EP2006495A1 - Positioning adjustment for a pre-twist guide device - Google Patents

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EP2006495A1
EP2006495A1 EP07110648A EP07110648A EP2006495A1 EP 2006495 A1 EP2006495 A1 EP 2006495A1 EP 07110648 A EP07110648 A EP 07110648A EP 07110648 A EP07110648 A EP 07110648A EP 2006495 A1 EP2006495 A1 EP 2006495A1
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EP
European Patent Office
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sensor
position control
guide
control according
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07110648A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Bättig
Matthias Richner
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Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
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Priority to PCT/EP2008/057841 priority patent/WO2008155402A1/en
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
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    • F05D2250/51—Inlet

Abstract

The position control has an actuator (50) for displacing guide elements (20) of prerotation guide device. A sensor (60) determines a current angular position of guide element. The sensor has a rotary potentiometer, and is formed as contactless, magnetic sensor. The sensor has an optical absolute angle measuring system.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mit Abgasen von Brennkraftmaschinen beaufschlagten Strömungsmaschinen.The invention relates to the field of turbomachines subjected to exhaust gases of internal combustion engines.

Sie betrifft eine Positionsregelung einer Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters sowie einen Abgasturbolader mit einer solchen Vordrall-Leitvorrichtung.It relates to a position control of a Vordrall guide for generating a Vordralls in the intake of a compressor and an exhaust gas turbocharger with such a Vordrall guide.

Stand der TechnikState of the art

Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen (Hubkolbenmotoren) eingesetzt. Bei modernen Brennkraftmaschinen wird die Anpassung der Abgasturbolader an variable Betriebsbedingungen zunehmen schwieriger. Eine weit verbreitete Möglichkeit dazu bietet die so genannte variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie. Bei der variablen Turbinengeometrie werden die Leitschaufeln des Leitapparates stromauf des Turbinenrades entsprechend dem Leistungsbedarf der Turbine mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet. Bei der variablen Verdichtergeometrie werden die Leitschaufeln im Diffusor stromab des Verdichterrades mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet.Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines (reciprocating engines). In modern internal combustion engines, the adaptation of the exhaust gas turbocharger to variable operating conditions will become more difficult. A widely used option is the so-called variable turbine and / or compressor geometry. In the variable turbine geometry, the stator vanes are aligned more or less steeply with the flow upstream of the turbine wheel in accordance with turbine power requirements. In the variable compressor geometry, the vanes in the diffuser downstream of the compressor wheel are aligned more or less steeply to the flow.

Eine weitere Möglichkeit zur Anpassung des Abgasturboladers an die variablen Betriebsbedingungen bieten Vordrall-Leitvorrichtungen, welche im Luftansaugebereich des Verdichters in der angesaugten Luft einen bestimmten Vordrall erzeugen, je nach Betriebspunkt mehr oder weniger ausgeprägt mit- oder gegenläufig zur Drehrichtung des Verdichterrades.Another way to adapt the exhaust gas turbocharger to the variable operating conditions offer Vordrall guide devices, which produce a certain Vordrall in the Luftansaugebereich the compressor in the intake air, depending on the operating point more or less pronounced mit- or opposite to the direction of rotation of the compressor wheel.

Solche Vordrall-Leitvorrichtungen, sind etwa aus der DE 36 13 857 A1 , oder der europäische Patentanmeldung vom 31. März 2006 mit der Anmeldenummer 06405137.8 , deren Inhalt in diese Anmeldung durch Verweis einbezogen wird, bekannt.Such Vordrall guiding devices are approximately from the DE 36 13 857 A1 , or the European patent application of 31 March 2006 with the application number 06405137.8 , the contents of which are incorporated by reference into this application.

Diese Vordrall-Leitvorrichtungen umfassen mehrere, bezüglich der Verdichterachse in radialer Richtung ausgerichtet angeordnete Leitschaufeln. Jede der Leitschaufeln umfasst neben dem in den Strömungskanal hineinragenden Schaufelprofil einen Schaufelschaft, mit welchem das Schaufelprofil drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Über einen Verstellhebel lässt sich das Schaufelprofil um die Achse des Schaufelschaftes drehen. Zum Antrieb des Verstellhebels, und somit zum Verstellen des Schaufelprofils, ist ein Verstellring vorgesehen, welcher konzentrisch zur Achse des Verdichters angeordnet ist. Durch Drehen des Verstellrings, werden alle Schaufeln gleichzeitig um die jeweiligen Achsen ihrer Schaufelschäfte verstellt, wodurch die zum Verdichterrad geführte Strömung mit einem Mit- oder Gegendrall (bezüglich der Drehrichtung des Verdichterrades) beaufschlagt wird. Der Antrieb des Verstellrings erfolgt bei herkömmlichen Vordrall-Leitvorrichtungen durch einen Aktuator ausserhalb des Gehäuses.These pre-whirl baffles include a plurality of vanes aligned radially with respect to the compressor axis. Each of the guide vanes, in addition to the projecting into the flow channel blade profile a blade shank with which the blade profile is rotatably mounted in a housing. The blade profile can be rotated about the axis of the blade shank via an adjusting lever. To drive the adjusting lever, and thus for adjusting the blade profile, an adjusting ring is provided, which is arranged concentrically to the axis of the compressor. By turning the adjusting ring, all blades are adjusted simultaneously about the respective axes of their blade shafts, whereby the flow guided to the compressor wheel with a positive or counter-rotating (with respect to the direction of rotation of the compressor wheel) is applied. The drive of the adjusting ring takes place in conventional pre-whirling guide devices by an actuator outside the housing.

Idealerweise erfolgt die Positionserkennung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung als Absolutwert und dient direkt als Stellgrösse für den Antrieb. Im Handel erhältliche Aktuatoren mit so genannten Absolut-Encodern sind sehr teuer und brauchen immer auch eine Referenzfahrt auf einen Endschalter. Zudem kann mit einem solchen System die Stellung der Leitschaufel nur indirekt über die Ankerumdrehung ermittelt werden.Ideally, the position detection of the guide vanes of the pre-whirl guide device takes place as an absolute value and serves directly as a manipulated variable for the drive. Commercially available actuators with so-called absolute encoders are very expensive and always need a homing to a limit switch. In addition, with such a system, the position of the vane can only be determined indirectly via the armature rotation.

Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine exakte, robuste sowie kostengünstige Erkennung der Winkelstellung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung und die Rückführung in einem geschlossenen Regelkreis (closed loop).The present invention enables accurate, robust and cost-effective detection of the angular position of the vanes of the pre-whirl deflector and the feedback in a closed loop.

Mit einem einfachen und sehr robusten Dreh-Potentiometer (optional in Hohlschaft-Ausführung) als Sensor wird direkt die Winkelstellung der Leitschaufeln gemessen. Alternativ können als Sensoren zur Erkennung der Winkelstellung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung kontaktlose, magnetische oder optische Winkelmesssysteme verwendet werden.With a simple and very robust rotary potentiometer (optional in hollow shaft design) as a sensor, the angular position of the guide vanes is measured directly. Alternatively, contactless, magnetic or optical angle measuring systems can be used as sensors for detecting the angular position of the guide vanes of the pre-whirl guide.

Diese Potentiometerlösung ist sehr kostengünstig und zudem sehr genau. Durch die optional direkte Anordnung des Winkelgebers auf dem Schaft der Leitschaufel brauchen für die Regelung keine Spiel- und Temperatureinflüsse berücksichtig zu werden.This potentiometer solution is very cost effective and also very accurate. Due to the optional direct arrangement of the angle sensor on the shaft of the guide vane need to be considered for the control no play and temperature influences.

Die Messung erfolgt potentiometrisch, sodass aufgrund eines gemessenen Strom- oder Spannungswertes direkt eine bestimmte Winkelstellung festgestellt werden kann.The measurement is made potentiometrically, so that a specific angular position can be determined directly on the basis of a measured current or voltage value.

Hierfür braucht es keine Referenzierung nach dem Einschalten bzw. nach einer Störung, d.h. ein Anfahren einer bestimmten Ausgangsposition ist nicht notwendig. Der Aktuator wird solange betätigt und damit der Verstellring bzw. die Leitschaufeln bewegt, bis die Ist-Position der Leitschaufel mit dem Sollwert übereinstimmt.This requires no referencing after switching on or after a fault, i. it is not necessary to approach a certain starting position. The actuator is actuated as long and thus the adjusting ring or the guide vanes moves until the actual position of the vane coincides with the desired value.

Als Aktuator kann optional ein Linearaktuator (Schrittmotor mit Gewindespindel) verwendet werden. Diese Aktuatoren sind relativ kostengünstig und bauen sehr kompakt. Zudem ist er recht robust in Bezug auf Vibrationen und Temperaturbelastungen.As an optional actuator, a linear actuator (stepper motor with threaded spindle) can be used. These actuators are relatively inexpensive and build very compact. In addition, it is quite robust in terms of vibration and temperature loads.

Um eine einwandfreie Abdichtung zu ermöglichen ist das Drehpotentiometer optional auf der Gehäuseaussenseite angeordnet. Die Verbindung zwischen der Leitschaufel und dem Drehpotentiometer erfolgt über einen Verbindungsstift welcher mit einem Kolbendichtring abgedichtet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist die einfache Verkabelung des Elektromotors und des Winkelgebers. Zudem lässt sich so alles unter einer gemeinsamen Abdeckung unterbringen.In order to enable a perfect seal, the rotary potentiometer is optionally arranged on the outside of the housing. The connection between the vane and the rotary potentiometer via a connecting pin which is sealed with a piston sealing ring. Another advantage of this arrangement is the simple wiring of the electric motor and the angle sensor. In addition, everything can be accommodated under a common cover.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1
einen isometrische Ansicht auf eine im Verdichtergehäuse angeordnete Vordrall-Leitvorrichtung mit einem zugedeckten Gehäusefortsatz,
Fig. 2
eine Detailansicht des abgedeckten Gehäusefortsatzes nach Fig. 1 mit einem Aktuator und einem Positionssensor,
Fig. 3
eine isometrische Detailansicht des Antriebs und des Positionssensors der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 2, und
Fig.3
die einzelnen Komponenten des Positionssensors der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 2.
Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained in detail with reference to drawings. This shows
Fig. 1
an isometric view of a arranged in the compressor housing Vordrall guide device with a covered housing extension,
Fig. 2
a detailed view of the covered housing extension after Fig. 1 with an actuator and a position sensor,
Fig. 3
an isometric detail of the drive and the position sensor of the pre-whirling guide after Fig. 2 , and
Figure 3
the individual components of the position sensor of the pre-whirling guide after Fig. 2 ,

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention

Fig. 1 zeigt eine Vordrall-Leitvorrichtung im Ansaugbereich eines Verdichters. Solche Verdichter werden, wie eingangs beschrieben, in Abgasturboladern zum Steigern der Leistung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, welches das Verdichterrad umfasst und den Strömungskanal des zu verdichtenden Mediums bildet. Das radial äussere Gehäuse 13 umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Gehäusefortsatz 14 sowie eine Deckel 15 zum Abdecken des im Gehäusefortsatz angeordneten Antriebs für die Vordrall-Leitvorrichtung. Fig. 1 shows a Vordrall guide in the intake of a compressor. Such compressors are, as described above, used in exhaust gas turbochargers to increase the performance of internal combustion engines. The compressor comprises a compressor housing, which comprises the compressor wheel and forms the flow channel of the medium to be compressed. The radially outer housing 13 comprises in the illustrated embodiment a housing extension 14 and a cover 15 for covering the arranged in the housing extension drive for the pre-whirling guide.

Die Leitvorrichtung umfasst mehrere, bezüglich der Verdichterachse in radialer Richtung ausgerichtet angeordnete Leitschaufeln 20. Die Leitschaufeln sind in einem inneren Gehäuse 10 drehbar gelagert. Im zentralen Bereich der Leitvorrichtung, in welchem die Spitzen der mehreren Leitschaufeln zusammen kommen, ist ein zentraler Gehäusekörper 12 angeordnet. Dieser Zentralkörper liegt konzentrisch auf der Achse des Verdichters. Der Zentralkörper ist Teil des inneren Gehäuses, welches im Bereich der Leitvorrichtung den Strömungskanal des zu verdichtenden Mediums bildet.The guide device comprises a plurality of guide vanes 20 arranged aligned with respect to the compressor axis in the radial direction. The guide vanes are rotatably mounted in an inner housing 10. In the central region of the guide device, in which the tips of the plurality of guide vanes come together, a central housing body 12 is arranged. This central body is concentric with the axis of the compressor. The central body is part of the inner housing, which forms the flow channel of the medium to be compressed in the region of the guide device.

Wie dargestellt, kann der Zentralkörper 12 über eine oder mehrere radial verlaufende Halterippen 11 positioniert und festgehalten sein. Um die Strömung im Strömungskanal nicht mit solchen Rippen beeinträchtigen zu müssen, kann der Zentralkörper auch über die Leitschaufelspitzen positioniert und festgehalten werden.As shown, the central body 12 can be positioned and retained via one or more radially extending retaining ribs 11. In order not to affect the flow in the flow channel with such ribs, the central body can also be positioned and held on the vane tips.

Die Ansicht nach Fig. 2 auf das äussere Gehäuse 13 mit dem Gehäusefortsatz 14 zeigt neben dem Aktuator 51 für den Antrieb der Vordrall-Leitvorrichtung auch ein Sensor 60 zur Erfassung der aktuellen Winkelstellung der Leitschaufeln. Dieser Sensor, in der dargestellten Ausführungsform als Drehpotentiometer ausgebildet, ist ebenso wie der Aktuator mittels der Befestigungsmittel 58 bzw. 65 fest mit dem Gehäuse verschraubt. Die Zuleitungen für die Versorgung mit elektrischer Energie, bzw. die Steuerkabel sind mit den Anschlusskabeln 57 für den Aktuator, bzw. 64 für den Sensor angedeutet. Nicht dargestellt ist eine Steuereinheit zum Ansteuern des Aktuators, welche aufgrund der gemessenen Winkelstellungen der Leitschaufeln die Steuerung bzw. die Regelung mit Positionsrückmeldung ermöglicht. Diese Steuereinheit kann optional Teil der Motorsteuerung der mit dem Abgasturbolader verbundenen Brennkraftmaschine sein. Die Steuerleitungen von und zu dem Aktuator bzw. Sensor können kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein.The view after Fig. 2 on the outer housing 13 with the housing extension 14, in addition to the actuator 51 for driving the pre-whirling guide also a sensor 60 for detecting the current angular position of the vanes. This sensor, which is designed as a rotary potentiometer in the illustrated embodiment, as well as the actuator by means of the fastening means 58 and 65 screwed firmly to the housing. The supply lines for the supply of electrical energy, or the control cables are indicated with the connecting cables 57 for the actuator, and 64 for the sensor. Not shown is a control unit for driving the actuator, which allows the control or regulation with position feedback due to the measured angular positions of the vanes. This control unit may optionally be part of the engine control of the internal combustion engine connected to the exhaust gas turbocharger. The control lines from and to the actuator or sensor can be wired or wireless.

Fig. 3 erlaubt einen Blick ins Innere des äusseren Gehäuses, insbesondere auf den Antrieb sowie die Bestandteile der erfindungsgemässen Positionsregelung für die Vordrall-Leitvorrichtung und Fig. 4 zeigt im Detail die einzelnen Bestandteile der Positionsregelung in demontiertem Zustand. Fig. 3 allows a view into the interior of the outer housing, in particular to the drive and the components of the inventive position control for the pre-whirling guide and Fig. 4 shows in detail the individual components of the position control in disassembled state.

Jede der Leitschaufeln der Leitvorrichtung umfasst neben dem in den Strömungskanal hineinragenden Schaufelprofil 21 einen Schaufelschaft 22, mit welchem das Schaufelprofil drehbar in dem nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist. Über einen Verstellhebel 23 lässt sich das Schaufelprofil um die Achse des Schaufelschaftes drehen. Zum Antrieb des Verstellhebels, und somit zum Verstellen des Schaufelprofils, ist ein Verstellring 30 vorgesehen, welcher konzentrisch zur Achse des Verdichters angeordnet ist.Each of the guide vanes of the guide device comprises in addition to the projecting into the flow channel blade profile 21 a blade shank 22, with which the blade profile is rotatably mounted in the housing, not shown. About an adjusting lever 23, the blade profile can rotate about the axis of the blade shank. For driving the adjusting lever, and thus for adjusting the blade profile, an adjusting ring 30 is provided, which is arranged concentrically to the axis of the compressor.

In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Drehmomentübertragung vom Verstellring 30 auf den Schaufelschaft 22 über einen am freien Ende des Verstellhebels 23 angeordneten Kugelkopf 24. Der Kugelkopf 24 wird in einer Nut 31 des Verstellrings mit zwei parallel zueinander verlaufenden Wänden geführt. In der Nut hat der Kugelkopf die translatorischen und rotatorischen Bewegungsfreiheiten, welche zur Umsetzung der Momentübertragung notwendig sind. Der Kugelkopf ist in einem translatorisch verschiebbar angeordneten Gleitschuh 25 angeordnet. Wird der Verstellring 30 zum Verstellen der Leitschaufeln gedreht, so wird der Gleitschuh 25 von dem Kugelkopf 24 in der Nut 31 in der Ebene der Nutwände verschoben. Wird der Stellring weggedreht, so verändert sich die Lage des Verstellhebels relativ zum Verstellring. Neben der translatorischen Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes innerhalb der Nut, kommt es zu einer Verdrehung des Verstellhebels bezüglich des Verstellrings. Die translatorische Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes wird durch den, den Nutwänden entlang gleitenden Gleitschuh ermöglicht, während sich für die Verdrehung der Kugelkopf in der durch den Gleitschuh geformten Kugelpfanne beliebig in jede Richtung verdrehen kann. Der Gleitschuh kann auch zweiteilig ausgebildet sein, indem auf jeder Seite der Nut im Verstellring eine Kugelpfannenhälfte mit einer flachen, gleitfähigen Rückseite angeordnet ist.In the illustrated embodiment, the torque is transmitted from the adjusting ring 30 on the blade shank 22 via a arranged at the free end of the adjusting lever 23 ball 24. The ball head 24 is guided in a groove 31 of the adjusting ring with two walls running parallel to each other. In the groove of the ball head has the translational and rotational freedom of movement, which are necessary to implement the torque transfer. The ball head is arranged in a translationally displaceable sliding shoe 25. If the adjusting ring 30 is rotated for adjusting the guide vanes, the sliding shoe 25 is displaced by the ball head 24 in the groove 31 in the plane of the groove walls. If the adjusting ring is turned away, the position of the adjusting lever changes relative to the adjusting ring. In addition to the translational displacement of the center of rotation of the ball head within the groove, there is a rotation of the adjusting lever with respect to the adjusting ring. The translational displacement of the center of rotation of the ball head is made possible by sliding the sliding wall along the groove walls, while for the rotation of the ball head in the ball socket formed by the sliding shoe can rotate arbitrarily in any direction. The shoe may also be formed in two parts by a ball socket half is arranged with a flat, sliding back on each side of the groove in the adjusting ring.

Alternativ kann die Drehmomentübertragung vom Verstellring auf den Schaufelschaft auch über einen am freien Ende des Verstellhebels angeordneten, zylinderförmigen Stift erfolgen. Der Stift greift in eine Bohrung eines im Verstellring ebenfalls in einer Bohrung gelagerten, zylinderförmigen Gleitelements ein. Der Gleitzylinder lässt sich in der Bohrung um die eigene Achse drehen und entlang der eigenen Achse verschieben. Die Bohrung im Gleitzylinder, welche zur Aufnahme des Stifts vorgesehen ist, steht senkrecht zur Achse des Gleitzylinders. Der Stift lässt sich in dieser Bohrung um seine eigene Achse drehen und entlang seiner eigenen Achse verschieben. Somit sind wiederum die für die Umsetzung der Momentübertragung notwendigen Bewegungsfreiheiten, je zwei translatorische und rotatorische, gegeben. Optional kann der Stift, im Gleitzylinder fixiert und dafür in einer entsprechenden Bohrung im freien Ende des Verstellhebels der Leitschaufel gleitend gelagert sein.Alternatively, the torque transmission from the adjusting ring to the blade shank can also take place via a cylindrical pin arranged at the free end of the adjusting lever. The pin engages in a bore of an adjusting ring also mounted in a bore, cylindrical sliding element. The sliding cylinder settles in Turn the hole around its own axis and move along its own axis. The bore in the sliding cylinder, which is provided for receiving the pin, is perpendicular to the axis of the sliding cylinder. The pin can be rotated in this hole around its own axis and move along its own axis. Thus, in turn, the necessary for the implementation of torque transfer freedom of movement, two translational and rotational, given. Optionally, the pin can be fixed in the sliding cylinder and mounted for sliding in a corresponding hole in the free end of the adjusting lever of the guide vane.

Anstelle der dargestellten und detailliert beschriebenen sind weitere Ausführungsformen zur Momentübertragung denkbar, etwa mit einem als Zahnradsegment ausgebildeten Verstellhebel, welcher in dem mit einem Zahnkranz versehenen Verstellring eingreift.Instead of the illustrated and described in detail further embodiments for torque transmission are conceivable, for example with a trained as a gear segment adjusting lever, which engages in the provided with a ring gear adjusting ring.

Schaufelprofil 21, Schaufelschaft 22 und der Verstellhebel 23 mitsamt dem für die Momentübertragung notwendigen Aufsatz können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.Blade profile 21, blade shank 22 and the adjusting lever 23 together with the necessary for torque transfer essay can be formed one or more parts.

Zum Verdrehen des Verstellringes 30 braucht es eine Aktuator-Vorrichtung 50. Diese umfasst einen Aktuator 51, also den eigentlichen Antrieb, und eine Kupplung zum Verstellring 30 gekuppelt ist. Diese Kupplung umfasst beispielsweise ein Tauchrohr 54, welches mittels einer drehbaren Gewindespindeln 52 translatorisch verschoben werden kann. Je nach Drehsinn der Spindel bewegt sich das Tauchrohr von der Spindel angetrieben und geführt, in tangentialer Richtung entlang dem Verstellring hin und zurück. Am freien Ende weist das Tauchrohr eine parallelwandige Nut auf, welche zur Aufnahme eines Gleitstifts 41 vorgesehen ist. Der Gleitstift ist zusätzlich mit dem Verstellring 30 verbunden, indem er drehbar in einer Bohrung in radial nach aussen abstehenden Laschen 33 des Verstellrings 30 angeordnet ist. Der Aktuator ist optional als elektrischer Schrittmotor ausgebildet, bei welchem über den Steueranschluss 57 die gewünschte Rotationsrichtung eingestellt werden kann. Im Bereich der Laschen ist das Tauchrohr seitlich verjüngt.To rotate the adjusting ring 30, it requires an actuator device 50. This includes an actuator 51, so the actual drive, and a coupling to the adjusting ring 30 is coupled. This coupling comprises, for example, a dip tube 54, which can be translationally displaced by means of a rotatable threaded spindles 52. Depending on the direction of rotation of the spindle, the dip tube moves driven by the spindle and guided, in the tangential direction along the adjusting ring back and forth. At the free end, the dip tube has a parallel-walled groove which is provided for receiving a sliding pin 41. The sliding pin is additionally connected to the adjusting ring 30 by being rotatably disposed in a bore in radially outwardly projecting tabs 33 of the adjusting ring 30. The actuator is optionally designed as an electric stepper motor, in which the desired rotation direction can be set via the control connection 57. In the area of the tabs, the dip tube is laterally tapered.

Alternativ kann die Gewindespindel direkt mit auf dem Verstellring angeordneten Zähnen zusammenwirken. In diesem Fall wird die Rotationsbewegung der Spindel direkt in eine Rotationsbewegung des Verstellrings gewandelt.Alternatively, the threaded spindle can interact directly with teeth arranged on the adjusting ring. In this case, the rotational movement of the spindle is converted directly into a rotational movement of the adjusting ring.

Die erfindungsgemässe Positionsregelung beruht auf der genauen Erfassung der Winkelstellung der Leitschaufeln 20 der Vordrall-Leitvorrichtung. Dabei wird ein Drehpotentiometer 61, welches einen drehbaren Teil umfasst, direkt oder - wie in der dargestellten Ausführungsform - über ein Verbindungsstift 70 mit dem Schaft einer Leitschaufel verbunden. Ein feststehender Teil des Dreh-Potentiometers wird mit Befestigungsmitteln 65, welche in Bohrungen 63 in den Befestigungslaschen 62 angeordnet sind, am Gehäuse befestigt. Ändert sich die Winkellage der Leitschaufel, führt dies dazu, dass der drehbare Teil des Potentiometers relativ zum feststehenden Teil des Potentiometers verdreht wird, so dass sich der über den Anschlusskabeln anliegende elektrische Widerstand ändert. Aufgrund der messbaren elektrischen Kenngrösse kann auf diese Weise präzis die genaue Winkellage der Leitschaufel bestimmt werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, oder um den Ausfall eines Sensors kompensieren zu können, kann optional ein zweiter Sensor auf der gleichen oder einer anderen Leitschaufel angeordnet sein. Anstelle eines Dreh-Potentiometers können auch kontaktlose magnetische Sensoren oder optische Absolutwinkelmesssysteme eingesetzt werden.The inventive position control is based on the accurate detection of the angular position of the vanes 20 of the pre-whirling guide. In this case, a rotary potentiometer 61, which comprises a rotatable part, directly or - as in the illustrated embodiment - connected via a connecting pin 70 with the shaft of a vane. A fixed part of the rotary potentiometer is fastened to the housing with fastening means 65, which are arranged in bores 63 in the fastening tabs 62. As the angular position of the vane changes, this causes the rotatable part of the potentiometer to be rotated relative to the fixed part of the potentiometer so that the electrical resistance across the connection cables changes. Due to the measurable electrical characteristic, the exact angular position of the vane can be precisely determined in this way. In order to increase the accuracy, or to compensate for the failure of a sensor, optionally a second sensor may be arranged on the same or another vane. Instead of a rotary potentiometer also non-contact magnetic sensors or optical absolute angle measuring systems can be used.

Die Verbindung zur Leitschaufel 20 erfolgt in der dargestellten Ausführungsform über den Verbindungsstift 70. Dieser ist in einer Bohrung durch die Gehäusewand angeordnet, wobei die Bohröffnung optional mittels Dichtring 74 abgedichtet ist, so dass keinerlei Gasaustausch zwischen dem Strömungskanal und der Aussenwelt erfolgt.The connection to the guide vane 20 in the illustrated embodiment via the connecting pin 70. This is arranged in a bore through the housing wall, wherein the bore opening is optionally sealed by means of sealing ring 74, so that no gas exchange between the flow channel and the outside world.

Der Verbindungsstift 70 wird mit einem definiert geformten Steckbereich 73 in eine entsprechend geformte Stecköffnung 26 in der Schaufelwelle 22 gesteckt, und zwar koaxial zur Drehachse der Leitschaufelwelle. Das Dreh-Potentiometer wird mit einem ebenfalls definiert geformten Stecköffnung 61 auf den entsprechend geformten Steckbereich 71 des Verbindungsstiftes bis zum Anschlag 72 aufgesteckt.The connecting pin 70 is inserted with a defined shaped plug portion 73 in a correspondingly shaped insertion opening 26 in the blade shaft 22, coaxial with the axis of rotation of the guide shaft. The rotary potentiometer is plugged with a likewise defined shaped plug opening 61 on the correspondingly shaped plug portion 71 of the connecting pin to the stop 72.

Der Verbindungsstift kann optional Teil des Schaufelschafts sein, so dass das Potentiometer direkt auf den Schaft aufgesteckt werden kann.The connecting pin can optionally be part of the blade shank, so that the potentiometer can be plugged directly onto the shank.

Nach dem Einschalten bzw. nach einer Störung braucht die Vordrall-Leitvorrichtung nicht in eine bestimmte Ausgangsposition gefahren werden. Der Aktuator wird solange betätigt (in die eine oder andere Richtung) und damit der Verstellring bzw. die Leitschaufeln entsprechend bewegt, bis die Ist-Position der Leitschaufeln mit dem Sollwert übereinstimmen.After switching on or after a fault, the pre-twist guide device does not need to be moved to a specific starting position. The actuator is actuated (in one or the other direction) and thus the adjusting ring or the guide vanes are moved accordingly until the actual position of the guide vanes coincide with the desired value.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Inneres GehäuseteilInner housing part
1111
Halterippeholding rib
1212
Zentralkörpercentral body
1313
Äusseres GehäuseteilOuter housing part
1414
GehäusefortsatzHousing extension
1515
Gehäusedeckelhousing cover
2020
Leitschaufelvane
2121
Schaufelprofilblade profile
2222
Schaufelschaftblade shank
2323
Verstellhebel zum Bewegen der LeitschaufelnAdjustment lever for moving the guide vanes
2424
Kugelkopfball head
2525
Gleitschuhshoe
2626
Stecköffnungplug-in opening
3030
Verstellring zum Bewegen der Leitschaufeln über die VerstellhebelAdjusting ring for moving the guide vanes via the adjusting lever
3131
Nut zur Aufnahme von GleitschuhGroove for receiving sliding shoe
3232
Ringbohrung zur Aufnahme von GleitstiftRing bore for receiving sliding pin
3333
Laschentabs
4141
Gleitstiftslide
5050
Aktuator-VorrichtungActuator device
5151
Aktuator, LinearmotorActuator, linear motor
5252
Spindelspindle
5454
Tauchrohrdip tube
5757
Anschlusskabelconnection cable
5858
Befestigungsmittelfastener
6060
Winkelgeber, PotentiometerAngle encoder, potentiometer
6161
Stecköffnungplug-in opening
6262
Befestigungslaschenmounting tabs
6363
Befestigungsbohrungenmounting holes
6464
Anschlusskabelconnection cable
6565
Befestigungsmittelfastener
7070
Verbindungsstiftconnecting pin
71, 7371, 73
Steckbereichplug-in region
7272
Anschlagattack
7474
Dichtringseal

Claims (10)

Positionsregelung einer Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters, umfassend einen Aktuator (50) zum Bewegen von Leitelementen (20) der Vordrall-Leitvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Sensor (60), welcher die aktuelle Winkelstellung mindestens eines Leitelementes (20) erfasst.Position control of a pre-whirling guide device for generating a pre-whirl in the intake region of a compressor, comprising an actuator (50) for moving guide elements (20) of the pre-whirling guide device, characterized by a sensor (60) which detects the current angular position of at least one guide element (20). detected. Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Drehpotentiometer (60) umfasst.A position control according to claim 1, wherein the sensor comprises a rotary potentiometer (60). Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor als kontaktloser, magnetischer Sensor ausgebildet ist.Position control according to claim 1, wherein the sensor is designed as a contactless, magnetic sensor. Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein optisches Absolutwinkelmesssystem umfasst.Position control according to claim 1, wherein the sensor comprises an optical absolute angle measuring system. Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (60) über ein drehbares Verbindungsstück (70) mit einem Leitelement (20) verbunden ist.Position control according to one of the preceding claims, wherein the sensor (60) via a rotatable connecting piece (70) is connected to a guide element (20). Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (60) einen rotierbaren Teil umfasst, und der rotierbare Teil koaxial zu einem drehbaren Schaft (22) des Leitelements angeordnet ist.Position control according to one of the preceding claims, wherein the sensor (60) comprises a rotatable part, and the rotatable part is arranged coaxially with a rotatable shaft (22) of the guide element. Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Kontrolleinheit über ein Anschlusskabel (64) mit dem Sensor (60) und über ein Anschlusskabel (57) mit dem Aktuator (50) verbunden ist, und die Kontrolleinheit Mittel zum Steuern des Aktuators (50) in Abhängigkeit der vom Sensor (60) erfassten Winkelstellung umfasst.Position control according to one of the preceding claims, wherein a control unit via a connecting cable (64) to the sensor (60) and via a connecting cable (57) to the actuator (50) is connected, and the control unit means for controlling the actuator (50) in Dependence of the sensor (60) detected angular position includes. Positionsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen weiteren Sensor zum erfassen der aktuellen Winkelstellung des Leitelementes.Position control according to one of claims 1 to 6, comprising at least one further sensor for detecting the current angular position of the guide element. Positionsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen weiteren Sensor zum erfassen der aktuellen Winkelstellung mindestens eines weiteren Leitelementes.Position control according to one of claims 1 to 6, comprising at least one further sensor for detecting the current angular position of at least one further guide element. Abgasturbolader, umfassend einen Verdichter mit einer Vordrall-Leitvorrichtung und mit einer Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche.Exhaust gas turbocharger, comprising a compressor with a pre-whirling guide and with a position control according to one of the preceding claims.
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