WO2014121983A1 - KLAPPENEINRICHTUNG ZUM ÖFFNEN UND SCHLIEßEN EINES WASTEGATEKANALS IM TURBINENGEHÄUSE EINES TURBOLADERS - Google Patents

KLAPPENEINRICHTUNG ZUM ÖFFNEN UND SCHLIEßEN EINES WASTEGATEKANALS IM TURBINENGEHÄUSE EINES TURBOLADERS Download PDF

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WO2014121983A1
WO2014121983A1 PCT/EP2014/050590 EP2014050590W WO2014121983A1 WO 2014121983 A1 WO2014121983 A1 WO 2014121983A1 EP 2014050590 W EP2014050590 W EP 2014050590W WO 2014121983 A1 WO2014121983 A1 WO 2014121983A1
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WO
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flap
actuating element
turbocharger
turbine housing
turbine
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PCT/EP2014/050590
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno Ferling
Alexander JÄGLE
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186—Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/20—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member
    • F16K1/2014—Shaping of the valve member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Valve device for opening and closing a
  • the invention relates to a valve means for opening and closing a waste gate channel of a turbocharger, and in particular ⁇ sondere a flap and a shutter operating member of the valve means.
  • a turbocharger generally includes a turbine wheel and a compressor wheel.
  • the turbine wheel and the compressor wheel are arranged on a common shaft.
  • the exhaust gas stream of the internal combustion engine connected to the turbocharger now drives the turbine wheel and the turbine wheel in turn drives the turbine
  • the compressor wheel can thereby compress fresh air and supply the compressed air to the internal combustion engine. By charging the efficiency of the internal combustion engine is generally increased.
  • boost pressure control of the turbocharger here is a turbine-side bypass or a so-called flap device for opening and closing a wastegate channel in the turbine housing.
  • the turbine is chosen so small that the requirements for the torque behavior can be met at low speeds and good driveability of the engine is achieved. In this design, however, the turbine is fed more exhaust gas shortly before reaching the maximum torque than is necessary for the generation of the boost pressure. For this reason, after reaching the required boost pressure, a portion of the exhaust stream is passed through the wastegate passage around the turbine.
  • the flap of the flap device is connected to a flap actuating element.
  • the flap is pivoted between an open position and a closed position by actuating the Klap ⁇ penbetuschistselements to the Wastegate channel in the turbine housing partially or completely open and close, depending on the operating condition.
  • Valve devices of a turbocharger are known from the prior art, for example from the publications DE 102011075450A1 and DE 102009007574A1.
  • Valve devices of this type have a valve actuator and a flap, the flap shalls comprises at least one pickup element having we ⁇ a receiving area for receiving the Klappenbe- foundedungselements.
  • the flap and the Klappenbetä ⁇ tion element are connected to each other via a rivet or bobver ⁇ bond.
  • the object of the present invention is to provide an improved flap device and a method for producing such a flap device, which can seal the wastegate channel in the turbine housing in a closed position as well as possible, and which is at the same time as quiet as possible.
  • This object is achieved by a flap device with the features of the main claim and a method having the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments tions of the invention will become apparent with the features of the subclaims.
  • the proposed flap device for opening and closing a wastegate channel in the turbine housing of a turbocharger comprises a flap and a valve operating element that can be connected to the turbine housing.
  • the flap is materially connected to the flap actuating element.
  • the flap and the flap actuating element are preferably pre-fixed in a play-afflicted position. Subsequently, the flap by means of the flap actuating element on a
  • both components are integrally connected to each other. The caused by manufacturing and assembly tolerances game of both components is thus compensated.
  • the flap device is thereby "custom-made" for each exhaust gas turbocharger, which results in a reduction of the tolerance chain.
  • the flap actuator pushes the flap located in a closed position on the sealing seat on the turbine housing, as is also apparent from the prior art.
  • By pressing relative movements between the flap and the flap actuating element are minimized.
  • vibrations arising during operation between the flap and the flap actuator are also reduced in a fully or partially open position of the flap.
  • Turning or spinning the flap is also by the inventive Solution prevented.
  • a relative movement between the flap actuating element and the flap is thus minimized by the cohesive connection and the tailor-made production of the flap device.
  • the flap device is therefore formed in each state of the wastegate channel from particularly low noise ⁇ .
  • wear of the components is reduced to a minimum.
  • damping elements have been used for damping vibrations occurring.
  • the damping elements were typi ⁇ cally attached to the flap and the flap actuator. Such damping elements can be dispensed with in the present document, which goes hand in hand with cost savings.
  • the flap and the Klappenbetä ⁇ tion element before the cohesive bonding a game of 0.2 to 0.8 mm in any direction.
  • This game is vectorially composed of two components.
  • the play in one direction with respect to a z-axis shown in analogy to FIG. 5 may for example be between 0.1 and 0.6 mm, preferably between 0.2 and 0.5 mm.
  • the perpendicular play in one direction with respect to a flap radius p shown in analogy to FIG. 5 may have a value of, for example, 0.2 to 0.5 mm, but preferably between 0.3 and 0.4 mm.
  • the flap is or will be connected to the flap actuator.
  • ing element welded, soldered and / or glued.
  • a welding of both components is particularly advantageous because usually only one process step is needed for a welding process.
  • welding processes are executable in the Automo ⁇ bilindustrie popular processes can be automated or robots.
  • the flap as well as a complementary shape having, the wastegate channel forming opening in the turbine housing is round or symmetrical with respect to a z-axis shown in Figure 5 analogous.
  • a round design of the flap or the opening is preferable here, since the flap can be easily mounted on the opening, or incorrect assembly of the flap is difficult.
  • the flap device can be provided with a lever which is adjustable via a linkage of an actuator. Then, at a certain pressure in the compressor housing, the actuator can actuate the flap device and thus the wastegate channel is opened more or less. As a result, a portion of the exhaust stream is directed around the turbine.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a flapper of a turbocharger.
  • This method is particularly suitable for producing a flap device of the type described above.
  • the method includes the steps of joining a flap actuating element to a turbine housing, further applying a flap to a sealing seat on the turbine housing, further pressing the flap by means of the Klappbetuschistselementanks the sealing seat and the material connection of the flap with the Klappenbet2011i ⁇ transmission element. So far, the flap outside the Turbi ⁇ nengephases was attached to the flap actuating element. He ⁇ accordance with an attachment of the flap is done with the valve mounted on the turbine housing flap actuator.
  • the flap device is formed as quiet as possible.
  • the flap device for each exhaust gas turbocharger is customized, resulting in a reduction of the tolerance chain result.
  • the flap and the flap actuating element are positioned such that a clearance between the flap and the flap actuating element is between 0.2 and 0.8 mm in any arrangement of the two ,
  • the said play is vectorially composed of a radial play in one direction with respect to the flap radius, which is preferably between 0.2 and 0.5 mm, and a perpendicular axial play in a direction analogous to the z-axis shown in FIG , which preferably has a value between 0.1 and 0.6 mm.
  • FIG. 1 is a plan view of an exhaust gas turbocharger
  • FIG. 2 is a plan view of a turbine housing
  • FIG. 3 is a plan view of a flap
  • Fig. 5 is a plan view of a flap, a Klappenbet decisivi ⁇ transmission element and a turbine housing according to the figures 2 to 4
  • Fig. 6 is a plan view of a shutter device in a closed position and a turbine housing according to Figures 2 to 5.
  • Fig. 1 a plan view is shown to a suitable for an internal combustion engine exhaust gas turbocharger 30 ⁇ .
  • the exhaust gas turbocharger consists of a compressor and a turbine, which are each arranged in a compressor housing 31 and a turbine housing and are coupled together on a common shaft 32. For power control of the turbine or the
  • Exhaust gas turbocharger 30 the turbine has a bypass, which is also referred to as wastegate, on.
  • a flap device is provided, which may also be referred to as a wastegate valve.
  • the flap device comprises a flap 4, a flap actuating element 5 and a bushing 3.
  • the flap actuating element 5 is connected to an actuator 34 via a lever 22 and a linkage 33.
  • the actuator is arranged on the compressor housing 31 and actuates the Klap ⁇ pen adopted at a predetermined pressure in the compressor 31st
  • Fig. 2 shows a plan view of the turbine housing 1.
  • the turbine housing 1 comprises a wastegate channel 2 and a bushing 3, which is mounted on the turbine housing.
  • the wastegate channel 2 has a chamfered opening, which constitutes a sealing seat 9 for a flap 4.
  • a Klappenbet2011i ⁇ transmission element 5 is rotatably mounted in the socket 3.
  • This provides a CONTROL ⁇ profiled opening and closing of the wastegate channel 2 covering flap 4 is supported.
  • the flap 4 is shown.
  • a cylindrical receiving pin 10 is shown, on which the Klappenbettechniki ⁇ merge element 5 is attached.
  • webs 11 are arranged between which the flap actuating element 5 is added to the
  • Fig. 4 shows a shutter operating member 5, which has a zy ⁇ lindhariwitzs receiving member 20 for receiving pin 11 on ⁇ .
  • the flap operating member 5 is rotatably in the socket
  • the flap 4 is positioned on the sealing seat 9, while the Klappentellerbetutzselement 5 is rotatably mounted in the socket 3.
  • the flap 4 and the Klappenbet2011i ⁇ merge element 5 are individually aligned so that the flap 4 the wastegate channel 2 seals well and the Klappenbet2011i ⁇ merge element in the socket 3 fits.
  • cylindrical coordinates p and z define a radial and an axial direction, respectively, wherein a coordinate ⁇ defines a polar angle.
  • the coordinates p and ⁇ span a plane on which the flap 4 lies.
  • the Klappentellerbettechnik instituteselement 5 is not yet connected to the flap 4 in this figure.
  • FIG. 6 shows a top view of the turbine housing 1 and the flap device individually adapted to the exhaust gas turbocharger.
  • the flap means comprises the socket 3, the flap
  • the flap device is shown in a position in which the wastegate channel is closed.
  • the flap actuator is with the lever
  • the actuator can actuate the flap device around the wastegate channel
  • the webs 11, the receiving element 20 or other receiving elements may be omitted as an alternative to the ge ⁇ showed figures. It only has to be ensured that a prefixing of the flap 4 and the flap actuating element 5 is possible before the integral connection.
  • the flap device shown in Figure 5 is produced according to the invention by the flap actuating element 5 is inserted into a bushing 3 on the turbine housing 1.
  • the flap 4 is positioned on the sealing seat 9, that of
  • Wastegatekanal 2 is closed.
  • the flap actuating element 5 is pivoted in the direction of the turbine housing 1 such that the receiving pin 11 is received by the receiving element 20. This creates a radial clearance in the p-direction between the receiving element 20 and the receiving pin 10 of 0.3 to 0.4 mm.
  • the value is between 0.2 and 0.5 mm.
  • the flap 4 is then pressed by means of the flap actuating element 5 on the sealing seat 9 and held in this position. While pressing the lid 4 with the shutter operating member 5 is welded ⁇ ver.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals im Turbinengehäuse eines Turboladers. Die Klappeneinrichtung weist eine Klappe und ein mit der Turbine verbindbares Klappenbetätigungselement auf. Erfindungsgemäß ist die Klappe Stoffschlüssig mit dem Klappenbetätigungselement verbunden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Klappeneinrichtung.

Description

Beschreibung
Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines
Wastegatekanals im Turbinengehäuse eines Turboladers
Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals eines Turboladers und insbe¬ sondere eine Klappe und ein Klappenbetätigungselement der Klappeneinrichtung .
Ein Turbolader weist im Allgemeinen ein Turbinenrad und ein Verdichterrad auf. Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind hierbei auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der Abgasstrom der an den Turbolader angeschlossenen Brennkraftmaschine treibt nun das Turbinenrad an und das Turbinenrad wiederum das
Verdichterrad. Das Verdichterrad kann dadurch Frischluft verdichten und die verdichtete Luft der Brennkraftmaschine zuführen. Durch eine Aufladung wird generell der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert.
Eine Form der Ladedruckregelung des Turboladers ist hierbei ein turbinenseitiger Bypass bzw. eine sogenannte Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals im Turbinengehäuse. Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden können und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird. Bei dieser Auslegung wird der Turbine kurz vor dem Erreichen des maximalen Drehmoments jedoch mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedrucks notwendig ist. Aus diesem Grund wird nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedrucks ein Teil des Abgasstroms durch den Wastegatekanal hindurch um die Turbine herum geleitet.
Die Klappe der Klappeneinrichtung ist dabei mit einem Klap- penbetätigungselement verbunden. Durch Betätigen des Klap¬ penbetätigungselements wird die Klappe zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position geschwenkt, um den Wastegatekanal im Turbinengehäuse teilweise oder vollständig zu öffnen und zu schließen, je nach Betriebszustand.
Aus dem Stand der Technik sind Klappeneinrichtungen eines Turboladers bekannt, beispielsweise aus den Druckschriften DE 102011075450A1 und DE 102009007574A1. Klappeneinrichtungen dieser Art weisen ein Klappenbetätigungselement und eine Klappe auf, wobei die Klappe wenigstens ein Aufnahmeelement mit we¬ nigstens einem Aufnahmebereich zum Aufnehmen des Klappenbe- tätigungselements aufweist. Die Klappe und das Klappenbetä¬ tigungselement sind hierbei über eine Niet- oder Schraubver¬ bindung miteinander verbunden.
Wie sich herausgestellt hat, ist es jedoch schwierig eine solche Klappeneinrichtung fertigzustellen, die im geschlossenen Betriebszustand das Turbinengehäuse dicht verschließt, und die gleichzeitig während des Betriebs keine störenden Geräusche verursacht. Um Fertigungs- und Montagetoleranzen auszugleichen, wurde die Klappe bisher mit relativ viel Spiel an das Klap- penbetätigungselement befestigt um eine Dichtheit des von der Klappe verschließbaren Wastegatekanals zu erreichen. Das große Spiel der Klappe führt jedoch dazu, dass die Klappeneinrichtung im Motorbetrieb störende Geräusche erzeugt. Durch Spielredu¬ zierungen oder Dämpfungselemente wurde aus diesem Grund versucht die Geräuschentwicklung zu reduzieren. Dies wiederum führt jedoch zu Undichtigkeiten im System.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Klappeneinrichtung sowie ein Verfahren zur Her- Stellung einer solchen Klappeneinrichtung bereitzustellen, die den Wastegatekanal im Turbinengehäuse in einer geschlossenen Position möglichst gut abdichten kann, und die gleichzeitig möglichst geräuscharm ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klappeneinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche .
Die vorgeschlagene Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals im Turbinengehäuse eines Turboladers umfasst eine Klappe und ein mit dem Turbinengehäuse verbindbares Klappenbetätigungselement. Erfindungsgemäß ist die Klappe mit dem Klappenbetätigungselement stoffschlüssig verbunden. Durch das Stoffschlüssige Verbinden der Klappe mit dem Klap¬ penbetätigungselement wird ermöglicht, dass die Klappe und das Klappenbetätigungselement vor dem Verbinden mit relativ viel Spiel zueinander individuell ausgerichtet werden können. Die Klappe und das Klappenbetätigungselement werden vorzugsweise in einer spielbehafteten Position vorfixiert . Anschließend wird die Klappe mittels des Klappenbetätigungselements auf einen
Dichtsitz im Turbinengehäuse gepresst und in dieser Position gehalten. Durch das Anpressen der Klappe mittels des Klappenbetätigungselements dichtet die Klappe den Wastegatekanal gut ab. Vorzugsweise während des Anpressens werden beide Bauteile stoffschlüssig mit einander verbunden. Das durch Fertigungs- und Montagetoleranzen verursachte Spiel beider Bauteile wird somit ausgeglichen. Die Klappeneinrichtung wird dadurch für jeden Abgasturbolader „spezialangefertigt" , was eine Reduzierung der Toleranzkette zur Folge hat.
Im Betrieb drückt das Klappenbetätigungselement die sich in einer geschlossenen Position befindende Klappe auf den Dichtsitz am Turbinengehäuse, wie es dem Stand der Technik ebenfalls zu entnehmen ist. Durch das Drücken werden Relativbewegungen zwischen der Klappe und dem Klappenbetätigungselement minimiert . Allerdings entstehen im Stand der Technik in einer vollständig oder teilweise geöffneten Position der Klappe aufgrund des Spiels störende Geräusche. Erfindungsgemäß werden während des Betriebs entstehende Vibrationen zwischen der Klappe und dem Klappenbetätigungselement auch in einer vollständig oder teilweise geöffneten Position der Klappe reduziert. Ein Drehen oder ein Durchdrehen der Klappe wird ebenfalls durch die erfindungsgemäße Lösung unterbunden. Eine Relativbewegung zwischen Klappenbetätigungselement und Klappe wird somit durch die Stoffschlüssige Verbindung und die maßgeschneiderte Anfertigung der Klappeneinrichtung minimiert. Die Klappeneinrichtung ist deshalb in jedem Zustand des Wastegatekanals besonders geräuscharm aus¬ gebildet . Außerdem wird aufgrund fehlender Relativbewegungen ein Verschleiß der Bauteile auf ein Minimum reduziert.
Im Betrieb herrschen aufgrund heißer Abgase große Tempera- turunterschiede im Turbinengehäuse. Wie sich in Tests her¬ ausgestellt hat, entsteht trotzdem keine bleibende Verformung der Klappeneinrichtung. In der vorliegenden Erfindung ist ein Spiel der Klappeneinrichtung also auch während des Betriebs vernachlässigbar .
Bisher wurden oft Dämpfungselemente zum Dämpfen von auftretenden Vibrationen eingesetzt. Die Dämpfungselemente wurden typi¬ scherweise an die Klappe und das Klappenbetätigungselement angebracht. Auf solche Dämpfungselemente kann in der vorlie- genden Schrift verzichtet werden, was mit einer Kosteneinsparung einhergeht .
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, vor dem Fügen ein Spiel der Bauteile zuzulassen, das sogar größer als das bisherige Spiel ist. Bevorzugt weisen die Klappe und das Klappenbetä¬ tigungselement vor dem stoffschlüssigen Verbinden ein Spiel von 0,2 bis 0,8 mm in einer beliebigen Richtung auf. Dieses Spiel setzt sich vektoriell aus zwei Komponenten zusammen. Das Spiel in einer Richtung bezüglich einer in Analogie zu Fig. 5 gezeigten z-Achse kann zum Beispiel zwischen 0,1 und 0,6 mm betragen, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 mm. Das dazu senkrechte Spiel in einer Richtung bezüglich eines in Analogie zu Fig. 5 gezeigten Klappenradius p kann einen Wert von beispielsweise 0,2 bis 0,5 mm aufweisen, jedoch vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,4 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Klappeneinrichtung bzw. eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Klappeneinrichtung ist bzw. wird die Klappe mit dem Klappenbetäti- gungselement verschweißt, verlötet und/oder verklebt. Hierbei ist ein Verschweißen beider Bauteile besonders vorteilhaft, weil für einen Schweißprozess in der Regel nur einen Verfahrensschritt benötigt wird. Außerdem sind Schweißprozesse in der Automo¬ bilindustrie geläufige Verfahren, automatisierbar bzw. von Robotern ausführbar.
Zweckmäßig ist die Klappe, sowie eine eine dazu komplementäre Form aufweisende, den Wastegatekanal bildende Öffnung im Turbinengehäuse rund oder symmetrisch bezüglich einer in Analogie zu Figur 5 gezeigten z-Achse ausgebildet. Eine runde Ausbildung der Klappe bzw. der Öffnung ist hier vorzuziehen, da die Klappe so einfach auf die Öffnung montiert werden kann, bzw. eine Fehlmontage der Klappe wird erschwert.
In einfacher Weise kann die Klappeneinrichtung mit einem Hebel versehen werden, welcher über ein Gestänge von einem Aktuator verstellbar ist. Dann kann bei einem bestimmten Druck im Verdichtergehäuse der Aktuator die Klappeneinrichtung betätigen und somit wird der Wastegatekanal mehr oder weniger geöffnet. Folglich wird ein Teil des Abgasstroms um die Turbine herum geleitet .
Mit der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Klappeneinrichtung eines Turboladers zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren ist insbesondere zur Herstellung einer Klappeneinrichtung nach zuvor beschriebener Art geeignet. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Fügens eines Klappenbetätigungselements an ein Turbinengehäuse, des Weiteren das Aufbringen einer Klappe auf einen Dichtsitz am Turbinengehäuse, ferner das Drücken der Klappe mittels des Klappenbetätigungselementaufs auf den Dichtsitz sowie das Stoffschlüssige Verbinden der Klappe mit dem Klappenbetäti¬ gungselement. Bisher wurde die Klappe außerhalb des Turbi¬ nengehäuses an das Klappenbetätigungselement befestigt. Er¬ findungsgemäß geschieht eine Befestigung der Klappe mit dem am Turbinengehäuse montierten Klappenbetätigungselement. Durch das Drücken der Klappe auf den Dichtsitz mittels des Klappenbe¬ tätigungselements dichtet die Klappe den Wastegatekanal gut ab. Durch das anschließende stoffschlüssige Verbinden der beiden Bauteile wird das Spiel der Bauteile ausgeglichen. Dadurch wird die Klappeneinrichtung möglichst geräuscharm ausgebildet. Mit dem Verfahren wird die Klappeneinrichtung für jeden Abgasturbolader individuell angefertigt, was eine Reduzierung der Toleranzkette zur Folge hat. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden vor dem Drücken der Klappe mittels des Klappenbetätigungselements auf den Dichtsitz die Klappe und das Klappenbetätigungselement so positioniert, dass ein Spiel zwischen der Klappe und dem Klappenbetätigungselement bei jeglicher Anordnung der beiden zwischen 0,2 und 0,8 mm beträgt. Das genannte Spiel setzt sich vektoriell zusammen aus einem radialen Spiel in einer Richtung bezüglich des Klappenradius, das bevorzugt zwischen 0,2 und 0,5 mm beträgt, und einem dazu senkrechten axialen Spiel in einer Richtung analog zu der in Figur 5 gezeigten z-Achse, das vorzugsweise einen Wert zwischen 0,1 und 0,6 mm aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Funktionsgleiche Teile sind in den Figuren durchgängig mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abgasturbolader Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Turbinengehäuse, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Klappe,
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Klappenbetätigungselement,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Klappe, ein Klappenbetäti¬ gungselement und ein Turbinengehäuse gemäß den Figuren 2 bis 4, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Klappeneinrichtung in einer geschlossenen Position und ein Turbinengehäuse gemäß den Figuren 2 bis 5. In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen für eine Brennkraft¬ maschine geeigneten Abgasturbolader 30 gezeigt. Der Abgasturbolader besteht aus einem Verdichter und einer Turbine, die jeweils in einem Verdichtergehäuse 31 und einem Turbinengehäuse angeordnet sind und auf einer gemeinsamen Welle 32 miteinander gekoppelt sind. Zur Leistungssteuerung der Turbine bzw. des
Abgasturboladers 30 weist die Turbine einen Bypass, der auch als Wastegate bezeichnet wird, auf. Zum Steuern des Bypasses ist eine Klappeneinrichtung vorgesehen, das auch als Wastegate-Ventil bezeichnet werden kann. Die Klappeneinrichtung umfasst eine Klappe 4, ein Klappenbetätigungselement 5 und eine Buchse 3. Das Klappenbetätigungselement 5 ist über einen Hebel 22 und ein Gestänge 33 mit einem Aktuator 34 verbunden. Der Aktuator ist auf dem Verdichtergehäuse 31 angeordnet und betätigt die Klap¬ peneinrichtung bei einem vorgegebenen Druck im Verdichter 31.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Turbinengehäuse 1. Das Turbinengehäuse 1 umfasst einen Wastegatekanal 2 und eine Buchse 3, welche am Turbinengehäuse montiert ist. Der Wastegatekanal 2 weist eine angefaste Öffnung auf, die einen Dichtsitz 9 für eine Klappe 4 darstellt. In der Buchse 3 wird ein Klappenbetäti¬ gungselement 5 drehbar gelagert. Hierdurch wird ein kontrol¬ liertes Öffnen und Schließen der den Wastegatekanal 2 abdeckenden Klappe 4 unterstützt. In Fig. 3 ist die Klappe 4 gezeigt. Dabei ist ein zylindrischer Aufnahmestift 10 gezeigt, auf welchen das Klappenbetäti¬ gungselement 5 aufgesteckt wird. Auf beiden Seiten des Auf¬ nahmestifts 10 sind hierbei Stege 11 angeordnet zwischen denen das Klappenbetätigungselement 5 aufgenommen wird um die
Klappeneinrichtung zu positionieren. Die Klappe ist in dieser Ausführungsform rund ausgebildet. Ein Positionieren der Klappe auf den Dichtsitz 9 ist hierdurch besonders leicht, bzw. eine Fehlmontage wird erschwert. Fig. 4 zeigt ein Klappenbetätigungselement 5, das ein zy¬ lindrisches Aufnahmeelement 20 für den Aufnahmestift 11 auf¬ weist. Das Klappenbetätigungselement 5 wird drehbar in die Buchse
3 gesteckt.
In Fig. 5 ist die Klappe 4 auf den Dichtsitz 9 positioniert, während das Klappentellerbetätigungselement 5 drehbar in der Buchse 3 gelagert ist. Die Klappe 4 und das Klappenbetäti¬ gungselement 5 sind individuell so ausgerichtet, dass die Klappe 4 den Wastegatekanal 2 gut abdichtet und das Klappenbetäti¬ gungselement in der Buchse 3 passt. In der Figur definieren Zylinderkoordinaten p und z eine radiale bzw. eine axiale Richtung, wobei eine Koordinate φ einen Polarwinkel definiert. Die Koordinaten p und φ spannen eine Ebene, auf der die Klappe 4 liegt, auf. Das Klappentellerbetätigungselement 5 ist in dieser Figur noch nicht mit der Klappe 4 verbunden. Wenn das Klappenbetätigungselement 5 so in Richtung der Klappe 4 geschwenkt wird, dass das Aufnahmeelement 20 den Aufnahmestift 10 aufnimmt, gibt es zwischen dem Aufnahmestift 10 und dem Aufnahmeelement 20 ein radiales Spiel zwischen 0,3 und 0,4 mm. Ein axiales Spiel zwischen der Klappe 4 und dem Klappenbetätigungselement 5 beträgt zwischen 0,2 und 0,5 mm.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf das Turbinengehäuse 1 und die individuell auf den Abgasturbolader abgestimmte Klappeneinrichtung. Die Klappeneinrichtung umfasst die Buchse 3, die Klappe
4 und das Klappenbetätigungselement 5, wobei der Aufnahmestift 10 fest mit dem Klappenbetätigungselement 5 an einer Schweißnaht
21 verschweißt ist. In der Figur ragt der Aufnahmestift 10 durch das Aufnahmeelement 20 hindurch. Das Klappenbetätigungselement
5 ist zwischen den Stegen 11 positioniert. Die Klappeneinrichtung ist in einer Position gezeigt, in der der Wastegatekanal ge¬ schlossen ist. Das Klappenbetätigungselement ist mit dem Hebel
22 verbunden. Über den Hebel 22 und ein Gestänge 33 kann der Aktuator die Klappeneinrichtung betätigen um den Wastegatekanal
2 zu öffnen bzw. zu schließen, je nach Betriebszustand. Auf den Aufnahmestift 10, die Stege 11, das Aufnahmeelement 20 oder sonstige Aufnahmeelemente können alternativ zu den ge¬ zeigten Figuren auch verzichtet werden. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass eine Vorfixierung der Klappe 4 und des Klappenbetätigungselements 5 vor dem stoffschlüssigen Verbinden möglich ist.
Die in der Figur 5 gezeigte Klappeneinrichtung wird erfindungsgemäß hergestellt, indem das Klappenbetätigungselement 5 in eine Buchse 3 am Turbinengehäuse 1 eingesteckt wird. Die Klappe 4 wird so auf den Dichtsitz 9 positioniert, dass der
Wastegatekanal 2 geschlossen wird. Das Klappenbetätigungs¬ element 5 wird so in Richtung des Turbinengehäuses 1 geschwenkt, dass der Aufnahmestift 11 durch das Aufnahmeelement 20 auf- genommen wird. Hierbei entsteht ein radiales Spiel in p-Richtung zwischen dem Aufnahmeelement 20 und dem Aufnahmestift 10 von 0,3 bis 0,4 mm. Zwischen der Klappe 4 und dem Klappenbetäti¬ gungselement 5 existiert ein axiales Spiel in z-Richtung, dessen Wert zwischen 0,2 und 0,5 mm liegt. Die Klappe 4 wird danach mittels des Klappenbetätigungselements 5 auf den Dichtsitz 9 gedrückt und in dieser Position gehalten. Während des Drückens wird die Klappe 4 mit dem Klappenbetätigungselement 5 ver¬ schweißt .

Claims

Patentansprüche
1. Klappeneinrichtung zum Öffnen und Schließen eines
Wastegatekanals (2) im Turbinengehäuse (1) eines Turboladers, wobei die Klappeneinrichtung eine Klappe (4) und ein mit dem Turbinengehäuse verbindbares Klappenbetätigungselement (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) Stoffschlüssig mit dem Klappenbetätigungselement (5) verbunden ist.
2. Klappeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) und das Klappenbetätigungselement (5) vor dem Verbinden ein Spiel von 0,2 bis 0,8 mm in einer beliebigen Richtung aufweisen.
3. Klappeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) mit dem Klappenbetäti¬ gungselement (5) verschweißt, verlötet und/oder verklebt ist.
4. Klappeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) rund und/oder symmetrisch bezüglich einer Drehsymmetrieachse (z) ausgebildet ist .
5. Klappeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappeneinrichtung über einen Hebel (22) und/oder ein Gestänge (33) von einem Aktuator (34) betätigbar ist.
6. Turbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Klappeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
7. Verfahren zur Herstellung einer Klappeneinrichtung eines Turboladers, umfassend die Schritte:
- Fügen eines Klappenbetätigungselements (5) an ein Turbi¬ nengehäuse (1) - Aufbringen einer Klappe (4) auf einen Dichtsitz (9) am Turbinengehäuse (1)
- Drücken der Klappe (4) mittels des Klappenbetätigungselements (5) auf den Dichtsitz (9)
- Stoffschlüssiges Verbinden der Klappe (4) mit dem Klappen¬ betätigungselement (5) .
8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass es ein Spiel von 0,2 bis 0,8 mm zwischen der Klappe (4) und dem Klappenbetätigungselement (5) vor dem stoffschlüssigen Ver¬ binden der Klappe (4) mit dem Klappenbetätigungselements (5) gibt .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) mit dem Klappenbetäti¬ gungselement (5) verschweißt, verlötet oder verklebt wird.
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