WO2017144159A1

WO2017144159A1 - Regelvorrichtung für einen abgasturbolader

Info

Publication number: WO2017144159A1
Application number: PCT/EP2017/000178
Authority: WO
Inventors: Hermann Burmester; Klaus Sperling; Manfred GUTHÖRLE; Rohit Pawar; Jason WALKINGSHAW; Daniel Senz
Original assignee: Ihi Charging Systems International Gmbh
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2017-08-31
Also published as: CN108699956A; JP6827476B2; CN108699956B; US20190136752A1; JP2019509421A; US10662868B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, wobei die Regelvorrichtung (8) in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1) des Abgasturboladers (2) aufgenommen ist, und wobei mit Hilfe der Regelvorrichtung (8) eine Fluidströmung auf ein im Abgasführungsabschnitt (1) drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar ist, wobei ein im Abgasführungsabschnitt (1) ausgebildeter Strömungskanal (10; 31) mit Hilfe eines Abdeckelementes (9) der Regelvorrichtung (8) zu öffnen und zu schließen ist, und wobei das Abdeckelement (9) an einem um eine Rotationsachse (34) verschwenkbaren Schwenkarm (38) der Regelvorrichtung (8) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Abdeckelement (9) zum Öffnen und Schließen eines als Umgehungskanal (31) zur Umgehung des Turbinenrades ausgebildeten Strömungskanals ausgestaltet, und/oder zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung (10) ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal (4) und einem zweiten Spiralkanal (5) des Abgasführungsabschnitts (1) ausgebildet.

Description

Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader der im

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, welche eine Regelvorrichtung zur Regelung eines den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Fluids, im Allgemeinen Abgas, aufweisen, sind bekannt. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Sie weist ein Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals auf. Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere in Betriebspunkten, welche große Strömungsmengen aufweisen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienter Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist.

Des Weiteren ist es ein Erfordernis eine Durchströmöffnung einer zweiflutigen Turbine, welche einen ersten Spiralkanal und einen zweiten Spiralkanal aufweist mit einem bewegbaren Abdeckelement zu versehen, welches sowohl ein Überströmen von Abgas aus dem einen Spiralkanal in den anderen als auch eine Abströmung in den

Umgehungskanal erlaubt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader bereitzustellen, die eine kompakte Bauweise des Abgasturboladers aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader ist in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers aufgenommen. Mit ihrer Hilfe ist eine Fluidströmung auf ein im Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar. Im Abgasführungsabschnitt ist ein dort ausgebildeter Strömungskanal mit Hilfe eines Abdeckelementes der Regelvorrichtung zu öffnen und zu schließen, wobei das Abdeckelement an einem um eine

Rotationsachse verschwenkbaren Schwenkarm der Regelvorrichtung angeordnet ist. Zur Kostenersparnis und zur Verschleißminderung ist das Abdeckelement mindestens zweiteilig und/oder zumindest teilweise hohl ausgebildet.

Die Ausbildung des Abdeckelementes als zumindest zweiteiliges Bauteil hat den Vorteil, dass inbesondere bei einer Ausführung des hohlen Abdeckelementes mit Hilfe kostengünstiger Herstellungsverfahren das Abdeckelement realisiert werden kann. So können bspw. dafür so genannte 3-D-Druck-Verfahren wie bspw. das„Selectiv Laser Melting" eingesetzt werden. Auch bei einem massiven Abdeckelement kann eine zweiteilige Ausführung von Vorteil sein, wenn bspw. ein Hinterschnitt zur Herbeiführung einer bestimmten Außenkontur notwendig ist, der in einem Gießverfahren schwer umzusetzen ist.

Zur Reduzierung von zur Bewegung des Abdeckelementes aufzubringender Kräfte, im Weiteren als Bewegungskräfte bezeichnet, und zur Verschleißreduzierung ist das Abdeckelement zumindest teilweise hohl ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der reduzierten Bewegungskräfte die entsprechenden Aktuatoren kleiner und damit kostengünstiger gebaut werden können. Des Weiteren trägt ein kleiner Aktuator zur Herbeiführung einer kompakten Bauweise bei. In einer Ausgestaltung ist das Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines als Umgehungskanal zur Umgehung des Turbinenrades ausgebildeten Strömungskanals und/oder zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts ausgebildet.

Der Vorteil ist die Möglichkeit einen kompakten Abgasführungsabschnitt

herbeizuführen, da das Abdeckelement zum Öffnen und Schließen mehrerer abgasdurchströmter Kanäle des Abgasführungsabschnitts ausgestaltet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass mit einem einzigen Element sowohl der erste

Strömungsquerschnitt als auch der zweite Strömungsquerschnitt geöffnet und geschlossen werden kann. Dies führt neben einer kompakten Bauweise zu einer kostengünstigen Herstellung des Abgasturboladers, da eine Teileanzahl des Aggregats reduziert ist. Des Weiteren führt dies zu einer vereinfachten Regelung der

Strömungsquerschnitte, da nur ein einziges Abdeckelement zu bewegen ist.

Das Abdeckelement ist an einem Schwenkarm der Regelvorrichtung aufgenommen, welcher um eine Rotationsachse verschwenkbar ist. Aufgrund der möglichen

Rotationsbewegung sind relativ geringe Aktivierungskräfte zur Bewegung des entsprechenden Abdeckelements erforderlich.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Abdeckelement eine topfformartige

Außenkontur auf. Mit Hilfe einer derartigen Außenkontur sind auf einfache Weise unterschiedliche Öffnungsquerschnitte bzw. unterschiedliche Öffnungscharakteristiken der Regel Vorrichtung herbeizuführen. Entsprechend der Gestaltung der Außenkontur kann eine degressive, lineare oder progressive Öffnungscharakteristik erzielt werden, insbesondere kann die Öffnungscharakteristik des ersten Strömungsquerschnitts unterschiedlich zum zweiten Strömungsquerschnitt ausgebildet sein. Unter dem Begriff der Öffnungscharakteristik ist zu verstehen wie der

Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von einem Stellweg bzw. einem Stellwinkel des Abdeckelementes freigegeben wird. Grundsätzlich zeigt sich in der

Öffnungscharakteristik ein tatsächlich frei gegebener Strömungsquerschnitt in

Abhängigkeit der Position des Abdeckelementes somit in Abhängigkeit vom Stellweg des Abdeckelements. Die Öffnungscharakteristik kann degressiv, linear, progressiv oder eine Mischung aus diesen sein.

Vorteilhafterweise weist das Abdeckelement einen Elementkorpus und eine den Elementkorpus bedeckende Basisplatte auf, wobei bei der Ausführung des hohlen Abdeckelementes die Basisplatte den Elementkorpus verschließen kann. Damit ist ein Strömungsverlust aufgrund einer bspw. Abgassammlung im Elementkorpus

vermeidbar. Des Weiteren ist die Basisplatte zur Verbindung mit dem Schwenkarm vorgesehen. Dies ist insbesondere bei einem topfformartig ausgebildeten

Elementkorpus vorzusehen, welcher an seiner geöffneten Wandfläche mit Hilfe der Basisplatte undurchströmbar verschlossen werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der Elementkorpus einen

Korpusgrundquerschnitt und die Basisplatte einen Plattenquerschnitt auf, welche unterschiedlich sind. Die unterschiedlichen Querschnitte haben den Vorteil, dass eine den Elementkorpus umfassende Ringfläche an der Basisplatte ausgebildet werden kann, welche einer Abdichtung in einer Schließposition des Abdeckelementes dienen kann. Diese Ringfläche ist an eine Gehäusewandung des Abgasführungsabschnitts anliegend auszugestalten, wodurch eine Abdichtung, mit anderen Worten eine Leckagevermeidung realisiert werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Basisplatte einen Plattenquerschnitt auf, welcher kleiner ist als ein Korpusgrundquerschnitt des Elementkorpus. Der Vorteil ist die Vermeidung einer Naht zwischen dem Elementkorpus und der Basisplatte im Bereich der als Dichtfläche ausgebildeten Ringfläche. In einer kostengünstigen Ausgestaltung ist die Basisplatte aus einem Blech ausgebildet. Der Vorteil ist die kostengünstige Herstellung der Basisplatte in bspw. einem Stanz- oder Tiefziehverfahren.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Basisplatte und der Elementkorpus aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet, wobei die Materialien unterschiedliche Verschleißfestigkeiten aufweisen. So ist insbesondere die Basisplatte aus einem Material mit hoher Verschleißfestigkeit auszubilden, da sie eine Verbindungsstelle des Abdeckelementes mit der Bewegungsvorrichtung darstellt. Im Gegensatz dazu ist der Elementkorpus aufgrund seiner Positionierung zwischen den beiden Spiralkanälen einer hohen Abgastemperatur ausgesetzt. Dies erfordert seine Herstellung aus einem hitzebeständigen Material. So kann mit Hilfe der unterschiedlichen Materialien vorteilhaft ein kostengünstiges Abdeckelement mit einer langen Lebensdauer bereitgestellt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Abdeckelement eine Nut auf, welche das Abdeckelement zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist. Der Vorteil ist, dass somit das Abdeckelement eine Wandung des Abgasführungsabschnitts zumindest teilweise aufnehmen kann, womit sichergestellt werden kann, dass in der

Schließposition des Abdeckelementes kein Überströmen von einem Spiralkanal in den anderen erfolgt bzw. dass in der Schließposition des Deckelementes kein Abströmen in den Umgehungskanal erfolgt. Des Weiteren kann insbesondere bei der Ausbildung des Deckelementes in Form des Abdeckelementes sichergestellt werden, dass bspw. der zweite Strömungsquerschnitt vor dem ersten Strömungsquerschnitt geöffnet wird, sofern dies ein entsprechender Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erfordert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Nut asymmetrisch ausgebildet. Das bedeutet, dass die sich über den Umfang erstreckende Nut bspw. an einer Seite des

Abdeckelementes tiefer ausgebildet ist als an der anderen Seite. Die Asymmetrie bezieht sich auf eine Längsachse des Abdeckelementes, an welcher ein Dreh- bzw. Schwenkradius der Bewegungsvorrichtung ansetzt. Der Dreh- bzw. Schwenkradius entspricht somit einem Schwenkarm, an dessen einem Ende das Abdeckelement aufgenommen ist, und um dessen anderes Ende verdreht bzw. verschwenkt wird. Das Abdeckelement ist in dem Strömungskanal aufgenommen, wobei es in seiner

Schließposition an Kanalwänden bzw. Wänden des Abgasführungsabschnitts

anliegend aufgenommen ist. Eine Bewegung des Abdeckelementes erfordert bzgl.

seiner Form eine erforderliche Bewegungsfreiheit bzgl. des Abgasführungsabschnittes, welche mit Hilfe der asymmetrischen Nut realisiert ist.

In einer kostengünstigen und einfachen Herstellung sind der Elementkorpus und die Basisplatte stoffschlüssig miteinander verbunden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind der Elementkorpus und die Basisplatte miteinander verstemmt. Der Vorteil des Verstemmens ist auch darin zu sehen, dass unterschiedliche Materialien gefügt werden können. Ein weiterer Vorteil des Verstemmens ist die Möglichkeit gegenüber bspw. dem stoffschlüssigen Verbinden der Werkstücke ein höheres Drehmoment übertragen zu können, da die beiden Werkstücke beim Ver- stemmen ineinander verkeilt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Abdeckelement mit einem Fixierelement am Schwenkarm fixiert, welches einer dem Abdeckelement zugewandt ausgebildeten Armfläche des Schwenkarms zugewandt angeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, das Fixierelement ist auf der Seite des Schwenkarms positioniert, welche dem Abdeckelement zugewandt ist. Dadurch kann das Fixierelement in dem Elementkorpus angeordnet werden. Der Vorteil ist eine vor aggressiven und heißen Abgasen geschützte Aufnahme des Fixierelementes.

Ein weiterer Vorteil ist in einer Reduzierung störender Geräusche zu sehen, welche bei einer Bewegung der Regelvorrichtung aufgrund einer Relativbewegung des

Abdeckelementes und des Schwenkarmes in Erscheinung treten. Diese Geräusche werden von den die Verbindungsstelle ausbildenden beiden Bauteilen aufgrund der Relativbewegung derselben erzeugt. Da die Verbindungsstelle im Inneren des Abdeckelementes ausgebildet ist, und sozusagen abgekapselt vorliegt, ist die Geräuschemission reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Schwenkarm ein Aufnahmeelement aufweisend ausgeführt, welches in das Abdeckelement hineinragend ausgebildet ist. Der Vorteil ist ein reduziertes oder möglicherweise eliminiertes Moment, welches auf eine zwischen dem Schwenkarm und dem Abdeckelement ausgebildete Verbindungsstelle wirkt. Eine am Abdeckelement angreifende resultierende Druckkraft, welche quer zur Längsachse des Abdeckelementes gerichtet ist, erwirkt ein auf die Verbindungsstelle wirkendes Moment. Da die Verbindungsstelle aufgrund des in Richtung des Abdeckelementes gerichteten, in das Abdeckelement hineinragend ausgebildeten Aufnahmeelementes, einem Kraftangriffspunkt der Druckkraft angenähert ist, ergibt sich eine Verkürzung eines Hebelarms des Momentes, welcher sich ausgehend von der Verbindungsstelle zu dem Kraftangriffspunkt der Druckkraft erstreckt. Aufgrund des reduzierten Momentes ergibt sich eine verschleißreduzierte Regelvorrichtung.

Eine stoffschlüssige, insbesondere geschweißte Verbindung zwischen dem

Fixierelement und dem Aufnahmeelement weist den Vorteil auf, dass das Fixierelement gesichert am Aufnahmeelement gehalten ist. Die unter einer Zugbelastung stehende Schweißnaht zwischen dem Fixierelement und dem Aufnahmeelement ist durch den Elementkorpus gegenüber den aggressiven und heißen Abgasen abgeschirmt, wodurch eine verbesserte Dauerhaltbarkeit der Schweißnaht und damit der Verbindung zwischen dem Abdeckelement und dem Schwenkarm erzielt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Schnittansicht einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 in einer perspektivischen Schnittansicht mit einem Schnitt entlang einer ersten Schnittebene ein Abdeckelement der Regelvorrichtung gem. Fig. 1 mit einem

Schwenkarm der Regelvorrichtung,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement in einem zweiten

Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 in einer perspektivischen Schnittansicht mit einem Schnitt entlang einer zweiten Schnittebene das Abdeckelement in einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement in einem vierten

Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 in einer perspektivischen Schnittansicht mit einem Schnitt entlang der ersten Schnittebene das Abdeckelement gem. Fig. 5 mit dem Schwenkarm der

Regelvorrichtung,

Fig. 7 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement in einem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 7 mit dem Schwenkarm der Regelvorrichtung, Fig. 9 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement in einem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 9 mit dem Schwenkarm der Regelvorrichtung,

Fig. 11 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement in einem siebten Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 11 mit dem Schwenkarm der Regelvorrichtung,

Fig. 13 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement in einem achten Ausführungsbeispiel,

Fig. 14 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 13 mit dem Schwenkarm der Regelvorrichtung,

Fig. 15 in einer perspektivischen Schnittansicht das Abdeckelement mit dem

Schwenkarm der Regelvorrichtung in einem neunten Ausführungsbeispiel,

Fig. 16 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement mit dem Schwenkarm der Regelvorrichtung in einem zehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 17 in einer perspektivischen Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 16,

Fig. 18 in einem Schnitt das Abdeckelement in einem elften Ausführungsbeispiel,

Fig. 19 in einer Draufsicht das Abdeckelement gem. Fig. 18,

Fig. 20 in einem Schnitt das Abdeckelement in einem zwölften Ausführungsbeispiel, Fig. 21 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement mit dem Schwenkarm in einem dreizehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 22 in einer Draufsicht das Abdeckelement mit dem Schwenkarm in einem vierzehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 23 in einer perspektivischen Schnittansicht das Abdeckelement mit dem

Schwenkarm der Regelvorrichtung in einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 24 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement des fünfzehnten

Ausführungsbeispiels.

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2 umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 1 , im Allgemeinen Abgas einer

Verbrennungskraftmaschine 7, einen ersten Spiralkanal 4 und einen zweiten

Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab der Spiralkanäle 4, 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann. Zwischen den Spiralkanälen 4, 5 und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar

aufgenommen ist.

Der Abgasführungsabschnitt 1 ist mit einem Abgaskrümmer 6 der

Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden, so dass das Abgas der

Verbrennungskraftmaschine 7 über den Eintrittskanal 3 in die Spiralkanäle 4, 5 eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen.

Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 8 zur Trennung und zur Verbindung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 angeordnet. Zur Trennung und zur Verbindung der beiden Spiralkanäle 4, 5 ist ein Abdeckelement 9 der Regelvorrichtung 8 in einer Durchströmöffnung 10, welche die beiden Spiralkanäle 4, 5 miteinander durchströmbar ausgebildet ist, angeordnet.

In einer ersten Position, der Schließposition des Abdeckelements 9, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die beiden Spiralkanäle 4, 5 vollständig voneinander getrennt durchströmbar, wobei die Durchströmöffnung 10 mit Hilfe des Abdeckelements 9 vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt die beiden Spiralkanäle 4, 5, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal 4 und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal 5 durchströmt.

In einer nicht näher dargestellten zweiten Position des Abdeckelements 9 ist die

Durchströmöffnung 10 vollständig geöffnet und Abgas kann aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 überströmen und vice versa. D. h., dass Abgas von dem einen Spiralkanal 4; 5 in den anderen Spiralkanal 5; 4 über die Durchströmöffnung 10, welche einen ersten Strömungsquerschnitt 11 aufweist, überströmen kann.

Das Abdeckelement 9 ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass der erste Strömungsquerschnitt 11 einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden Abgasmenge bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers 2 anpassbar ist.

Zur Herbeiführung einer betriebsangepassten Öffnung des ersten

Strömungsquerschnitts 11 , progressiv, degressiv oder linear, ist das Abdeckelement 9 eine topfformartige Außenkontur 12 aufweisend ausgestaltet. Es weist eine Basisplatte 13 auf, welche an einer ersten Plattenfläche 14 einen Elementkorpus 15 aufnimmt. An der Basisplatte 13 ist an einer vom Elementkorpus 15 abgewandt ausgebildeten zweiten Plattenfläche 16 eine Bewegungsvorrichtung 17 der Regelvorrichtung 8 fixiert. Der Elementkorpus 15 weist einen Korpusgrundquerschnitt KQ auf, der kleiner ist als ein Plattenquerschnitt PQ der ersten Plattenfläche 14. Der Korpusgrundquerschnitt KQ ist der Querschnitt des Elementkorpus 15, welcher am der Basisplatte 13 zugewandt ausgebildeten Ende des Elementkorpus 15 vorliegt. Dadurch ist eine den

Elementkorpus 15 vollständig umfassende Ringfläche 18 ausgebildet. Diese Ringfläche 18 dient zum einen einer Abstützung des Abdeckelements 9 an einer ersten

Kanalwandung 19 der Durchströmöffnung 10 und zum anderen dient sie als Dichtfläche zur Abdichtung der beiden Spiralkanäle 4, 5 in der ersten Position des Abdeckelements 9.

Des Weiteren ist ein Umgehungskanal 31 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 1 zur Umgehung der Radkammer im Abgasführungsabschnitt 1 vorgesehen. Der Umgehungskanal 31 weist eine Eintrittsöffnung 32 mit einem zweiten

Strömungsquerschnitt 33 auf, wobei die Eintrittsöffnung 32 mit Hilfe der

Regelvorrichtung 8, resp. dem Abdeckelement 9 vollständig oder teilweise

verschließbar ist bzw. vollständig oder teilweise geöffnet werden kann.

Das Abdeckelement 9 ist im Abgasführungsabschnitt 1 verdrehbar, resp.

verschwenkbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 9 um eine Rotationsachse 34 des Abdeckelements 9 im Umgehungskanal 31 verschwenkbar ist. Das heißt mit anderen Worten, das Abdeckelement 9 ist eine Drehbewegung resp.

Schwenkbewegung im Abgasführungsabschnitt 1 ausführbar aufgenommen, wobei mit Hilfe der Schwenkbewegung der zweite Strömungsquerschnitt 33 der Eintrittsöffnung 32 sowie der erste Strömungsquerschnitt 11 der Durchströmöffnung 10 einstellbar ist.

Zur Bewegbarkeit des Abdeckelementes 9 und somit der Regelvorrichtung 8 ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine zylinderartig ausgebildete Öffnung 35 ausgestaltet, in welcher eine Welle 36 mit einer zweiten Längsachse 37 der Regelvorrichtung 8, welche der Rotationsachse 34 entspricht, rotierbar aufgenommen ist. Ein zwischen der Welle 36 und dem Abdeckelement 9 angeordneter Schwenkarm 38 dient der Verbindung des Abdeckelementes 9 mit der Welle 36, so dass das Abdeckelement 9 durch ein

Verdrehen der Welle 36 verschwenkt werden kann.

Der Elementkorpus 15 weist zur Erzielung der entsprechend herbeizuführenden Öffnungscharakteristik bevorzugt zwei Elementabschnitte, einen ersten

Elementabschnitt 20 und einen zweiten Elementabschnitt 21 , auf, welche in Richtung einer Längsachse 22 des Elementkorpus 15 seriell angeordnet sind. Der erste

Elementabschnitt 20 ist mit der Basisplatte 13 fest verbunden und zwischen dem zweiten Elementabschnitt 21 und der Basisplatte 13 angeordnet. Der zweite

Elementabschnitt 21 ist mit dem ersten Elementabschnitt 20 ebenfalls fest verbunden. Der zweite Elementabschnitt 21 weist eine Deckfläche 23 des Abdeckelement 9 auf, welche vom ersten Elementabschnitt 20 abgewandt ausgebildet ist.

Das Abdeckelement 9 ist in einer perspektivischen Schnittansicht mit einem Schnitt entlang einer ersten Schnittebene in Fig. 2 dargestellt. Die erste Schnittebene spannt sich zwischen der Längsachse 22 und einer orthogonal zur Längsachse 22

ausgebildeten ersten Querachse 26 auf.

An der zweiten Plattenfläche 16 ist ein Sicherungszapfen 40 ausgebildet, welcher der Sicherung gegen Verdrehung des Abdeckelementes 9 am Schwenkarm 38 dient. Der Sicherungszapfen 40 ist in den Schwenkarm 38 eingreifend ausgestaltet. Hierzu weist der Schwenkarm 38 an seinem von der Welle 36 abgewandten Ende eine weitere Nut 41 auf, die den Sicherungszapfen 40 aufnimmt. Dies ist vorteilhaft, da es aufgrund eines rotationssymmetrischen Aufnahmestiftes 42, welcher an der zweiten

Plattenfläche 16 zur Aufnahme des Abdeckelementes 9 am Schwenkarm 38

ausgestaltet ist, zur Rotation des Abdeckelementes 9 um dessen Längsachse 22 kommen kann.

Der erste Elementabschnitt 20 und der zweite Elementabschnitt 21 weisen prinzipiell sich ausgehend von der Basisplatte 13 in Richtung der Deckfläche 23 in Richtung der Längsachse 22 geneigte Außenflächen 24, 25 auf. Ein erster Neigungswinkel a1 der ersten Außenfläche 24 des ersten Elementabschnitts 20 ist größer als ein zweiter Neigungswinkel a2 der zweiten Außenfläche 25 des zweiten Elementabschnitts 21.

Der Korpusgrundquerschnitt KQ wie auch der Plattenquerschnitt PQ sind oval ausgebildet. Der Elementkorpus 15 besitzt eine Nut 28 mit einer Breite BR, welche sich über seinen Umfang entlang der ersten Querachse 26 über die Deckfläche 23 erstreckend ausgebildet ist. Somit weist das Abdeckelement 9 eine das Abdeckelement 9 zumindest teilweise umfassende Nut 28 auf. Im ersten Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 ist der Korpusgrundquerschnitt KQ kleiner als der Plattengrundquerschnitt PQ.

Zur gesicherten Abdichtung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 in der ersten Position weist eine der ersten Kanalwandung 19 gegenüberliegende zweite Kanalwandung 29 eine zur Nut 28 komplementär ausgebildete Erhebung 30 auf, s. Fig. 1.

Das Abdeckelement 9 ist zweiteilig ausgebildet, wodurch sich der Hohlkörper bevorzugt darstellen lässt. Die Basisplatte 13 stellt einen ersten Teil des Abdeckelementes 9 und der Elementkorpus 15 stellt einen zweiten Teil des Abdeckelementes 9 dar, wobei die Basisplatte 13 den Elementkorpus 15 bedeckend ausgebildet ist. Der Elementkorpus 15 ist topfformartig ausgebildet und an seiner der Basisplatte zugewandt ausgebildeten Wandfläche 50 mit Hilfe der Basisplatte 13 undurchströmbar verschlossen.

In Fig. 3 ist das Abdeckelement 9 in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Basisplatte 13 weist an ihrer ersten

Plattenfläche 14 einen Ring auf, welcher einem der Basisplatte 13 zugewandt ausgebildeten oberen Abschnitt des Elementkorpus 15 des ersten

Ausführungsbeispiels entspricht. Fertigungstechnisch ist der Vorteil dadurch gegeben, dass eine Naht, bspw. eine Schweißnaht, an der als Dichtfläche ausgebildeten

Ringfläche 18 vermieden ist. In Fig. 4 ist in einer perspektivischen Schnittansicht mit einem Schnitt entlang einer zweiten Schnittebene, welche zwischen der Längsachse 22 und der zweiten Querachse 27 ausgebildet ist, das Abdeckelement 9 in einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Korpusgrundquerschnitt KQ größer als Plattengrundquerschnitt PQ, wobei die Ringfläche 18 in einer großen Entfernung zur zwischen der Basisplatte und dem Elementkorpus ausgebildeten Naht 43 angeordnet ist.

Zur Reduzierung eines Gesamtgewichts der Regelvorrichtung 8 ist das Abdeckelement 9 als Hohlkörper ausgebildet. In einem vierten Ausführungsbeispiel gem. der Figuren 5 und 6 weist das Abdeckelement 9 dieses durchdringende Löcher 39 auf. Ebenso könnten die Löcher 39 auch nur teilweise den Elementkorpus 15 durchdringen. Somit ist das Abdeckelement 9 zumindest teilweise hohl ausgebildet.

In den Figuren 7 bis 10 ist das Abdeckelement 9 in einem fünften und einem sechsten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Elementkorpus 15 entspricht dem Elementkorpus 15 des ersten Ausführungsbeispiels. Zur Sicherung des Abdeckelementes 9 gegen ein Verdrehen relativ zum Schwenkarm 38 ist der Aufnahmestift 42 des fünften

Ausführungsbeispiels in seinem im Schwenkarm 38 aufgenommenen ersten

Stiftbereich 45 quaderförmig ausgebildet, so dass eine rotatorische Bewegung um die Längsachse 22 vermieden wird. Ein zweiter Stiftbereich 46 des Aufnahmestiftes 42 ist zur gesicherten Lagerung des Abdeckelementes 9 am Schwenkarm 38 mit einer Deckscheibe 44 verschweißt. Ebenso könnte der zweite Stiftbereich 46 mit der

Deckscheibe 44 auch vernietet sein.

Das sechste Ausführungsbeispiel weist zur Vermeidung der rotatorischen Bewegung um die Längsachse 22 zusätzlich zum Sicherungszapfen 40 in der Basisplatte 13 eine erste Sicherungsnut 47 und eine zweite Sicherungsnut 48 auf, welche die Basisplatte 13 vollständig durchdringen. Ebenso könnten sie auch die Basisplatte 13 nur teilweise durchdringend ausgebildet sein. In diese Sicherungsnuten 47, 48 greifen am

Schwenkarm 38 der Basisplatte 13 gegenüberliegend ausgebildete weitere Sicherungszapfen ein, welche überwiegend komplementär zu den Sicherungsnuten 47, 48 ausgebildet sind.

In den Figuren 11 und 12 ist das Abdeckelement 9 in einem siebten

Ausführungsbeispiel dargestellt. In diesem siebten Ausführungsbeispiel ist das

Abdeckelement 9 als Vollkörper, somit massiv ausgebildet und weist keine

Entlüftungsbohrung 51 auf.

Das in den Figuren 13 und 14 dargestellte achte Ausführungsbeispiel weist eine weitere Alternative zur Vermeidung der rotatorischen Bewegung um die Längsachse 22 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Stiftbereich 45 ellipsenförmig ausgebildet, wodurch ebenfalls eine Rotationsbewegung vermieden wird, bei komplementär ausgebildeter, nicht näher dargestellter Aufnahmeöffnung des Schwenkarms 38.

In den Figuren 15 bis 17 ist das Abdeckelement 9 in einem neunten und zehnten Ausführungsbeispiel dargestellt. In beiden Ausführungsbeispielen ist der

Korpusgrundquerschnitt KQ größer ausgeführt als der Plattenquerschnitt PQ. Dadurch ist die Ringfläche 18 einteilig mit dem Elementkorpus 15 ausgebildet. Der Vorteil ist eine verbesserte Zugänglichkeit zur Verbindung der beiden Bauteile 13, 15 bspw. beim stoffschlüssigen Verbinden in Form von Schweißen. Dies bedeutet eine vereinfachte und damit kostengünstige Herstellung des Abdeckelementes 9. Des Weiteren ist eine vollständige Dichtheit der Naht 43 nicht gefordert, da die Naht 43 im Umgehungskanal 31 liegt und keine strömungsrelevante Verbindung zu den Spiralkanälen 4, 5 darstellt.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 18 bis 20 dargestellt. Das in den Figuren 18 und 19 in einem elften Ausführungsbeispiel dargestellte Abdeckelement 9 ist mit Hilfe eines so genannten 3-D Metalldruckes hergestellt, wobei das

Abdeckelement 9 einteilig ausgebildet ist. Der Aufnahmestift 42 ist in einer weiteren Variante zur Vermeidung einer Verdrehung um die Längsachse 22 ausgestaltet. Die Nut 28 ist asymmetrisch zur Längsachse 22 ausgebildet. Die asymmetrische Ausbildung der Nut 28 trägt der im Betrieb ausgeführten Schwenkbewegung im

Abgasführungsabschnitt 1 Rechnung, dahingehend, dass ein Bewegungsspalt vorgehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Asymmetrie dadurch gegeben, dass eine Seite des Abdeckelementes 9, die Seite des Abdeckelementes 9, welche der Welle 36 nächstliegend angeordnet ist, die Nut 28 aufweist, wohingegen die dieser Seite gegenüberliegende Seite des Abdeckelementes 9 die Nut 28 nicht aufweist.

Ebenso könnte die Asymmetrie auch bzgl. einer Nuttiefe ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Nut 28 an einer Seite des Abdeckelementes 9 eine größere Nuttiefe aufweist als die andere Seite des Abdeckelementes 9.

Die Nut 28 selbst trägt zur Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung bei. Im

Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 weist das Abdeckelement 9 resp. die Regelvorrichtung 8 eine degressive Öffnungscharakteristik auf. Hier ergibt sich bei einer minimalen Verstellung des Abdeckelementes 9 aus der Schließposition eine geringe Abströmung von Abgas in den Umgehungskanal 31 allerdings noch kein Umströmen von einem Spiralkanal 4, 5 in den anderen. Des Weiteren stellt die Nut 28 eine Dichtung in Form einer Labyrinthdichtung zwischen den Spiralkanälen 4, 5 her.

In Fig. 20 ist das Abdeckelement 9 in einem zwölften Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Abdeckelement 9 wurde aus einem Rohling herausgearbeitet und weist innere Verstärkungsrippen wegen möglicher auftretender Spannkräfte auf.

In den Figuren 21 und 22 ist in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement 9 mit dem Schwenkarm 38 in einem dreizehnten und vierzehnten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das gemäß der Fig. 21 ausgebildete Abdeckelement 9 ist entlang der Längsachse 22 rotationssymmetrisch ausgebildet.

Es ist selbstredend, dass die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten

Merkmale miteinander unterschiedlich kombinierbar sind. Eine weitere zweiteilige Ausführung des Abdeckelementes 9 weist unterschiedliche Materialien der Basisplatte 13 und des Elementkorpus 15 auf. Die Basisplatte 13 ist aus einem Material ausgebildet, welches eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist, da es im Vergleich zum Elementkorpus 15 am Schwenkarm 38, resp. an der

Bewegungsvorrichtung 17 aufgenommen ist und somit einem höheren Verschleiß unterliegt. Der Elementkorpus 15 hingegen ist insbesondere aufgrund seiner

Positionierung zwischen den beiden Spiralkanälen 4, 5 einer hohen Abgastemperatur ausgesetzt. Dies erfordert seine Herstellung aus einem hitzebeständigen Material.

Ebenso ist es möglich, das Abdeckelement 9 vollständig oder nur teilweise aus einem Blech herzustellen. Bevorzugt ist die Herstellung der Basisplatte 13 als Blechbauteil einzusetzen, wodurch Herstellungskosten reduziert werden können.

Eine bevorzugte Herstellung des Abdeckelementes 9 ist eine Verstemmung des Elementkorpus 15 mit der Basisplatte 13. Mit Hilfe des Verstemmens wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen zwei einzelnen Werkstücken durch plastisches Verformen hergestellt. Durch das Verstemmen verkeilen sich die beiden Werkstücke 13, 15 an ihren einander zugewandten Flächen unlösbar ineinander.

Der Vorteil des Verstemmens ist auch darin zu sehen, dass unterschiedliche Materialien gefügt werden können. Ein weiterer Vorteil des Verstemmens ist die Möglichkeit gegenüber bspw. dem stoffschlüssigen Verbinden der Werkstücke 13, 15, ein höheres Drehmoment übertragen zu können.

Das Abdeckelement 9 kann sowohl in einer einteiligen Herstellung als auch in einer separaten Herstellung der Basisplatte 13 und des Elementkorpus 15 vor dem Fügen in einem Feingussverfahren oder Metall- oder Keramikpulverspritzgussverfahren hergestellt werden. Zusätzlich zum Verstemmen sind als Fügeverfahren stoffschlüssige Verfahren, bspw. Schweißen oder Kleben vorgesehen.

In den Figuren 23 und 24 ist das Abdeckelement 9 in einem fünfzehnten Ausführungs- beispiel dargestellt. Die Basisplatte 13 weist eine Aufnahmeöffnung 52 auf, in die ein Aufnahmeelement 53 des Schwenkarms 38 einführbar ist. Das Aufnahmeelement 53 ist einstückig mit dem Schwenkarm 38 ausgebildet. Ebenso kann das Aufnahmeelement 53 auch unabhängig von dem Schwenkarm 38 hergestellt sein und in einem Verfahrensschritt bei der Herstellung der Regelvorrichtung 8 mit dem Schwenkarm 38 kraft-, und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden werden.

Das Aufnahmeelement 53 ist bevorzugt eine Spielpassung aufweisend mit der

Aufnahmeöffnung 52 ausgebildet und ragt in die Aufnahmeöffnung 52 hinein. Zur Fixierung an der Basisplatte 13 liegt ein Fixierelement 54 vor, welches an der ersten Plattenfläche 14 angeordnet ist. Das heißt, dass das Fixierelement 54 einer dem Abdeckelement 9 zugewandt ausgebildeten Armfläche 55 zugewandt angeordnet ist.

Zur Ausführung der Regelvorrichtung 8 mit dem Abdeckelement 9 gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel wird das Aufnahmeelement 53 in die Aufnahmeöffnung 52 der Basisplatte 13 gesteckt und mit Hilfe des Fixierelementes 54 eine unlösbare Verbindung zwischen der Basisplatte 13 und dem Schwenkarm 38 ausgebildet. Dazu wird das Aufnahmeelement 53 mit dem Fixierelement 54 stoffschlüssig verbunden. Das Fixierelement 54 könnte ebenso zur Fixierung des Abdeckelementes 9 am Schwenkarm 38 mit dem Aufnahmeelement 53 kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein, bspw. in Form einer Niet-, Schraub-, Pressverbindung oder in Form einer Reibschweißverbindung. Nachdem die Basisplatte 13 mit dem Fixierelement 54 am Schwenkarm 38 befestigt ist, wird der Elementkorpus 15 mit der Basisplatte 13 gefügt.

Claims

Patentansprüche

1. Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, wobei die Regelvorrichtung (8) in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ) des Abgasturboladers (2) aufgenommen ist, und wobei mit Hilfe der Regelvorrichtung (8) eine

Fluidströmung auf ein im Abgasführungsabschnitt (1 ) drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar ist, wobei ein im Abgasführungsabschnitt (1 ) ausgebildeter Strömungskanal (10; 31 ) mit Hilfe eines Abdeckelementes (9) der Regelvorrichtung (8) zu öffnen und zu schließen ist, und wobei das

Abdeckelement (9) an einem um eine Rotationsachse (34) verschwenkbaren Schwenkarm (38) der Regelvorrichtung (8) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) mindestens zweiteilig und/oder zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) zum Öffnen und Schließen eines als Umgehungskanal (31 ) zur Umgehung des Turbinenrades ausgebildeten Strömungskanals ausgestaltet ist, und/oder dass das Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung (10) ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal (4) und einem zweiten Spiralkanal (5) des

Abgasführungsabschnitts (1 ) ausgebildet ist.

3. Regel Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (9) eine topfformartige Außenkontur (12) aufweist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) einen Elementkorpus (15) und eine den Elementkorpus (15) bedeckende Basisplatte (13) aufweist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Elementkorpus (15) topfformartig ausgebildet ist und an seiner geöffneten Wandfläche (50) mit Hilfe der Basisplatte (13) undurchströmbar verschlossen ist.

6. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Basisplatte (13) einen Plattenquerschnitt (PQ) aufweist, welcher

unterschiedlich zu einem Korpusgrundquerschnitt (KQ) des Elementkorpus (15) ist.

7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Basisplatte (13) einen Plattenquerschnitt (PQ) aufweist, welcher kleiner ist als ein Korpusgrundquerschnitt (KQ) des Elementkorpus (15).

8. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Basisplatte (13) aus einem Blech ausgebildet ist.

9. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Basisplatte (13) und der Elementkorpus (15) aus unterschiedlichen

Materialien ausgebildet sind, wobei die Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.

10. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) eine das Abdeckelement (9) zumindest teilweise umfassende Nut (28) aufweist.

11.Regelvorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Nut (28) asymmetrisch ausgebildet ist.

12. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Elementkorpus (15) und die Basisplatte (13) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

13. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Elementkorpus (15) und die Basisplatte (13) miteinander verstemmt sind.

14. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) mit einem Fixierelement (54) am Schwenkarm (38) fixiert ist, welches einer dem Abdeckelement (9) zugewandt ausgebildeten Armfläche (55) des Schwenkarms (38) zugewandt angeordnet ist.

15. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Schwenkarm (38) ein Aufnahmeelement (53) aufweist, welches in das Abdeckelement (9) hineinragend ausgebildet ist.

16. Regelvorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Fixierelement (54) zur Fixierung des Abdeckelementes (9) am Schwenkarm (38), wobei insbesondere eine Basisplatte (13) mit Hilfe des Fixierelementes (54) am Schwenkarm (38) fixiert angeordnet ist, mit dem Aufnahmeelement (53) eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, und/oder eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung aufweist.