EP1635041A1 - Stelleinrichtung für Leitschaufeln eines Abgasturboladers - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an adjusting device for guide vanes of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1.
- an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine which has a turbine with a variable turbine geometry for variable adjustment of the effective flow inlet cross section to the turbine wheel.
- pivotally mounted guide vanes are provided in the flow inlet cross section in the turbine housing, which are adjustable by an adjusting device.
- the adjusting device comprises an adjusting ring, which is rotatably mounted at its outer periphery by means of rollers in a housing ring.
- the adjusting ring can be pivoted by an actuator in a limited rotation angle range by means of two levers which are connected to one another via a bearing journal.
- an exhaust-gas turbocharger in which the guide vanes in the inflow cross-section of the exhaust-gas turbine can be adjusted by an adjusting device.
- the adjusting device comprises an adjusting ring which, in the axial direction offset from a bearing plate in which the guide vanes are pivotably supported by an axis, is rotatably mounted on the inner circumference via rollers.
- the rollers are cantilevered on bearing axles, which are arranged in a housing wall of the exhaust gas turbocharger.
- On the free end of the axis of the vanes sits an adjusting lever which has a groove at its radially outward-facing end.
- the invention has for its object to provide a compact, smooth-running adjusting device. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
- the adjusting ring of the adjusting device is mounted by means of bearing balls on the outer circumference of the bearing plate, wherein the bearing balls are guided in a ball cage.
- the bearing balls, which run in ball raceways of the bearing plate and the adjusting ring are held by the ball cage at a distance and cause minimal friction losses.
- the space is used optimally both in the radial and in the axial direction, especially if, according to one embodiment the invention, a drive lever rotatably seated on a drive shaft which is also rotatably mounted in the bearing plate and engages with its free end in a recess of the adjusting ring.
- the drive lever can thus be arranged in the same plane as the adjusting lever, so that it does not require additional axial or radial space.
- the adjusting lever and the drive lever are arranged in recesses of the bearing plate, which are open at the front and the periphery and allow a pivoting movement of the lever.
- the bearing balls are provided in the region between the niches and are held by the ball cage in position, which is coupled by means of a built-in cage stop member to the movement of the adjusting lever and has recesses for the lever.
- the ball cage has embossed spherical caps.
- a lubricant film can build up on the contact surfaces between the bearing balls and the spherical caps during the movement.
- An adjusting device 10 essentially comprises an adjusting ring 11, a plurality of adjusting levers 14 and a drive lever 28.
- the adjusting ring 11 is mounted on the outer circumference of a bearing plate 18 by means of a plurality of bearing balls 20.
- the bearing balls 20 run on the one hand in a ball track 25 of the bearing plate 18 and in a ball track 26 of the adjusting ring 11. They are guided by a ball cage 21 and kept at a distance. This has in the region of the bearing balls 20 embossed spherical caps 22nd
- the adjusting ring 11 is driven by the drive lever 28, which sits at one end on a drive shaft 29 rotatably, which is rotatably mounted in the bearing plate 18.
- the drive shaft 29 is actuated by an actuator, not shown.
- the other end of the drive lever 28 engages with a head 15 in a corresponding recess 12 of the adjusting ring 11. In a pivoting movement of the drive lever 28 about the drive shaft 29 of the adjusting ring 11 is adjusted by a limited rotation angle range.
- the adjusting lever 14 are distributed over the circumference of the bearing plate 18 and sit with a driving end 16 rotationally fixed, for example via a polygonal driving profile, on an axis 17 which is rotatably mounted in the bearing plate 18.
- a vane is attached, which is not visible. If the axis 17 through the lever 14 pivoted, rotates in the same sense, the associated vane.
- the free end of the adjusting lever 14 have heads 15 which engage in corresponding recesses 12 of the adjusting ring 11 and are thus entrained in an adjustment of the adjusting ring 11 and transmit the adjusting movement to the axes 17.
- the adjusting lever 14 and the drive lever 28 are housed in niches 19 of the bearing plate 18. These are open to the front and the periphery and allow for sufficient pivotal movement of the lever 14, 28 to.
- the niches 19 extend axially into the region of the ball track 25, so that the axial distance 27 between the center of the bearing ball 20 and the resulting point of application of the heads 15 of the adjusting lever 14 and the drive lever 28 is very small, whereby the 27 caused by the distance moments are also very small.
- the bearing balls 20 move in areas 24 between two adjacent niches 19.
- the bearing balls 20 can be brought from the niches 19 into position before the stop element 23 and thus the ball cage 21 is determined by the mounting of the adjusting lever 14 on the axes 17 in its position. So that the ball cage 21 does not impair the freedom of movement of the adjusting levers 14 and of the drive lever 28, it has corresponding recesses 30 in the area of the recesses 19 (FIG. 4).
- the outer circumference 13 of the adjusting ring 11 between the recesses 12 is at least partially reduced in diameter. However, this is not expedient in the region of the drive lever 28 and the adjacent adjustment lever 14, in which the recesses 12 are very close to each other.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für Leitschaufeln eines Abgasturboladers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der DE 100 35 762 A1 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, der eine Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Strömungseintrittsquerschnitts zum Turbinenrad aufweist. Hierzu sind im Strömungseintrittsquerschnitt im Turbinengehäuse schwenkbar gelagerte Leitschaufeln vorgesehen, die durch eine Stelleinrichtung einstellbar sind. Die Stelleinrichtung umfasst einen Verstellring, der an seinem äußeren Umfang mittels Rollen in einem Gehäusering drehbar gelagert ist. Der Verstellring kann von einem Aktuator in einem begrenzten Drehwinkelbereich mittels zwei Hebel verschwenkt werden, die über einen Lagerzapfen miteinander verbunden sind.
- Am inneren Umfang des Verstellrings befinden sich Aussparungen, in denen Verstellhebel mit einem kugelförmigen Ende schwenkbar gelagert sind. Die Verstellhebel sitzen mit ihrem anderen Ende drehfest auf einer Lagerachse der Leitschaufeln. Beim Verschwenken des Verstellrings werden somit alle Leitschaufeln in gleicher Weise verstellt. Der Verstellmechanismus beansprucht in radialer Richtung einen relativ großen Bauraum. Ferner entstehen durch Gleitbewegungen an den Übertragungselementen Reibungskräfte, durch die der Verschleiß gefördert und der Wirkungsgrad reduziert wird.
- Aus der US 2 860 827 ist ein Abgasturbolader bekannt, bei dem die Leitschaufeln im Zuströmquerschnitt der Abgasturbine durch eine Stelleinrichtung verstellbar sind. Die Stelleinrichtung umfasst einen Verstellring, der in axialer Richtung versetzt zu einer Lagerplatte, in der die Leitschaufeln durch eine Achse schwenkbar gelagert sind, am inneren Umfang über Rollen drehbar gelagert ist. Die Rollen sind fliegend auf Lagerachsen gelagert, die in einer Gehäusewand des Abgasturboladers angeordnet sind. Auf dem freien Ende der Achse der Leitschaufeln sitzt ein Verstellhebel, der an seinem radial nach außen weisenden Ende eine Nut besitzt. In diese greift ein axial gerichteter Stift, der in den Verstellring stirnseitig eingesetzt ist. Zwar benötigt die Stelleinrichtung einen geringeren radialen Bauraum, jedoch ist der erforderliche axiale Bauraum deutlich größer. Ferner verursachen die Übertragungselemente erhebliche Reibungsverluste und bewirken auf Grund ihrer axialen Abstände erhebliche Momente, die die Bauteile zusätzlich zu den notwendigen Übertragungskräften belasten.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt bauende, leichtgängige Stelleinrichtung zu schaffen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Nach der Erfindung ist der Verstellring der Stelleinrichtung mittels Lagerkugeln am äußeren Umfang der Lagerplatte gelagert, wobei die Lagerkugeln in einem Kugelkäfig geführt sind. Die Lagerkugeln, die in Kugellaufbahnen der Lagerplatte und des Verstellrings laufen, werden durch den Kugelkäfig auf Distanz gehalten und verursachen minimale Reibungsverluste. Außerdem wird der Bauraum sowohl in radialer als auch in axialer Richtung optimal genutzt, zumal wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Antriebshebel drehfest auf einer Antriebswelle sitzt, die ebenfalls in der Lagerplatte drehbar gelagert ist und mit seinem freien Ende in eine Aussparung des Verstellrings eingreift. Der Antriebshebel kann somit in der gleichen Ebene angeordnet werden wie die Verstellhebel, sodass er keinen zusätzlichen axialen oder radialen Bauraum beansprucht.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Verstellhebel und der Antriebshebel in Nischen der Lagerplatte angeordnet, die stirnseitig und zum Umfang hin offen sind und eine Schwenkbewegung der Hebel zulassen. Die Lagerkugeln sind dabei in den Bereich zwischen den Nischen vorgesehen und werden durch den Kugelkäfig in Position gehalten, der mittels eines in den Käfig integrierten Anschlagelements an die Bewegung der Verstellhebel gekoppelt ist und Aussparungen für die Hebel besitzt. Dadurch kann der axiale Bauraum ohne Vergrößerung des radialen Bauraums verkleinert werden. Hinzu kommt, dass der axiale Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Lagerkugel und dem Angriffspunkt der Hebel sehr gering ist, wodurch sich nur sehr kleine, vernachlässigbare Momente ergeben, die das Reibverhalten der Stelleinrichtung kaum beeinträchtigen.
- Zur guten, reibungsarmen Führung der Lagerkugeln ist es zweckmäßig, dass der Kugelkäfig eingeprägte Kugelkalotten aufweist. Dadurch kann sich an den Kontaktflächen zwischen den Lagerkugeln und den Kugelkalotten bei der Bewegung ein Schmierfilm aufbauen.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen: - Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung,
- Fig. 2
- einen vergrößerten Teilausschnitt der Seitenansicht nach Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Teilschnitt entsprechend der Linie III-III in Fig. 2 und
- Fig. 4
- eine perspektivische Teilansicht auf den Umfang eines Kugelkäfigs mit einem geschnittenen Verstellring.
- Eine Stelleinrichtung 10 umfasst im Wesentlichen einen Verstellring 11, mehrere Verstellhebel 14 und einen Antriebshebel 28. Der Verstellring 11 ist mittels mehrerer Lagerkugeln 20 am äußeren Umfang einer Lagerplatte 18 gelagert. Die Lagerkugeln 20 laufen einerseits in einer Kugellaufbahn 25 der Lagerplatte 18 und in einer Kugellaufbahn 26 des Verstellrings 11. Sie werden durch einen Kugelkäfig 21 geführt und auf Abstand gehalten. Dieser besitzt im Bereich der Lagerkugeln 20 einprägte Kugelkalotten 22.
- Der Verstellring 11 wird über den Antriebshebel 28 angetrieben, der mit einem Ende auf einer Antriebswelle 29 drehfest sitzt, die in der Lagerplatte 18 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 29 wird von einem nicht dargestellten Aktuator betätigt. Das andere Ende des Antriebshebels 28 greift mit einem Kopf 15 in eine entsprechende Aussparung 12 des Verstellrings 11. Bei einer Schwenkbewegung des Antriebshebels 28 um die Antriebswelle 29 wird der Verstellring 11 um einen begrenzten Drehwinkelbereich verstellt.
- Die Verstellhebel 14 sind über den Umfang der Lagerplatte 18 verteilt und sitzen mit einem Mitnahmeende 16 drehfest, z.B. über ein polygonales Mitnahmeprofil, auf einer Achse 17, die drehbar in der Lagerplatte 18 gelagert ist. An dem anderen Ende der Achse 17 ist eine Leitschaufel befestigt, die jedoch nicht sichtbar ist. Wird die Achse 17 durch den Verstellhebel 14 geschwenkt, dreht sich im gleichen Sinne die zugehörige Leitschaufel.
- Die freien Ende der Verstellhebel 14 besitzen Köpfe 15, die in entsprechende Aussparungen 12 des Verstellrings 11 eingreifen und so bei einer Verstellung des Verstellrings 11 mitgenommen werden und die Verstellbewegung auf die Achsen 17 übertragen.
- Die Verstellhebel 14 und der Antriebshebel 28 sind in Nischen 19 der Lagerplatte 18 untergebracht. Diese sind zur Stirnseite und zum Umfang hin offen und lassen eine ausreichende Schwenkbewegung der Hebel 14, 28 zu. Die Nischen 19 reichen axial bis in den Bereich der Kugellaufbahn 25, sodass der axiale Abstand 27 zwischen dem Mittelpunkt der Lagerkugel 20 und dem resultierenden Angriffspunkt der Köpfe 15 der Verstellhebel 14 und des Antriebshebels 28 sehr klein ist, wodurch die durch den Abstand 27 bedingten Momente ebenfalls sehr klein sind. Bei der Verstellung des Verstellrings 11 bewegen sich die Lagerkugeln 20 in Bereichen 24 jeweils zwischen zwei benachbarten Nischen 19. Sie werden in dieser Lage durch den Kugelkäfig 21 gehalten, der mittels eines in den Kugelkäfig 21 integrierten Anschlagelements 23 an die Bewegung der Verstellhebel 14 gekoppelt ist. Eine Ankoppelung des Kugelkäfigs 21 auf der Hälfte der wirksamen Länge der Verstellhebel 14 führt dazu, dass dem Kugelkäfig 21 über das Anschlagelement 23 genau die Umfangsgeschwindigkeit, nämlich die halbe Umfangsgeschwindigkeit des Verstellrings 11, mitgeteilt wird, die der Kugelkäfig 21 auch allein durch die Abwälzbewegung des Verstellrings 11 über die Lagerkugeln 20 auf der Lagerplatte 18 hätte. Dadurch wird die Reibung zwischen den Lagerkugeln 20 und dem Kugelkäfig 21 mit seinen Kugelkalotten 22 minimiert und es wird gewährleistet, dass zwischen dem Verstellring 11, den Lagerkugeln 20 und der Lagerplatte 18 ausschließlich Rollreibung auftritt. Bei der Montage können die Lagerkugeln 20 von den Nischen 19 aus in ihre Position gebracht werden, bevor das Anschlagelement 23 und damit der Kugelkäfig 21 durch die Montage der Verstellhebel 14 auf den Achsen 17 in seiner Lage bestimmt wird. Damit der Kugelkäfig 21 den Bewegungsfreiraum der Verstellhebel 14 und des Antriebshebels 28 nicht beeinträchtigt, besitzt er im Bereich der Nischen 19 entsprechende Aussparungen 30 (Fig. 4). Um die bei der Verstellung zu bewegenden Massen gering zu halten, ist der äußere Umfang 13 des Verstellrings 11 zwischen den Aussparungen 12 zumindest teilweise im Durchmesser reduziert. Dies ist jedoch nicht zweckmäßig in dem Bereich des Antriebshebels 28 und der benachbarten Verstellhebel 14, in dem die Aussparungen 12 sehr eng beieinander liegen.
Claims (5)
- Stelleinrichtung (10) für Leitschaufeln eines Abgasturboladers, die mittels Achsen (17) in einer gehäusefesten Lagerplatte (18) schwenkbar gelagert sind, wobei die Achsen (17) drehfest mit Verstellhebeln (14) verbunden sind, deren freie Enden in Aussparungen (12) eines Verstellrings (11) eingreifen, der im Gehäuse mittels Wälzkörpern (20) drehbar gelagert ist und durch einen Antriebshebel (28) über einen begrenzten Drehwinkel verstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verstellring (11) mittels Lagerkugeln (20) am Umfang der Lagerplatte (18) gelagert ist und die Lagerkugeln (20) in einem Kugelkäfig (21) geführt sind. - Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antriebshebel (28) drehfest auf einer Antriebswelle (29) sitzt, die in der Lagerplatte (18) drehbar gelagert ist, und mit seinem freien Ende in eine Aussparung (12) des Verstellrings (11) eingreift. - Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstellhebel (14) und der Antriebshebel (28) in Nischen (19) der Lagerplatte (18) angeordnet sind, die stirnseitig und zum Umfang hin offen sind und eine Schwenkbewegung der Hebel (14, 28) zulassen, wobei die Lagerkugeln (20) in Bereichen (24) zwischen den Nischen (19) vorgesehen sind und durch den Kugelkäfig (21) mit dessen Anschlagelement (23) positioniert werden, der durch die Anlenkung des Anschlagelements (23) auf der Hälfte der Länge der Verstellhebel (14) derart an die Bewegungsgeschwindigkeit der Verstellhebel (14) gekoppelt ist, dass sich die Lagerkugeln (20) und der Kugelkäfig (21) mit der Hälfte der Umfangsgeschwindigkeit des Verstellrings (11) bewegen, und Aussparungen (30) für die Hebel (14, 28) besitzt. - Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kugelkäfig (21) eingeprägte Kugelkalotten (22) aufweist, in denen die Lagerkugeln (20) geführt sind. - Stelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der äußere Umfang (13) des Verstellrings (11) mindestens teilweise zwischen den Aussparungen (12) im Durchmesser reduziert ist.
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