen Loch verbunden ist. Dadurch kommt eine hochgenaue Verbindung zwischen dem keramischen Material und dem metallischen Material zustande, und mit Hilfe des Hartlötmetalls erhöht sich die Starrheit der Verbindung zwischen dem keramischen Turbinenrotor und dem metallischen Verdichterrad.
Auf dem Gebiet der Abgasturbolader, insbesondere der kleinen, bei Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge verwendeten, hat sich in den letzten Jahren sehr stark ein Abgasturbolader mit variabler Verengung ausgebreitet, der mit einer Turbine mit variabler Verengung ausgestattet ist, mit der die Durchflußmenge eines Abgases, das durch die Spirale des Turbinengehäuses hindurch in den Turbinenrotor eintritt, gemäß den Betriebsbedingungen des Motors verändert werden, kann, damit sich der Abgasstrom dem optimalen Betriebszustand des Turboladers anpaßt.
Bei einem solchen Abgasturbolader mit variabler Verengung sind unter den Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von Düsenflügeln Antriebsstifte mit einem Antriebsring verbunden, der mit einer Hebelplatte in Eingriff steht, die über das Medium von Düsenschäften mit den Düsenflügeln verbunden ist, und eine in Eingriff mit dem Antriebsring stehende Steuerhülse ist mit einem Hebel verbunden, der mit einem Steuerelement verbunden ist, und diese Verbindungen werden gewöhnlich in einer Weise ausgeführt, daß die Antriebsstifte und eine Steuerhülse, die Wellenbauelemente sind, mit Hilfe des Anschweißens oder Verstemmens an dem Antriebsring und dem Hebel befestigt sind, die Bauelemente mit einem Loch oder einer Mehrzahl von Löchern sind.
Zwar wurde in der oben genannten Patentliteraturstelle 1 ein Verfahren zum Verbinden eines keramischen Turbinenrotors mit einem aus Metall bestehenden Verdichterrad durch Hartlöten als Verfahren zum Verbinden von Bestandteilen eines Abgasturboladers vorgeschlagen, jedoch birgt dieses Verbindungsverfahren die im folgenden beschriebenen Probleme in sich und kann deshalb nicht auf das Verbinden von Bestandteilen eines variablen Verengungsmechanismus angewandt werden.
Das in der Patentliteraturstelle 1 vorgeschlagene Verfahren zum Verbinden durch Hartlöten wird angewandt, um ein Verdichterrad mit einem Turbinenrotor zu verbinden, der bei hoher Temperatur von einem hohen Drehmoment belastet ist, und auf der Oberfläche des sich verjüngenden Abschnitts der Turbinenrotorwelle und auf der Oberfläche des konischen Lochs des Verdichterrads sind Vertiefungen vorgesehen, um Hartlötmetall in diese einzufüllen. Falls das Hartlötmetall unvollkommen in die Vertiefungen eingefüllt wird, kann an diesem Teil ein Bruch auftreten.
Deshalb ist es bei diesem Verfahren zum Verbinden des Turbinenrotors mit dem Verdichterrad erforderlich, daß der Hartlötvorgang im Bereich der Vertiefungen gleichmäßig und sicher erfolgt und es bedarf relativ vieler Bearbeitungsstunden, den Turbinenrotors mit dem Verdichterrad durch Hartlöten zu verbinden.
Außerdem ist es bei dem Verfahren zum Verbinden des Turbinenrotors mit dem Verdichterrad schwierig, das Einsickern und Ausbreiten des Hartlötmetalls auf dem entfernten Bereich der Vertiefung in Richtung zu dem Boden des Lochs in dem Verdichterrad zu bestätigen oder zu kontrollieren. Somit ist es schwierig, Defekte in der Verbindung zu detektieren, und eine stabile Qualität des Turboladers läßt sich nicht aufrechterhalten.
Deshalb ist das Verbindungsverfahren mit Hilfe des Hartlötens gemäß der Patentliteraturstelle 1 nicht auf das Verbinden von Bestandteilen eines Mechanismus mit variabler Verengung anwendbar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit variablem Verengungsmechanismus ausgestatteten Abgasturbolader zu schaffen, bei dem das Hartlöten mit einer kleinen Anzahl von Mann-Stunden und kostengünstig zustandegebracht wird, und der eine stabile Qualität ohne Bruch von Hartlötteilen der Bestandteile aufweist.
Zur Erfüllung der Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Abgasturbolader mit variabler Verengung vorgeschlagen, der mit einem variablen Verengungsmechanismus zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von drehbar von Bauelementen einschließlich eines Turbinengehäuses gelagerten Düsenflügeln ausgestattet ist, wobei die Bauelemente mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern und einem Wellenelement oder Wellenelementen, das/die in das/die Durchgangsloch/-löcher unter Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus einzusetzen und darin zu befestigen ist, durch Hartlöten verbunden sind. Bei diesem Abgasturbolader mit variabler Verengung ist das verbindende Teil für das Durchgangsloch und das Wellenelement derart ausgebildet, daß das Wellenelement in das Durchgangsloch mit einem Festsitz eingesetzt ist, der bei Normaltemperatur zwischen der Wellen und dem Loch vorgesehen ist, an der Eingangsseite des Lochs ein sich verjüngender Abschnitt zum Einführen der Wellen derart ausgebildet ist, daß das Hartlötmetall von dem sich verjüngenden Abschnitt in Richtung zu dem Durchgangsloch fließt und das Wellenelement fest in dem Durchgangsloch befestigt wird.
Außerdem wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus für einen Abgasturbolader mit variablem Verengungsmechanismus zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von drehbar von Bauelementen einschließlich eines Turbinengehäuses gelagerten Düsenflügeln vorgeschlagen, wobei an dem Eingang des Lochs eines Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern ein sich verjüngender Abschnitt zum Einführen eines Wellenbauelements oder von Wellenbauelementen unter den Bestandteilen des Variationsmechanismus für den Düsenbereich ausgebildet ist, ein Stück oder mehrere Stücke Hartlötmetall auf die konische Verjüngungsfläche aufgelegt wird/werden, das Wellenelement in das Durchgangsloch mit einem Festsitz eingesetzt wird, der bei Normaltemperatur zwischen der Wellen und dem Loch vorgesehen ist, dann das integrierte Bauelement des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mehreren Löchern mit dem/den Wellenelement(en) in einem Vakuumofen auf eine Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C aufgeheizt wird, so daß das Hartlötmetall in einen kleinen Zwischenraum einsickert, der durch das Erhitzen zwischen dem Innenumfang des Lochs und dem Außenumfang der Wellen geschaffen wird, dann das integrierte Bauelement langsam abgekühlt wird und das Wellenelement oder die Wellenelemente fest an dem Bauelement mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern befestigt wird/werden.
Vorzugsweise wird die Erfindung auf eines von dem Verbindungsteil eines Antriebsrings mit Antriebsstiften oder von einer Steuerhülse mit einem Hebel oder auf beide angewandt.
Die Erfindung wurde gemacht, indem sich die Aufmerksamkeit auf das Verbinden von Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus, auf die kein großes Drehmoment wie auf leistungsübertragende Bauelemente ausgeübt wird, mit Hilfe des Hartlötens in sicherer Weise mit einem einfachen Verfahren richtete. Gemäß der Erfindung können der Antriebsring mit Durchgangslöchern und Antriebsstiften unter den Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus im Vergleich zu der herkömmlichen Technik, wie sie in der Patentliteratur 1 offenbart ist, sehr leicht fest verbunden und miteinander befestigt werden, indem ein Stück oder mehrere Stücke Hartlötmetall auf eine Stelle oder Stellen an der Umfangsfläche des konischen Abschnitts aufgelegt wird/werden, der an der Eintrittsseite von jedem der Durchgangslöcher des Antriebsrings ausgebildet ist, die Antriebsstifte in die Löcher mit einem Festsitz eingesetzt werden, der bei Normaltemperatur zwischen dem Stift und dem Loch vorgesehen ist, und das integrierte Bauelement des Antriebsrings mit den Antriebsstiften in einem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C aufgeheizt wird.
Auf diese Weise kann das Hartlöten des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente an dem Bauelement mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit einer sehr kleinen Anzahl von Mann-Stunden und kostengünstig erfolgen.
Da das Wellenbauelement oder die Wellenbauelemente in das Durchgangsloch oder die Durchgangslöcher des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern mit einem Stück oder mit Stücken eines Hartlötmetalls eingepaßt werden, das/die auf eine Stelle oder Stellen an der konischen Umfangsfläche am Eingang des Durchgangslochs oder der Durchgangslöcher zum Einführen des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente zum Erhalt des integrierten Bauelements des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern und einem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen aufgelegt werden/wird und dann das integrierte Bauelement in einem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C aufgeheizt wird, kann das Hartlötmetall in den Zwischenraum einsickern, der durch das Erhitzen zwischen dem Innenumfang des Lochs und dem Außenumfang des Wellenbauelements geschaffen wird, und breitet sich das Hartlötmetall nur dadurch gleichmäßig über den gesamten Zwischenraum aus, daß ein Stück oder Stücke des Hartlötmetalls auf eine Stelle oder auf Stellen auf der Umfangsfläche des konischen Abschnitts aufgelegt wird/werden, und infolgedessen eine sehr feste Hartlötverbindung zustandegebracht werden kann.
Außerdem läßt sich dann, wenn der Antriebsstift in dem Durchgangsloch hartgelötet wird, das gesamte Einsickern des Hartlötmetalls von der Eintrittsseite des Lochs zu der anderen Seite desselben leicht bestätigen oder kontrollieren, so daß ein integriertes Bauelement mit einem Defekt in dem hartgelöteten Abschnitt leicht festgestellt und ausgesondert werden kann, und es läßt sich eine stabile Qualität des Bauelements aufrechterhalten.
Deshalb kann man gemäß der Erfindung das integrierte Bauelement erhalten, das aus dem Antriebsring besteht, der mit Hilfe des Hartlötens mit hoher Starrheit der Verbindung mit den Antriebsstiften verbunden ist.
Bei der Erfindung ist vorzugsweise jedes Verbindungsteil des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern mit dem Wellenbauelement oder den Wellenbauelementen vorzugsweise derart konfiguriert, daß ein Zwischenraum oder Zwischenräume an dem Innenumfang des Durchgangslochs ausgebildet ist/sind, um mit einer Tiefe von 0,05–0,5 mm von dem Innenumfang des Durchgangslochs aus entlang der Axialrichtung des Durchgangslochs zu verlaufen, so daß das Hartlötmetall in den Zwischenraum oder die Zwischenräume einsickern kann.
Bei dieser Konfiguration kann selbst in dem Fall, daß der kleine Zwischenraum, der zwischen dem Innenumfang des Durchgangslochs des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern und dem Außenumfang des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente entsteht, wenn das integrierte Bauelement des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern mit dem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen im Vakuumofen auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, auf Grund der kleinen Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen diesen zu klein ist, das Hartlötmetall in den Zwischenraum oder die Zwischenräume eindringen, die als Vertiefung oder Vertiefungen von dem Innenumfang des Durchgangslochs her gebildet sind, so daß das Hartlötmetall gleichmäßig überall hin zwischen dem Innenumfang des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder mit Durchgangslöchern und dem Außenumfang des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente einsickern kann. Deshalb kann das Verbindungsteil derselben selbst dann, wenn eine Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Bauelement mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern und dem Wellenbauelement besteht, fest und sicher hartgelötet werden.
Wenn der Antriebsstift in das Durchgangsloch des Antriebsrings gedrückt wird, wird ein hoher Innendruck auf das Durchgangsloch ausgeübt, und es kann zu Kratzern, Rissen und Rauhstellen auf der Oberfläche kommen.
Wenn beispielsweise ein ausreichender Festsitz zur Preßpassung gesichert werden soll oder die Oberfläche mit einer Oberflächenbehandlung wie dem Verchromen behandelt wird und die eingepreßte Fläche zur Einflußnahme durch die Preßpassung neigt und rauh wird, entsteht vom Gesichtspunkt der Festigkeit her ein kleiner Nachteil. Gemäß der Erfindung sind ein Zwischenraum oder Zwischenräume vorgesehen, damit das Hartlötmetall einsickern kann, und das Hartlötmetall sickert in den Zwischenraum oder die Zwischenräume ein, deren Oberfläche keine Kratzer aufweist, so daß eine feste Verbindung zustandegebracht werden kann.
Bei der Erfindung sind der Zwischenraum oder die Zwischenräume vorzugsweise halbkreisförmige Nuten mit einer Tiefe von 0,2–1 mm.
Bei dieser Konfiguration ist dann, wenn der Wärmedehnungskoeffizient des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern sehr groß ist und derjenige des Wellenbauelements sehr klein ist, mithin die Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Bauelement mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern und dem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen groß, und die Zugspannung, die an dem hartgelöteten Teil auftritt, wenn das integrierte Bauelement nach dem Aufheizen auf eine hohe Temperatur abgekühlt wird, wird durch die Gegenwart des halbkreisförmigen Zwischenraums entlastet, und somit wird ein Bruch des hartgelöteten Teils verhindert, der einer zu großen Zugspannung geschuldet ist, die an dem hartgelöteten Teil auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Verbindung der Wellenbauelemente, beispielsweise der Antriebsstifte, mit einem Bauelement mit Durchgangslöchern, beispielsweise dem Antriebsring, und die Verbindung eines Wellenbauelements, beispielsweise der Steuerhülse, mit einem Bauelement mit einem Durchgangsloch, beispielsweise dem Hebel, die Bestandteile des Variationsmechanismus für die Düsenverengung sind, leicht mit einem einfachen Verfahren ausgeführt werden, bei dem das eine Stück oder die Stücke des Hartlötmetalls auf eine Stelle oder Stellen auf der konischen Verjüngungsfläche aufgelegt werden, die am Eingang des Durchgangslochs zum Einführen des Wellenbauelements vorgesehen ist, das Wellenbauelement in das Durchgangsloch mit einem Festsitz eingeführt wird, der bei Normaltemperatur zwischen der Welle und dem Loch vorgesehen ist, und dann das integrierte Bauelement des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit dem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird.
Auf diese Weise kann das Hartlöten des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente an dem Bauelement mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit einer sehr kleinen Anzahl von Mann-Stunden und kostengünstig ausgeführt werden.
Außerdem werden das Wellenbauelement oder die Wellenbauelemente in das Durchgangsloch oder die Durchgangslöchern des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit einem Stück oder Stücken von Hartlötmetall eingepaßt, das/die auf eine Stelle oder Stellen auf der konischen Verjüngungsfläche am Eingang des Durchgangslochs oder der Durchgangslöcher zum Einführen des Wellenbauelements oder der Wellenbauelemente aufgelegt wird/werden, um das integrierte Bauelement des Bauelements mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit dem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen zu erhalten, und dann wird das integrierte Bauelement in einem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C aufgeheizt, das Hartlötmetall kann in den Zwischenraum einsickern, der durch das Erhitzen zwischen dem Innenumfang des Durchgangslochs und dem Außenumfang der Wellenbauelemente geschaffen wird, und dann breitet sich das Hartlötmetall nur dadurch gleichmäßig über den gesamten Zwischenraum aus, daß ein Stück oder Stücke des Hartlötmetalls auf eine Stelle oder Stellen auf der Umfangsfläche des sich verjüngenden Abschnitts des Durchgangslochs aufgelegt werden und infolgedessen eine sehr feste Hartlötverbindung zustandegebracht werden kann und man einen veränderlichen Verengungsmechanismus erhalten kann, dessen Verbindungsfestigkeit des hartgelöteten Teils bei stabiler Qualität sehr hoch ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht eines einschlägigen Teils eines Abgasturboladers mit variabler Verengung, der mit einem variablen Verengungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Die 2 sind Darstellungen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 2A eine Vorderansicht eines Antriebsrings ist und 2B eine entlang der Linie A-A gemäß 2A geführte Schnittansicht ist.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Einzelheit des (dem durch einen Pfeil Z gemäß 2B angezeigten Teil entsprechenden) Verbindungsteils eines Antriebsstifts mit dem Antriebsring gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring, welche die zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring, welche die dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7A und 7B zeigen die vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei 7A eine Vorderansicht des Antriebsrings ist und 7B eine vergrößerte Schnittansicht ist, welche die Einzelheit des Verbindungsteils einer Steuerhülse mit einem Hebel zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch vorgesehen, daß die Abmessungen, Materialien, jeweiligen Positionen usw. der Bestandteile in den Ausführungsformen nur als den Umfang der vorliegenden Erfindung veranschaulichend und nicht als diesen einschränkend aufzufassen sind, wenn nicht speziell etwas anderes angegeben ist.
1 ist eine Längsschnittansicht eines einschlägigen Teils eines Abgasturboladers mit variabler Verengung, der mit einem variablen Verengungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
In 1 ist die Bezugsziffer 10 ein Turbinengehäuse, und 11 ist eine Spiralkammer, die im Innern des Turbinengehäuses 10 ausgebildet ist. Die Bezugsziffer 12 ist ein Turbinenrotor des Radialströmungstyps, der mit einem nicht gezeigten Verdichterrad koaxial verbunden ist, und dessen Turbinenwelle 12a mit Hilfe von Lagern 13a drehbar in einem Lagergehäuse 13 gelagert ist. Die Bezugsziffer 100a zeigt das Drehzentrum des Abgasturboladers.
Die Bezugsziffer 2 ist ein Düsenflügel, wobei mehrere Düsenflügel in Umfangsrichtung in gleichem Abstand in einem ringförmigen Strömungskanal für Abgas angeordnet sind, der in der Innenseite der Spiralkammer 11 ausgebildet ist, und eine Düsenwelle 102 für jeden der Düsenflügel drehbar in einer an dem Turbinengehäuse 10 befestigten Düsenhalterung 4 gelagert ist, so daß der Blattwinkel des Düsenflügels 2 mit Hilfe des variablen Verengungsmechanismus verändert werden kann.
Die Bezugsziffer 3 ist ein Antriebsring, der zu einer ringförmigen Platte geformt und drehbar an einem Teil des Umfangs der Düsenhalterung 4 gelagert ist. An dem Antriebsring 3 ist am Umfang in gleichem Abstand eine Mehrzahl von Antriebsstiften 32 befestigt. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet Hebelplatten, die jeweils mit dem Antriebsstift 32 in Eingriff stehen, wobei die in der Eingangsseite (dem Endteil der Außenseite) derselben vorgesehene Nut mit dem Antriebsstift 32 in Eingriff steht und die Düsenwelle 102 an der Ausgangsseite (dem Endteil der mittigen Seite) derselben befestigt ist.
Die Bezugsziffer 8 ist ein Kurbelmechanismus, der mit einem nicht gezeigten Steuerelement verbunden ist, das die Düsenflügel 2 antreiben soll, 5 ist ein mit dem Kurbelmechanismus verbundener Hebel, und 6 ist eine Steuerhülse, die an dem Hebel 5 befestigt ist und mit dem Antriebsring 3 in Eingriff kommt, um den Antriebsring 3 in Drehung zu versetzen.
In dem Abgasturbolader mit variabler Verengung mit dem variablen Verengungsmechanismus tritt das Abgas einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine, das in die Spiralkammer 11 eingetreten ist, in den ringförmigen Strömungskanal ein und wirbelt dabei an der Windung der Spiralkammer 11 entlang. Das Abgas strömt durch die Räume zwischen den Düsenflügeln, um von dem Umfang derselben in den Turbinenrotor 12 einzutreten, in Radialrichtung zur Mitte hin zu strömen und in Axialrichtung auszuströmen und dabei an dem Turbinenrotor 12 eine Expansionswirkung auszuüben. Dann strömt das aus dem Turbinenrotor ausströmende Abgas durch den Auslaßkanal 10b des Turbinengehäuses hindurch und wird nach außen abgeführt.
Beim Steuern des Abgasstroms durch die Abgasturbine hindurch wird der Blattwinkel der Düsenflügel 2 von einem nicht gezeigten Blattwinkelsteuermittel bestimmt, so daß die Durchflußmenge des durch die Räume zwischen den Düsenflügeln strömenden Abgases auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Das nicht gezeigte Steuerelement versetzt den Antriebsring 3 in Drehung, um die Düsenflügel 2 in den Winkel zu drehen, der mit Hilfe des Kurbelmechanismus 8, des Hebels 5 und der Steuerhülse 6 durch das Blattwinkelsteuermittel festgelegt wird.
Wenn sich der Antriebsring 3 dreht, wird jede Hebelplatte 1 von jedem der Antriebsstifte 32, die in Umfangsrichtung in gleichem Abstand an dem Antriebsring 3 befestigt sind, um die Mittelachse jeder Düsenwelle 102 verschwenkt, die drehbar in der Düsenhalterung gelagert ist. Jede an jeder Hebelplatte befestigte Düsenwelle 102 wird gedreht, und jeder mit jeder Düsenwelle 102 einstückige Düsenflügel 2 wird gedreht, und mithin wird der Blattwinkel der Düsenflügel verändert.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an der Verbindung der Wellenbauelemente mit den Bauelementen mit Durchgangslöchern, beispielsweise der Verbindung der Antriebsstifte mit dem Antriebsring und der Verbindung der Steuerhülse mit dem Hebel in dem Abgasturbolader mit variabler Verengung, ausgestattet mit dem variablen Verengungsmechanismus in der oben beschriebenen Zusammensetzung.
[Erste Ausführungsform]
2A und 2B sind Darstellungen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 2A eine Vorderansicht eines Antriebsrings ist und 2B eine entlang der Linie A-A gemäß 2A geführte Schnittansicht ist. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Einzelheit des (dem durch einen Pfeil Z gemäß 2B angezeigten Teil entsprechenden) Verbindungsteils eines Antriebsstifts mit dem Antriebsring gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring gemäß der ersten Ausführungsform.
In 2 bis 4 ist die Bezugsziffer 3 der Antriebsring 8 (ein Bauelement mit Löchern) des variablen Verengungsmechanismus 100 (siehe 1), und die Elemente mit der Bezugsziffer 31 sind Durchgangslöcher, die in Unfangsrichtung in gleichem Abstand zum Aufnehmen der Antriebsstifte 32 vorgesehen sind. Jeder Antriebsstift (jedes Wellenbauelement 32) ist an jedem der Durchgangslöcher 31 durch Hartlöten befestigt. An einem Ende des Durchgangslochs 31 ist ein sich verjüngender Abschnitt 31a zum Einführen des Antriebsstifts ausgebildet.
Im folgenden wird das Verfahren zum Verbinden des Antriebsstifts 32 mit dem Antriebsring 3 bei der ersten Ausführungsform erläutert.
Als erstes wird das Durchgangsloch 31 zum Aufnehmen des Antriebsstifts 3 zu einem vollkommenen Kreis mit dem Durchmesser D1 gebohrt, dann wird der sich verjüngende Abschnitt 31a an dem einlaßseitigen Ende des Durchgangslochs 31 zum Aufnehmen des Antriebsstifts 32 ausgebildet. Auf eine Stelle oder auf Stellen an der Umfangsfläche des sich verjüngenden Abschnitts 31a wird ein Stück oder werden Stücke eines Hartlötmetalls 31b aufgelegt, und in das Loch 31 wird der Antriebsstift 32 eingeführt, wobei zwischen dem Stift 32 und dem Loch 31 bei Normaltemperatur ein Festsitz vorgesehen ist (und diese derart fertiggestellt werden, daß der Durchmesser D21 des Stifts 32 etwas größer als der Innendurchmesser D1 des Lochs 31 ist). Dadurch erhält man ein integriertes Bauelement des Antriebsrings 3 mit in Umfangsrichtung angeordneten Antriebsstiften 32.
Dann wird das integrierte Bauelement in einem Vakuumofen auf 1000°C–1100°C aufgeheizt. Der Vakuumofen wird verwendet, damit der Antriebsring 3 und die Antriebsstifte 32 nicht oxidieren können.
Durch Aufheizen in dem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur wird der Innendurchmesser D1 des Durchgangslochs 31 des Antriebsrings 3 größer als der Durchmesser D21 des Antriebsstifts 32, zwischen dem Innenumfang des Lochs 31 und dem Außenumfang des Antriebsstifts 32 wird ein sehr kleiner Zwischenraum geschaffen, und in den sehr kleinen Zwischenraum sickert das Hartlötmetall 31b aus dem sich verjüngenden Abschnitt ein.
Dann wird das integrierte Bauelement langsam abgekühlt, um das Hartlötmetall 31b in dem Ofen zum Erstarren zu bringen, und mithin wird der Antriebsstift 32 fest in dem Loch 31 des Antriebsrings 3 befestigt.
Da der Antriebsring 3 bereits eine hohe Temperatur erfahren hat, als er wegen der Verchromung usw. behandelt wurde, kommt es durch die Hitze beim Hartlöten zu keiner Verschlechterung der Materialeigenschaften.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, indem sich die Aufmerksamkeit auf das Verbinden von Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus 100, auf die kein großes Drehmoment wie auf leistungsübertragende Bauelemente ausgeübt wird, mit Hilfe des Hartlötens in sicherer Weise mit einem einfachen Verfahren richtete. Gemäß der ersten Ausführungsform können der Antriebsring 3 mit Durchgangslöchern und Antriebsstiften 32 unter den Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus 100 im Vergleich zu der herkömmlichen Technik, wie sie in der Patentliteratur 1 offenbart ist, sehr leicht fest verbunden und miteinander befestigt werden, indem ein Stück oder mehrere Stücke Hartlötmetall auf eine Stelle oder Stellen an der Umfangsfläche des konischen Abschnitts 31a aufgelegt wird/werden, der an der Eintrittsseite des Durchgangslochs 31 des Antriebsrings 3 ausgebildet ist, die Antriebsstifte 32 in das Loch 31 mit einem Festsitz eingesetzt werden, der bei Normaltemperatur zwischen dem Stift 32 und dem Loch 31 vorgesehen ist, und das integrierte Bauelement des Antriebsrings 3 und der Antriebsstifte 32 in einem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C aufgeheizt wird. Auf diese Weise kann das Hartlöten der Antriebsstifte 32 an den Antriebsring 3 mit einer sehr kleinen Anzahl von Mann-Stunden und kostengünstig erfolgen.
Da die Antriebsstifte 32 in die Löcher 31 des Antriebsrings 3 mit einem Stück oder mit Stücken eines Hartlötmetalls eingepaßt werden, das/die auf eine Stelle oder auf Stellen an der konischen Umfangsfläche aufgelegt wird/werden, der am Eingang von jedem der Löcher 31 zum Einführen jedes Stifts 32 zum Erhalt des integrierten Bauelements des Antriebsrings mit Antriebsstiften vorgesehen ist und das integrierte Bauelement dann in einem Vakuumofen auf eine hohe Temperatur von 1000°C bis 1100°C aufgeheizt wird, kann das Hartlötmetall 31b in den Zwischenraum einsickern, der durch das Erhitzen zwischen dem Innenumfang des Lochs 31 und dem Außenumfang des Stifts 32 geschaffen wird, und das Hartlötmetall breitet sich nur dadurch gleichmäßig über den gesamten Zwischenraum hin aus, daß ein Stück oder Stücke des Hartlötmetalls auf eine Stelle oder auf Stellen auf der Umfangsfläche des konischen Abschnitts 31a aufgelegt wird/werden und infolgedessen eine sehr feste Hartlötverbindung zustandegebracht werden kann.
Außerdem läßt sich dann, wenn der Antriebsstift 32 in dem Durchgangsloch 31 hartgelötet wird, das gesamte Einsickern des Hartlötmetalls von der Eintrittsseite des Lochs 31 zu der anderen Seite desselben leicht bestätigen, so daß ein integriertes Bauelement mit einem Defekt in dem hartgelöteten Abschnitt leicht festgestellt und ausgesondert werden kann, und es läßt sich eine stabile Qualität des Bauelements aufrechterhalten. Mithin kann man das integrierte Bauelement erhalten, das aus dem Antriebsring 3 besteht, der mittels des Hartlötens mit dem Antriebsstift 31 verbunden ist, bei dem die Festigkeit des Verbindungsteils sehr hoch und die Qualität stabil ist.
[Zweite Ausführungsform]
5 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring, welche die zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Bei der zweiten Ausführungsform sind ein Zwischenraum oder eine Mehrzahl 31c derselben (in diesem Beispiel sechs Zwischenräume) zwischen dem Innenumfang (dessen Innendurchmesser D2 ist) des Durchgangslochs 31 des Antriebsrings 3 und dem Außenumfang des Antriebsstifts 32 vorgesehen, indem an dem Innenumfang des Durchgangslochs 31 eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, damit das Hartlötmetall einsickern kann, derart daß die Tiefe a₁ des Zwischenraums oder Spalts zwischen 0,05 und 0,5 mm (vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,1 mm) beträgt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann selbst in dem Fall, daß der Zwischenraum zwischen dem Innenumfang des Durchgangslochs 31 und dem Außenumfang des Antriebsstifts 32 dann, wenn das integrierte Bauelement des Antriebsrings 3 mit Antriebsstiften 32 im Vakuumofen auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, auf Grund der kleinen Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Antriebsring 3 und dem Antriebsstift 32 klein ist, das Hartlötmetall 31b in den Zwischenraum oder die Zwischenräume 31c eindringen, die als Vertiefung von dem Innenumfang des Durchgangslochs 31 her mit einer Tiefe a₁ gebildet sind. Mithin kann das Hartlötmetall gleichmäßig überall zwischen dem Innenumfang des Antriebsrings und dem Außenumfang des Antriebsstifts 32 einsickern. Deshalb kann das Verbindungsteil des Antriebsrings 3 zu dem Antriebsstift 32 selbst dann, wenn die Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Antriebsring 3 und dem Antriebsstift 32 klein ist, fest und sicher hartgelötet werden.
[Dritte Ausführungsform]
6 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Durchgangslochs in dem Antriebsring, welche die dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Bei der dritten Ausführungsform sind ein Zwischenraum oder eine Mehrzahl 31d derselben (in diesem Beispiel sechs Zwischenräume) zwischen dem Innenumfang (dessen Innendurchmesser D3 ist) des Durchgangslochs 31 des Antriebsrings 3 und dem Außenumfang des Antriebsstifts 32 vorgesehen, indem an dem Innenumfang des Durchgangslochs 31 eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, damit das Hartlötmetall einsickern kann, derart daß die Tiefe a₂ des Zwischenraums oder der Zwischenräume zwischen 0,05 und 0,5 mm (vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 mm) beträgt.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird in dem Fall, daß der Wärmedehnungskoeffizient des Antriebsrings 3 sehr groß ist und derjenige des Antriebsstifts 32 sehr klein ist, mithin die Differenz im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Antriebsring 3 und dem Antriebsstift 32 groß ist, die Zugspannung, die an dem hartgelöteten Teil auftritt, wenn das integrierte Bauelement nach dem Aufheizen auf eine hohe Temperatur abgekühlt wird, durch die Gegenwart des halbkreisförmigen Zwischenraums 31d entlastet und somit ein Bruch des hartgelöteten Teils verhindert, der einer zu großen Zugspannung, die an dem hartgelöteten Teil auftritt, geschuldet ist.
[Vierte Ausführungsform]
7A und 7B zeigen die vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei 7A eine Vorderansicht des Antriebsrings ist und 7B eine vergrößerte Schnittansicht ist, welche die Einzelheit des Verbindungsteils einer Steuerhülse mit einem Hebel zeigt.
Bei der vierten Ausführungsform ist der Hebel 5 mit dem Kurbelmechanismus 8, der mit dem (nicht gezeigten) Steuerelement verknüpft ist, und der Steuerhülse 6 verbunden, die mit dem Antriebsring 3 an einer Nut 3d in Eingriff steht, die an dem Umfangsteil des Antriebsrings 3 vorgesehen ist, um den Antriebsring 3 zu drehen. Die Verbindung des Hebels 5 kommt zustande, indem die Steuerhülse 6 mit Hilfe des Hartlötens an dem Hebel 5 in einer Weise ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform befestigt wird (nur daß der sich verjüngende Abschnitt gemäß der ersten Ausführungsform in dieser vierten Ausführungsform nicht vorgesehen ist).
In 7B ist das Hartlötteil in der durch die Pfeile Z angezeigten Weise mit Symbolen 6b bezeichnet.
Funktionsweise und Wirkung der vierten Ausführungsform ähneln denjenigen der ersten Ausführungsform.
Zwar sind die Verbindung des Antriebsrings 3 mit dem Antriebsstift 32 und die Verbindung der Steuerhülse 6 mit dem Hebel 5 in den obigen Ausführungsformen erläutert, es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht darauf und nicht dadurch beschränkt ist und auf eine Verbindung von Bauelementen mit einem Durchgangsloch oder Durchgangslöchern mit einem Wellenbauelement oder Wellenbauelementen anwendbar ist, die in das Loch oder die Löcher eingeführt werden, um unter Bestandteilen des variablen Verengungsmechanismus 100 darin befestigt zu werden.
Gemäß der vorliegenden Verbindung kann das Hartlöten mit einer kleinen Anzahl von Mann-Stunden und kostengünstig zustandegebracht werden, und es kann ein Abgasturbolader, ausgestattet mit einem variablen Verengungsmechanismus, geschaffen werden, der eine stabile Qualität ohne die Gefahr des Bruchs der hartgelöteten Teile der Bestandteile aufweist.

Claims

Abgasturbolader mit variabler Verengung, ausgestattet mit einem Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von Düsenflügeln (2), die drehbar von Bauelementen (31, 32) einschließlich eines Turbinengehäuses gestützt werden, wobei Bauelemente, die wenigstens eine Durchgangsöffnung (31) und wenigstens ein zwischen konstituierenden Bauelementen des Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich in das/die Durchgangsöffnung/en (31) einzusetzendes und darin zu befestigendes Schaftelement (32) umfassen, durch Hartlöten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der verbindende Teil der Durchgangsöffnung (31) und des Schaftelementes (32) derart ausgebildet ist, daß das Schaftelement (32) in die Durchgangsöffnung (31) mit einer Preßpassung eingesetzt ist, die bei Normaltemperatur zwischen dem Schaft (32) und der Öffnung (31) vorgesehen ist, an der Eingangsseite der Öffnung (31) ein sich verjüngender Abschnitt (31a) zum Einführen des Schaftes (32) derart ausgebildet ist, daß das Hartlötmetall von dem sich verjüngenden Abschnitt (31a) in Richtung der Durchgangsöffnung (31) fließt und das Schaftelement (32) fest in der Durchgangsöffnung (31) befestigt ist.
Abgasturbolader mit variabler Verengung nach Anspruch 1, wobei jeder verbindende Teil des Bauelementes (31, 32), das wenigstens eine Durchgangsöffnung (31) umfaßt, mit dem/den Schaftelementen (32) derart konfiguriert ist, daß mindestens ein Zwischenraum (31c, 31d) auf dem Innenumfang der Durchgangsöffnung (31) ausgebildet ist, um sich mit einer Tiefe zwischen 0,05 und 0,5 mm von dem Innenumfang der Durchgangsöffnung aus entlang der Axialrichtung der Durchgangsöffnung (31) zu erstrecken, um es dem Hartlötmetall zu erlauben, in den mindestens einen Zwischenraum (31c, 31d) einzudringen.
Abgasturbolader mit variabler Verengung nach Anspruch 2, wobei der/die Zwischenraum/-räume (31c) (eine) halbkreisförmige Nut(en) mit einer Tiefe zwischen 0,2 und 1 mm ist/sind.
Abgasturbolader mit variabler Verengung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der verbindende Teil des Bauelementes, das die Durchgangsöffnungen (31) und das Schaftelement (32) umfaßt, ein beliebiger von dem verbindenden Teil eines Antriebsrings mit Antriebsstiften (32) oder eine Steuerhülse (6) mit einem Hebel (5) oder beides derselben ist.
Verfahren zur Herstellung von konstituierenden Bauelementen des Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich eines Abgasturboladers mit variabler Verengung zum Verändern des Blattwinkels einer Mehrzahl von Düsenflügeln (2), die drehbar von Bauelementen (31, 32) einschließlich eines Turbinengehäuses gestützt werden, wobei an dem Eingang der Öffnung eines Bauelementes, das wenigstens eine Durchgangsöffnung (31) zum Einführen wenigstens eines Schaftelementes (32) zwischen den konstituierenden Bestandteilen des Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich umfaßt, ein sich verjüngender Abschnitt (31a) vorgesehen ist, mindestens ein Stück Hartlötmetall auf die konische Verjüngungsfläche aufgelegt wird, das Schaftelement (32) in die Durchgangsöffnung (31) mit einer Preßpassung eingesetzt wird, die bei Normaltemperatur zwischen dem Schaft (32) und der Öffnung (31) vorgesehen ist, dann das integrierte Bauelement des Bauelementes, das mindestens eine Durchgangsöffnung mit dem/den Schaftelement(en) (32) umfaßt, in einem Vakuumofen auf eine Temperatur zwischen 1.000°C und 1.100°C aufgeheizt wird, so daß das Hartlötmetall in einen kleinen durch das Erhitzen zwischen dem Innenumfang der Öffnung (31) und dem Außenumfang des Schaftes (32) geschaffenen Zwischenraum (31c, 31d) eindringt, dann das integrierte Bauelement langsam abgekühlt wird und das/die Schaftelement(e) (32) fest an dem Bauelement mit der mindestens einen Durchgangsöffnung (31) befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung von konstituierenden Bauelementen des Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich eines Abgasturboladers mit variabler Verengung nach Anspruch 5, wobei das Bauelement mit den Öffnungen ein Antriebsring (3) ist und die Schaftelemente Antriebsstifte (32) des Variationsmechanismus für den Düsenverengungsbereich sind.