WO2012069138A1

WO2012069138A1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: WO2012069138A1
Application number: PCT/EP2011/005563
Authority: WO
Inventors: Stefan Koehler; Sergej Bykanov
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-05-31
Also published as: DE102010050668A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (1) zum Abblasen von Gas (A) aus einem Strömungskanal (8) einer Turbomaschine (3) vor einem Laufrad (2,5) in einen Bereich nach dem Laufrad mit einem Ventilgehäuse (10), und einem Ventilkörper (12), welcher in einer ersten Position eine Strömungsöffnung (13) freigibt und in einer zweiten Position die Strömungsöffnung (13) verschließt; und welcher durch ein Betätigungselement (17) zwischen den beiden Positionen bewegbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) über ein Gewinde (16) in dem Ventilgehäuse (10) aufgenommen ist, sodass der Ventilkörper (12) über eine Drehbewegung um seine Achse axial von der ersten Position in die zweite Position verschieblich ist.

Description

Ventileinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Turbomaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Bei den Laufrädern solcher Turbomaschinen handelt es sich dabei typischerweise um Abgasnutzturbinen oder Verdichterräder. Beide werden in Kombination

miteinander beispielsweise in einem sogenannten Abgasturbolader eingesetzt. Die Abgasnutzturbine alleine kann außerdem Teil eines sogenannten Turbo- Compound-Systems sein.

Abgasnutzturbinen werden typischerweise in Kraftfahrzeugen und dort zumeist in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die

Abgasnutzturbinen nutzen dabei thermische Energie und Druckenergie in den Abgasen, insbesondere in den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine, um daraus Energie zurückzugewinnen. Über die zurückgewonnene Energie kann dann beispielsweise bei einem Abgasturbolader ein Verdichterrad angetrieben werden, um die der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Frischluft zu verdichten. Bei einem Turbo-Compound-System dient die mittels der Abgasnutzturbine aus den Abgasen zurückgewonnene Energie typischerweise dazu, ergänzend mechanische Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Andere aus dem Stand der Technik bekannte vergleichbare Anwendungen von Abgasnutzturbinen können die zurückgewonnene Energie auch anderweitig nutzen, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten oder dergleichen.

Nun ist es so, dass sehr häufig im Bereich von Turboladern, aber auch im Bereich von Turbo-Compound-Systemen, sogenannte Wastegate-Ventile, Abblasventile oder Umluftventile vorgesehen sind. Diese Ventile sind dabei typischerweise in Form von Klappen aufgebaut, welche eine Öffnung in einem Strömungskanal,

BESTÄTiGUNGSKOPIE durch welchen Gas von oder zu dem Laufrad oder den Laufrädern strömt, öffnen können, um so das Gas in den Bereich nach dem Laufrad abblasen zu können.

In dem Fall, in dem die Ventileinrichtung im Bereich der Abgasturbine eingesetzt wird, wird sie typischerweise als Wastegate-Ventil bezeichnet. Sie kann dann zur Verbesserung der Regelbarkeit der Abgasnutzturbine eingesetzt werden. Wird in solchen Situationen der Abgasdruck über der Abgasnutzturbine durch ein solches Wastegate-Ventil reduziert, minimieren sich die Verluste. Die Ventileinrichtung mit vergleichbarem Aufbau kann auch im Bereich der Verdichterturbine als Laufrad der Turbomaschine eingesetzt werden. Sie kann dann beispielsweise einen Bypass um die Verdichterturbine öffnen, entweder als reines Sicherheitsventil oder um bereits verdichtete Luft nach der Verdichterturbine abzublasen, um so die Luftzufuhr zu regeln. Die letztgenannte Variante, welche so im Stand der Technik durchaus üblich ist, ist aufgrund der damit verbundenen Energieverluste im Allgemeinen jedoch nicht zu bevorzugen.

Ein typischer Aufbau für eine derartige Ventileinrichtung ist dabei die Realisierung des Ventils durch eine Strömungsöffnung in einer Gehäusewand in dem Gehäuse für das Laufrad, welche von einer gegenüber der Strömungsöffnung beweglichen Klappe verschließbar oder freigebbar ist. Die Problematik bei einer derartigen Ventilanordnung mit Klappe liegt nun darin, dass der Querschnitt der

Strömungsöffnung vergleichsweise schwer zu steuern ist, dass oft entsprechende hohe Kräfte zur Betätigung der Klappe gegen den Druck des Gases aufgewandt werden müssen, und dass eine vergleichsweise hohe Haltekraft der Klappe notwendig ist, um trotz eventueller Verschmutzungen, zum Beispiel durch Abgas, eine abdichtende Position der Klappe im geschlossenen Zustand zu gewährleisten. Um dies zu realisieren, sind daher typischerweise entsprechende Hebel in einem Bereich außerhalb des Gehäuses für das Laufrad angeordnet, um über geeignete Betätigungselemente die erforderliche Ansteuerung der Klappe zu gewährleisten. Der Aufbau setzt dabei voraus, dass eine außerhalb des Gehäuses mit dem Hebel und innerhalb des Gehäuses mit der Klappe verbundene Welle abdichtend durch das Gehäuse geführt ist und dennoch über die entsprechenden

Betätigungseinrichtungen leicht drehbar gelagert ist. Der gesamte Aufbau einer derartigen Ventileinrichtung ist daher vergleichsweise aufwändig und schwierig anzusteuern und benötigt vergleichsweise viel Bauraum und entsprechend hohe Haltekräfte, um eine zuverlässige Abdichtung im Falle des geschlossenen Ventils zu gewährleisten. Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung liegt nun darin, eine Ventileinrichtung für eine Turbomaschine zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeidet und einen einfachen, kompakten Aufbau gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung sind dabei in den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinrichtung sieht es also vor, dass der Ventilkörper über ein Gewinde in dem Ventilgehäuse aufgenommen ist, sodass der Ventilkörper über eine Drehbewegung um seine Achse axial von der ersten in die zweite Position verschieblich ist. Der Ventilkörper der erfindungsgemäßen

Ventileinrichtung wird also nicht mehr als Klappe oder Schieber bewegt, sondern wird durch ein Gewinde zwischen dem Ventilkörper und einem Ventilgehäuse so gelagert, dass eine einfache Drehbewegung des Ventilkörpers durch das Gewinde in eine Bewegung in axialer Richtung umgesetzt wird. Je nach Steigung des eingesetzten Gewindes und nach der Geschwindigkeit der Drehbewegung kann der Ventilkörper die Strömungsöffnung also freigeben oder verschließen. Dabei entsteht im Idealfall eine kreisringförmige Strömungsöffnung, wenn der

Ventilkörper diese freigibt. Durch die Drehbewegung kann dabei der durchströmbare Querschnitt der Strömungsöffnung sehr fein eingestellt werden, wodurch eine sehr genaue Regelung des im Bypass um das Laufrad

(Abgasnutzturbine und/oder Verdichterrad) abgeschlossenen Gasstroms über die Ventileinrichtung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung lässt sich außerdem sehr kompakt aufbauen und ermöglicht den Antrieb über eine einfach zu realisierende

Drehbewegung, beispielsweise über einen elektrischen Stellmotor als

Betätigungselement. Durch das Gewinde kommt es dabei typischerweise zu sehr geringen Haltekräften, um den Ventilkörper in der gewünschten Stellung zu halten. Insbesondere in der zweiten Position, in welcher der Ventilkörper die Strömungsöffnung gänzlich verschließt, kann dieser ohne Kräfte von außen gehalten werden. Dies minimiert den Aufwand hinsichtlich der

Betätigungseinrichtung und verringert eine durch Torsion und Biegung auf den Ventilkörper einwirkende dauerhafte Belastung, welche nun lediglich auf den Zeitraum beschränkt ist, in dem dessen Position verändert wird.

In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist es ferner vorgesehen, dass der Ventilkörper an seinem dem Einlassraum

zugewandten Ende einen Abdichtbereich aufweist, welcher in der ersten Position dichtend an einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse anliegt. Ein solcher

Abdichtkörper kann beispielsweise ein tellerartig ausgebildetes Ende des

Ventilkörpers sein, ähnlich wie es bei Ventilen im Bereich eines Zylinderkopfs üblich ist. Dieser Abdichtbereich liegt dann auf einem im Ventilgehäuse

befindlichen Ventilsitz auf. Durch die Betätigung des Ventilkörpers durch Drehen desselben um seine Achse kommt es sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen zu einer Drehbewegung des Abdichtbereichs gegenüber dem Ventilsitz, bevor diese fest und dichtend aneinander anliegen. Durch diese Drehbewegung erfolgt eine Selbstreinigung sowohl des Abdichtbereichs als auch des Ventilsitzes, sodass die Dichtflächen immer gut gereinigt sind und ideal dichtend aneinander anliegen. Neben eventuellem Schmutz werden auch minimale Toleranzen während des Betriebs durch ein Einschieifen des Abdichtbereichs gegenüber dem Ventilsitz durch die Drehbewegung beim Öffnen und Schließen der Ventileinrichtung ausgeglichen. Damit lässt sich eine sehr gute Abdichtung ohne zusätzlichen Aufwand erzielen.

Die einschlägige Integration des Ventilsitzes in das Ventilgehäuse hat den zusätzlichen Vorteil, dass bei einem modularen Aufbau, bei dem die

Ventileinrichtung unabhängig vom Gehäuse des Laufrads ausgeführt ist, alle für die Funktionalität und korrekte Abdichtung notwendigen Teile innerhalb des Moduls liegen, sodass das Modul montiert werden kann, ohne dass Teile des Moduls gegenüber Teilen des Gehäuses des Laufrads sehr exakt positioniert werden müssen. Dies unterstützt die Modularität und die einfache und schnelle Montage eines solchen Moduls. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Ventilkörper an dem dem

Einlassraum abgewandten Ende direkt oder mittelbar mit einem Stellmotor als Betätigungseinrichtung verbunden ist. Ein solcher Stellmotor, insbesondere ein elektrischer Stellmotor, ist dabei sehr einfach und effizient zu realisieren und ermöglicht bei minimalem Bauraum und sehr einfacher Ansteuerung eine sehr exakte Betätigung des Ventilkörpers und damit eine ideale Regelung des

Gasstroms über die Ventileinrichtung. In einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen dem Ventilkörper und dem Stellmotor ein homokinetisches Gelenk oder ein Kreuzgelenk aufweist. Ein solcher Aufbau mit homokinetischem Gelenk oder Kreuzgelenk ermöglicht es, die Betätigungsachse des Stellmotors in einem Winkel gegenüber der Achse des Ventilkörpers zu kippen, sofern dies aufgrund des Einbaus notwendig sein sollte. Außerdem kann über ein derartiges homokinetisches Gelenk oder Kreuzgelenk ein Längenausgleich, insbesondere ein Toleranzausgleich oder ein Ausgleich aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung des Ventilkörpers gegenüber der Halterung des

Stellmotors realisiert werden.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Ventileinrichtung ist es außerdem vorgesehen, dass das Ventilgehäuse gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt, ausgeführt ist. Das Ventilgehäuse kann als eigenes Gehäuse unabhängig vom Gehäuse des Laufrads ausgebildet werden. Es ist dann einfach und effizient an eine Kühlung, beispielsweise eine Wasserkühlung einer Verbrennungskraftmaschine, anschließbar. Dadurch wird die im Bereich des Strömungskanals, insbesondere wenn dieser der Einlassraum einer

Abgasnutzturbine ist, vorliegende im Betrieb gegebenenfalls sehr hohe

Temperatur nicht oder nicht vollständig auf das Ventilgehäuse übertragen. Das Ventilgehäuse bleibt also im Vergleich zum Gehäuse des Laufrads während des Betriebs aufgrund der Kühlung entsprechend kühler. Dies ermöglicht es

beispielsweise den Stellmotor direkt an das Ventilgehäuse anzuflanschen und erlaubt es in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung außerdem, dass der Ventilkörper gegenüber dem Ventilgehäuse über eine Ventilschaftdichtung abgedichtet ist. Eine solche Ventilschaftdichtung, wie sie beispielsweise aus dem Bereich der Ein- und Auslassventile im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors bekannt ist, kann eine sehr gute Abdichtung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilgehäuse gewährleisten. Dadurch kann das Gas in der ersten geöffneten Position der Strömungsöffnung nicht in den Bereich des Ventilgehäuses eindringen, in dem dies nicht gewünscht ist. So kann

beispielsweise das Gewinde zur Realisierung der Drehbewegung des Ventilkörpers und/oder die Anbindung an den Stellmotor von dem gegebenenfalls heißen, im Falle von Abgas typischerweise mit Ruß und ähnlichen Schmutzpartikeln

beladenem Gas abgedichtet werden. Dies garantiert bei sehr einfachem Aufbau durch die Ventilschaftdichtung eine sehr langlebige Ventileinrichtung. In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist es ferner vorgesehen, dass das Ventilgehäuse mit dem Ventilkörper und der Betätigungseinrichtung als eigenständige Baueinheit ausgeführt ist. Dies

ermöglicht es, die Ventileinrichtung als modularen Aufbau zu realisieren und diese nach Möglichkeit unabhängig von der Art, der Größe und dem Aufbau des

Gehäuses des Laufrads zu realisieren. Dadurch lassen sich Kosten einsparen, da unabhängig von der Ausgestaltung des Laufrads bei verschiedenen Bauformen desselben jeweils dieselbe Ventileinrichtung als eigenständiges Ventil-Modul eingesetzt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung hiervon ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Baueinheit an das Gehäuse um das Laufrad angeflanscht ist, wobei der Strömungskanal über eine Öffnung mit der Baueinheit in Verbindung steht. Ein solcher Aufbau ist bei vielen verschiedenen Ausgestaltungen des Laufrads, des Gehäuses und des Strömungskanals prinzipiell denkbar. Im Bereich des

Strömungskanals ist lediglich eine Öffnung notwendig, welche nach außerhalb des Gehäuses führt, und welche dort über eine geeignete Fläche, welche

beispielsweise über mehrere Bautypen des Gehäuses hinweg standardisiert werden kann, abschließt. Die Baueinheit aus Ventilkörpergehäuse und

Betätigungseinrichtung muss dann lediglich eine hierzu passende Flanschfläche aufweisen, sodass diese einfach und effizient an das Gehäuse angeflanscht werden kann. Dieser modulare Aufbau ist hinsichtlich der Flexibilität beim Einsatz und der über verschiedene Baureihen des Gehäuses hinweg identisch eingesetzten Ventileinrichtung von besonderem Vorteil, insbesondere hinsichtlich der

Herstellungskosten aufgrund der hohen Stückzahlen bei der Ventileinrichtung sowie hinsichtlich Montage und Lagerhaltung derselben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufbaus ergeben sich außerdem aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel, welches unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Abgasturboladers; und

Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Ventileinrichtung im Bereich einer Abgasnutzturbine.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel beschreibt die Funktionalität und den Aufbau einer Ventileinrichtung 1 für eine Abgasnutzturbine 2 am Beispiel eines Turboladers 3, welcher in der Darstellung der Figur 1 in einer schematischen Ansicht zu erkennen ist. Die Abgasnutzturbine beziehungsweise Turbine 2 des

Abgasturboladers 3 ist dabei in an sich bekannter Art und Weise über eine Welle 4 mit einem Verdichter beziehungsweise einem Verdichterrad 5 verbunden. Der Turbine 2 strömt durch den mit A bezeichneten Pfeil heißes Abgas, beispielsweise aus dem Bereich einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, zu. Dieses heiße Abgas wird in der Turbine 2 entspannt und gelangt dann über den mit a bezeichneten Pfeil in den Bereich der Umgebung. Die dabei anfallende

mechanische Leistung wird über die Welle 4 direkt auf den Verdichter 5

übertragen, welcher aus der Umgebung gemäß dem Pfeil b Frischluft ansaugt, diese verdichtet und gemäß dem Pfeil B als Verbrennungsluft der soeben erwähnten Brennkraftmaschine zuführt. Dieser Aufbau ist dabei aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Er soll die nachfolgend erläuterte Funktion der Ventileinrichtung 1 am Beispiel eines Abgasturboladers 3 näher beschreiben. Ebenso wäre ein vergleichbarer Aufbau bei einem Turbo-Compound-System anwendbar, welches ebenfalls die Abgasnutzturbine beziehungsweise Turbine 2 aufweist, welche über die Welle 4 dann jedoch keinen Verdichter 5, sondern typischerweise ein Zahnrad beziehungsweise Ritzel antreibt. Über dieses Ritzel wird die im Bereich der Turbine 2 gewonnene Leistung dann anderweitig verwendet, beispielsweise über eine hydrodynamische Kupplung und ein entsprechendes Getriebe der Kurbelwelle als ergänzende Leistung zur Verfügung gestellt. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht im Bereich des Verdichterrads 5. Auch hier könnte über eine Ventileinrichtung 1 Luft im Bypass um das

Verdichterrad 5 geführt oder aus dem Bereich des Verdichterrads 5 abgeblasen werden. Die hierfür eingesetzte Ventileinrichtung kann analog der

erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 1 aufgebaut sein, welche nachfolgend am Beispiel der Abgasseite näher beschrieben und erläutert wird.

Sowohl bei Abgasturboladern 3 als auch bei Turbo-Compound-Systemen kommt es in bestimmten Betriebssituationen dazu, dass das Abgas A nicht durch die Turbine 2 hindurchgeführt, sondern ganz oder typischerweise teilweise um die Turbine 2 herumgeführt werden soll. Hierfür dient die Ventileinrichtung 1, welche auch als Umblaseventil, Umluftventil, Abblaseventil oder Wastegate- Ventil bezeichnet wird. Sie verbindet den Bereich des in die Turbine 2 einströmenden Abgases A mit dem Bereich des die Turbine 2 verlassenden Abgases a. Auf diese Ventileinrichtung 1 soll nachfolgend nun näher eingegangen werden.

In der Darstellung der Figur 2 ist die Turbine 2 mit einem Teil ihrer Welle 4 nochmals in einer Ansicht oberhalb einer Drehachse 6 der Turbine 2 zu erkennen. Die Turbine 2 wird dabei von einem Turbinengehäuse 7 umgeben, welches einen Einlassraum 8 als Beispiel für einen Strömungskanal aufweist. Dieser Einlassraum 8 ist dabei typischerweise als spiralförmiger Raum um den größten Umfang der

Turbine 2 herum angeordnet. Diesem Einlassraum 8 strömt das heiße Abgas A aus dem Bereich der Verbrennungskraftmaschine zu, bevor es in der Turbine 2 entspannt wird. Nachdem das Abgas die Turbine 2 passiert hat, strömt es durch eine Auslassöffnung 9 aus dem Bereich der Turbine 2 ab, wie durch den Pfeil a angedeutet. Dieser Aufbau für eine Abgasnutzturbine 2 ist dabei in Turboladern und Turbo-Compound-Systemen typischerweise in analoger Art vorhanden. Der Einlassraum 8 selbst kann dabei beispielsweise einflutig, wie hier dargestellt, ausgebildet sein oder auch mehrere voneinander getrennt ausgeführte Fluten in an sich bekannter Art und Weise aufweisen. Außerdem ist es denkbar, zwischen dem Einlassraum 8 und der Turbine 2 außerdem ein variables Turbinenleitgitter anzuordnen, um den Strömungsquerschnitt zwischen dem Einlassraum 8 und der Turbine 2 entsprechend beeinflussen zu können. All dies hat für die hier vorliegende Erfindung keine weitere Bedeutung, sodass zur Vereinfachung der Figur 2 auf eine entsprechende Darstellung verzichtet worden ist.

Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch bei Abgasnutzturbinen 2 eingesetzt werden, welche über derartige Einbauten im Bereich des Einlassraums 8 oder zwischen dem Einlassraum 8 und der Turbine 2 verfügen.

Das Turbinengehäuse 7 der Turbine 2 steht nun mit der Ventileinrichtung 1 in Verbindung, welche mit einem Ventilgehäuse 10 an das Turbinengehäuse 7 angeflanscht und, wie durch die angedeuteten Verschraubungen dargestellt, beispielsweise verschraubt ist. Die Flächen zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Turbinengehäuse 7 sind dabei so auszuführen, dass diese nach dem

Anflanschen des Ventilgehäuses 10 an dem Turbinengehäuse 7 dichtend aneinander anliegen. Das Turbinengehäuse 7 weist im Bereich des angeflanschten Ventilgehäuses 10 eine Öffnung 11 auf. Die Ventileinrichtung 1 ist nun so ausgeführt, dass in dem Ventilgehäuse 10 ein Ventilkörper 12 in axialer Richtung beweglich angeordnet ist. In der Darstellung der Figur 2 ist dieser Ventilkörper 12 dabei in einer ersten Position gestrichelt dargestellt, in welcher er eine

Strömungsöffnung zwischen dem Ventilkörper 12 und dem Ventilgehäuse 10 freigibt. Ferner ist er mit durchgezogenen Linien in einer zweiten Position dargestellt, in dem ein tellerförmiger Abdichtbereich 14 des Ventilkörpers 12 auf einem Ventilsitz 15 in dem Ventilgehäuse 10 aufliegt und die Strömungsöffnung 13 entsprechend verschließt und abdichtet. Um den Ventilkörper 12 nun zwischen den beiden dargestellten Positionen kontinuierlich in axialer Richtung bewegen zu können, weist dieser ein Gewinde 16 auf, über welches er mit einem korrespondierenden Gewinde im Bereich des Ventilgehäuses 10 in Wirkverbindung steht. Über einen Stellmotor 17, welcher in idealer Weise an das Ventilgehäuse 10 angeflanscht ist, und welcher direkt oder mittelbar mit dem Ventilkörper 12 in Verbindung steht, kann der Ventilkörper 12 nun in eine durch den Pfeil angedeutete Drehbewegung entweder in die eine Drehrichtung oder in die andere Drehrichtung versetzt werden. Je nach

Drehgeschwindigkeit und Steigung des Gewindes 16 kommt es so zu einer mehr oder weniger schnellen axialen Verschiebung des Ventilkörpers 12, sodass der tellerförmige Abdichtbereich 14 die Strömungsöffnung zwischen ihm und dem Ventilsitz 15 mehr oder weniger weit freigibt oder verschließt. Durch eine einfach zu steuernde Drehbewegung über den Stellmotor 17 kann so sehr exakt der Querschnitt der Strömungsöffnung 13 beeinflusst werden, um so eine sehr genaue Regelung des Volumenstroms durch die Ventileinrichtung 1 zu gewährleisten. Das bei freigegebener Strömungsöffnung 13 in den Bereich des Ventilgehäuses 10 eindringende heiße Abgas kann über geeignete Kanäle in den Abströmbereich 9 geführt werden, was in der Darstellung der Figur 2 lediglich durch einen

gestrichelten Pfeil mit dem Bezugszeichen 18 entsprechend angedeutet ist. Die über den Doppelpfeil in dem dem Einlassraum 8 abgewandten Ende des

Ventilkörpers 12 angedeutete Drehbewegung in die eine oder die andere Richtung kann dabei durch eine direkte Ankopplung des Stellmotors 17 an den Ventilkörper 12 beziehungsweise dessen Schaftende erfolgen. Neben einer solchen sehr einfachen direkten Ankopplung wäre es prinzipiell auch denkbar, zum

Toleranzausgleich eine gelenkige Anbindung zwischen dem Stellmotor 17 und dem Ventilkörper 12 zu realisieren. Für eine solche gelenkige Anordnung, welche entsprechende Toleranzen ausgleichen kann, wäre beispielsweise die Verwendung eines homokinetischen Gelenks oder eines Kreuzgelenks denkbar. Dies ist durch das mit dem Bezugszeichen 19 versehene optionale Gelenk prinzipmäßig angedeutet. Auch die Anbindung über ein Getriebeelement, beispielsweise zwei oder mehr Ritzel, ein Getriebe, ein Riementrieb oder dergleichen wären

grundsätzlich selbstverständlich denkbar.

Der in Figur 2 dargestellte Aufbau lässt sich, wie eingangs bereits erwähnt wurde, dabei modular realisieren und erlaubt so, eine Verwendung weitgehend

unabhängig von der tatsächlichen Ausgestaltung des Turbinengehäuses 7, welches lediglich eine geeignete Fläche zum Anflanschen des Ventilgehäuses 10 sowie eine Öffnung 11 mit geeignetem Durchmesser aufweisen muss. Das unabhängig vom Turbinengehäuse 7 realisierte Ventilgehäuse 10 der Ventileinrichtung 1 kann damit sehr einfach mit einem Kühlwärmetauscher 20 versehen werden, welcher in der Darstellung der Figur 2 in der oberen Hälfte des Ventilgehäuses 10 beispielhaft angedeutet ist. Ein solcher Wärmetauscher 20 kann insbesondere für eine

Flüssigkeitskühlung der Ventileinrichtung 1 genutzt werden. Diese so über den Wärmetauscher 20 gekühlte Ventileinrichtung 1 wird damit nicht dieselbe im Betrieb sehr hohe Temperatur des mit dem Einlassraum 8 in Verbindung

stehenden Turbinengehäuse 9 aufweisen, sondern kann zumindest im Bereich des Ventilgehäuses 10 eine deutlich geringere Temperatur aufweisen. Diese

gegenüber dem Turbinengehäuse 7 geringere Temperatur im Bereich der

Ventileinrichtung 1 ermöglicht den Einsatz von einfachen, effizienten und kostengünstigen Ventilschaftdichtungen 21 im Bereich der Ventileinrichtung 1. Damit kann das Gewinde 16 und der Bereich des Stellmotors 17 sowie der Bereich des optionalen homokinetischen Gelenks oder Kreuzgelenks 19 beziehungsweise des Getriebelements gegenüber den heißen Abgasen, welche typischerweise Rußpartikel mit sich führen, abgedichtet werden. Die Ventileinrichtung 1 kann so sehr einfach und effizient besonders dicht und langlebig realisiert werden.

Alles in allem entsteht durch die Realisierung der axialen Bewegung des

Ventilkörpers 12 durch eine Drehbewegung desselben und die Umsetzung der Bewegung über das Gewinde 16 ein sehr einfacher und effizienter Aufbau, welcher sich außerordentlich kompakt realisieren lässt und welcher keine oder nur sehr geringe Haltekräfte zum Halten des eingestellten Querschnitts der Strömungsöffnung 13, insbesondere im verschlossenen Zustand, benötigt. Der Aufbau kann daher mit geringem Energieaufwand betrieben werden. Außerdem erlaubt er eine sehr exakte Regelung des Querschnitts der Strömungsöffnung 16 und damit eine sehr exakte Regelung des Abgasstroms, welcher durch die Ventileinrichtung 1 um die Turbine 2 herumgeleitet wird.

Claims

Patentansprüche

1. Ventileinrichtung (1) zum Abblasen von Gas (A) aus einem Strömungskanal (8) einer Turbomaschine (3) vor einem Laufrad (2, 5) in einen Bereich nach dem Laufrad (2, 5), mit

1.1 einem Ventilgehäuse (10); und

1.2 einem Ventilkörper (12), welcher in einer ersten Position eine

Strömungsöffnung (13) freigibt und in einer zweiten Position die

Strömungsöffnung (13) verschließt, und welcher

1.3 durch ein Betätigungselement (17) zwischen den beiden Positionen

bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

1.4 der Ventilkörper (12) über ein Gewinde (16) in dem Ventilgehäuse (10) aufgenommen ist, sodass

1.5 der Ventilkörper (12) über eine Drehbewegung um seine Achse axial von der ersten Position in die zweite Position verschieblich ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

Ventilkörper (12) an seinem dem Strömungskanal (8) zugewandten Ende einen Abdichtbereich (14) aufweist, welcher in der ersten Position dichtend an einem Ventilsitz (15) in dem Ventilgehäuse (10) anliegt.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der

Abdichtbereich (14) des Ventilkörpers (12) tellerartig ausgebildet ist und in der zweiten Position die Strömungsöffnung (13) ringförmig freigibt.

4. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) an dem dem Eintrittsraum (8) abgewandten Ende direkt oder mittelbar mit einem elektrischen Stellmotor (17) als Betätigungseinrichtung verbunden ist.

5. Ventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Ventilkörper (12) und dem Stellmotor (17) ein homokinetisches Gelenk oder ein Kreuzgelenk (19) aufweist.

6. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt, ausgeführt ist.

7. Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der

Ventilkörper (12) gegenüber dem Ventilgehäuse (10) über eine

Ventilschaftdichtung (21) abgedichtet ist.

8. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (17) an das Ventilgehäuse (10) angeflanscht ist.

9. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) mit dem Ventilkörper (12) und der Betätigungseinrichtung (17) als eigenständige Baueinheit ausgeführt ist.

10. Ventileinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Baueinheit an ein Gehäuse (7) um das Laufrad (2, 5) angeflanscht ist, wobei der Strömungskanal (8) über eine Öffnung (11) mit der Baueinheit in Verbindung steht.

11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad als Abgasnutzturbine (2) und/oder als ein Verdichterrad (5) eines Abgasturboladers (3) ausgebildet ist.