DE102009006278A1

DE102009006278A1 - Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102009006278A1
Application number: DE102009006278A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dipl.-Ing. Hirth
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-07-29
Also published as: WO2010086005A3; RU2011135434A; JP2012515872A; WO2010086005A4; BRPI0924200A2; WO2010086005A2; US20110283697A1; CN102301096A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse (28), mit einer Leitvorrichtung (17) mit Leitelementen (44) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung (40) zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung (12) und mit einem Konturhülsenelement (14) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, wobei die Leitvorrichtung (17), das Konturhülsenelement (14) und die Verstellvorrichtung (12) als ein Teileverbund (10') im Abgasturbolader montiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse, mit einer Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung und mit einem Konturhülsenelement zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, sind hinlänglich bekannt. Konkret bedeutet dies, dass beispielsweise auf einer Lagergehäuseseite des Abgasturboladers im Turbinengehäuse zentriertes Leitgitter vorliegt, bei welchem ein effektiver Querschnitt des Leitgitters mit einem Axialschieber verändert werden kann, indem Leitschaufeln des Leitgitters in eine Matrize des Axialschiebers eintauchen. Dieses Leitgitter stellt die Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung der Strömungsparameter am Turbinenradeintrittsbereich dar.
Bei bekannten Lösungen muss dieses Leitgitter durch das Lagergehäuse des Abgasturboladers in das Turbinengehäuse gepresst und somit in axialer und radialer Richtung fixiert werden. Auch ein Verdrehen des Leitgitters wird auf diese Weise verhindert. Der Axialschieber wird derart über das Leitgitter gegen Verdrehen gesichert, dass die Leitschaufeln des Leitgitters in die Matrize des Axialschiebers, welche den effektiven Querschnitt des Leitgitters einstellt, eintauchen.
Um ein Verklemmen von Leitgitter und Axialschieber während eines Betriebs des Abgasturboladers zu vermeiden, muss ein Funktionsspalt über eine lange Toleranzkette gewährleistet werden. Diese Toleranzkette weist die Toleranzpartner Leitgitter, Turbinengehäuse, Konturhülse und Axialschieber auf. Ein möglicher Bauteilverzug während eines Betriebs in Folge hoher Temperaturgradienten und einer Krafteinleitung in das Turbinengehäuse von außen muss ebenfalls bei einer Wahl einer Größe dieses Funktionsspalts berücksichtigt werden. Ein größerer Funktionsspalt führt immer zu geringeren Wirkungsgraden des Abgasturboladers, was sich negativ auf einen Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine, bei der ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, auswirkt, sowie in Folge dessen CO₂-Emissionen ansteigen lässt.
Das Merkmal des fest im Turbinengehäuse fixierten Leitgitters führt dazu, dass das Leitgitter nur von einer Lagergehäuseseite her montiert werden kann. Im Gegensatz dazu lassen sich der Axialschieber und das Konturhülsenelement nur von einer Turbinenaustrittsseite, d. h. in axialer Richtung von der anderen Seite als vom Lagergehäuse her montieren. Diese notwendige beidseitige Montage führt zu einem Mehraufwand, der Montagekosten für den Abgasturbolader und damit Gesamtkosten für einen Kraftwagen, bei welchem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, ansteigen lässt. Zusätzlich führt dieser Mehraufwand zu möglichen Fehlerquellen bei der Montage des Abgasturboladers, wodurch einerseits ein Ausfallrisiko erhöht wird, andererseits sind gegebenenfalls Nacharbeiten erforderlich, die die Montagekosten ebenfalls ansteigen lassen, mit allen zusammenhängenden Nachteilen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Montageaufwand für diesen Abgasturbolader und damit Montagekosten reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse, mit einer Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung und mit einem Konturhülsenelement zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, ist vorgesehen, dass die Leitvorrichtung, das Konturhülsenelement und die Verstellvorrichtung als ein Teileverbund im Abgasturbolader montiert sind. Durch diesen Teileverbund aus der Leitvorrichtung, dem Konturhülsenelement und der Verstellvorrichtung, welcher als Kassette bezeichnet werden kann, ist es möglich, diesen Teileverbund als Einheit in das Turbinengehäuse bei der Montage einschieben zu können. Dies reduziert einerseits einen Montageaufwand des Turboladers erheblich, wodurch eine Montagezeit reduzierbar ist. Diese Einsparung von Montagezeit resultiert in einer Einsparung von Montagekosten, was sich unmittelbar auf eine Reduzierung von Gesamtkosten des Abgasturboladers und damit von Gesamtkosten eines Kraftwagens, bei dem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, überträgt.
Weiterhin ist durch diese einfachere Montage ermöglicht, dass mögliche Fehlerquellen beispielsweise in Form einer falschen Montage ausgeschlossen oder zumindest reduziert werden, was aufwändige und kostenintensive Nacharbeiten obsolet werden lässt. Auch diese Tatsache wirkt sich positiv auf die Montagekosten und damit auf die Gesamtkosten des Kraftwagens positiv aus. Darüber hinaus ist die im Zusammenhang mit der Beschreibung des Stands der Technik genannte Toleranzkette bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader verkleinert, wodurch auch der Funktionsspalt verkleinert werden kann.
Dieser kleinere Funktionsspalt führt wie angedeutet zu einem höheren Wirkungsgrad des Abgasturboladers, wodurch sich ein Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein derartiger erfindungsgemäßer Abgasturbolader zum Einsatz kommt, reduzieren lässt. Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine geht proportional einher mit einer Einsparung an CO₂-Emissionen, was der Umwelt im Sinne des Umweltschutzes zugute kommt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Teileverbund aus Leitvorrichtung, Konturhülsenelement und Verstellvorrichtung von einer Turbinenradaustrittsseite her montiert. Die Montierbarkeit von einer Turbinenradaustrittsseite bzw. von einem Turbinengehäuseaustritt her birgt den Vorteil, dass aus dieser Richtung relativ viel Platz für eine Montage zur Verfügung steht, was den Montageaufwand weiter reduziert. Diese Reduzierung des Montageaufwands geht wie bereits beschrieben einher mit einer Reduzierung der Montagekosten und damit mit einer Reduzierung der Gesamtkosten des Abgasturboladers und damit des Kraftwagens, indem ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader eingesetzt wird.
Auch setzt ein Mehr an zur Montage zur Verfügung stehenden Platz ein Risiko einer Fehlmontage herab, wodurch einerseits Montagekosten aufgrund der Vermeidung von Nacharbeiten weiter gesenkt werden, andererseits wird dadurch ein Ausfallrisiko des Abgasturboladers während eines Betriebs des Abgasturboladers herabgesetzt, was einen Komfortzugewinn für einen Fahrer des Kraftwagens mit einem derartigen Abgasturbolader bedeutet, da Reparaturintervalle bzw. Werkstattintervalle vergrößert werden können. Eine auf die beschriebene Art und Weise einfachere und damit präzisere Montage des Abgasturboladers stellt auch eine Funktionsweise des Abgasturboladers sicher, d. h. dass Fehlfunktionen vermieden werden, die gegebenenfalls zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit zu erhöhten CO₂-Emissionen führen können. Dies ist durch den erfindungsgemäßen Abgasturbolader vermieden bzw. stark reduziert.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verstellvorrichtung als ein in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbare Axialschieber ausgebildet, mittels dessen die Leitvorrichtung zumindest teilweise umfassbar ist. Dies bedeutet, dass es sich bei der Verstellvorrichtung um einen Axialschieber handelt, der eine Matrize aufweist, in welche beispielsweise Schaufeln der Leitvorrichtung, die beispielsweise als Leitgitter ausgebildet ist, eintauchen können. An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch andere Formen von Verstellvorrichtungen und/oder Leitvorrichtungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader einsetzbar sind.
Gerade bei der beschriebenen Ausführungsform wird deutlich, dass eine Erleichterung der Montage und damit eine Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers gerade bei einer derartigen beschriebenen Verstellvorrichtung bzw. Leitvorrichtung insofern vorteilbehaftet ist, als dass gerade diese Leitvorrichtung und diese Verstellvorrichtung einen hohen Beitrag bezüglich einer effizienten und Wirkungsgrad optimalen Betriebsweise des Abgasturboladers leisten. Insofern ist eine fehlerfreie und präzise Arbeitsweise dieser Leitvorrichtung bzw. dieser Verstellvorrichtung nötig, um beispielsweise den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und damit CO₂-Emissionen gering zu halten.
Der präzise Mechanismus der Verstellvorrichtung in Form eines in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbaren Axialschiebers, mittels dessen die Leitvorrichtung zumindest teilweise umfassbar ist, erfordert eine präzise, fehlerfreie und nahezu toleranzfreie Montage, die durch den erfindungsgemäßen Abgasturbolader ermöglicht ist. Wie bereits beschrieben werden dadurch der Montagemontageaufwand und das Ausfallrisiko gerade der Leitvorrichtung bzw. der Verstellvorrichtung reduziert, was sowohl die Montagekosten als auch den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine aufgrund eines geringeren Funktionsspalts reduziert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leitvorrichtung mittels einer Zentriervorrichtung, insbesondere eines Bunds, im Turbinengehäuse zentriert. Über diese radiale Zentrierung ist eine präzise Ausrichtung der Leitvorrichtung gewährleistet, wodurch eine Funktion des Abgasturboladers während des Betriebs optimiert wird, was einen Wirkungsgrad des Turboladers steigert und damit den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader eingesetzt wird, reduziert. Dies geht einher mit einer Reduktion von CO₂-Emissionen und damit einer Schonung der Umwelt.
Zur Verhinderung einer axialen Bewegung der Leitvorrichtung ist die Leitvorrichtung bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mittels eines Sicherungselements, insbesondere eines Sicherungsrings, im Turbinengehäuse fixiert. Dadurch ist die Leitvorrichtung in seiner axialen Lage fixiert, wodurch die Funktion des Leitgitters und damit die Funktion des gesamten Abgasturboladers weiter positiv beeinflusst wird. Dies resultiert wie bereits oben beschrieben in einer Verbesserung des Wirkungsgrades während des Betriebs des Abgasturboladers, womit eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.
In einer besonders vorteilbehafteten Ausführungsform der Erfindung ist die Leitvorrichtung mittels eines Bunds im Turbinengehäuse in axialer Richtung fixiert. Dies bedeutet, dass die Leitvorrichtung mittels des Bundes einerseits radial zentriert ist, was wie beschrieben in einer optimalen Ausrichtung und damit einer optimalen Funktion resultiert, andererseits übernimmt der Bund bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Sicherung der Leitvorrichtung in axialer Richtung. Somit kann auf ein zusätzliches Sicherungselement beispielsweise in Form eines Sicherungsrings verzichtet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Bund mit seiner positiven Form in eine entsprechende negative Gegenkontur im Turbinengehäuse beispielsweise eingeklickt wird. Die Vermeidung eines zusätzlichen Sicherungselements reduziert eine Teileanzahl, wodurch Teilekosten und damit Herstellkosten des Abgasturboladers abgesenkt werden, wodurch in gleicher Weise die Gesamtkosten des Kraftwagens positiv beeinflusst werden.
Des Weiteren stellt die Vermeidung eines zusätzlichen Sicherungselements eine Verminderung eines Gesamtgewichts des Abgasturboladers dar, was in einer Reduzierung des Gesamtgewichts des Kraftwagens resultiert, wodurch auch eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftwagens erreicht wird. Dies ermöglicht einerseits geringere CO₂-Emissionen als auch geringere Betriebskosten für den Fahrer des Kraftwagens bzw. bei gleichem Kraftstoffverbrauch zusätzliche funktionale Elemente im Kraftwagen verbauen zu können.
Wie bereits angedeutet, ist der Bund der Leitvorrichtung zur axialen Fixierung der Leitvorrichtung in eine korrespondierende Gegenkontur im Turbinengehäuse eingerastet bzw. eingeklickt. Dies ist beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Leitvorrichtung in Folge einer gewissen Elastizität eines Werkstoffs, aus dem die Leitvorrichtung gebildet ist, in radialer Richtung zusammendrückbar ist. Im zusammengedrückten Zustand kann die Leitvorrichtung dann in das Turbinengehäuse eingeschoben und in dieses eingerastet werden. Durch diese Tatsache werden aufwändige und komplexe Spezialwerkzeuge zur Montage vermieden, was die Montagekosten weiter positiv beeinflusst mit allen in diesem Zusammenhang bereits beschriebenen und gegebenenfalls weiteren Vorteilen. Ebenso ist es möglich, dass das Turbinengehäuse die positive Bundform und die Leitvorrichtung die negative Gegenkontur aufweist. Auch dadurch stellen sich die in diesem Zusammenhang beschriebenen Vorteile ein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leitvorrichtung als ein Leitgitter ausgebildet, welches eine Mehrzahl an Schaufelelementen und ein Ringelement zur Aufnahme der Schaufelelemente aufweist.
Durch diese Ausbildung lassen sich die Strömungsparameter im Turbinenradeintrittsbereich in besonders günstiger Weise beeinflussen, und zwar derart, dass die Strömungsparameter auf einen Betriebspunkt des Abgasturboladers bzw. auf einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, optimal eingestellt werden können. Dadurch sind Wirkungsgrad optimale Betriebe des Abgasturboladers ermöglicht, wodurch ein Kraftstoffverbrauch und damit CO₂-Emissionen stark reduziert werden können.
Je präziser diese Leitvorrichtung ist, und je präziser sie mittels einer Verstellvorrichtung verstellt werden kann zur Beeinflussung der Strömungsparameter, desto optimaler ist der Betriebspunkt des Abgasturboladers auf den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine einstellbar, wodurch sich der Vorteil einer Kraftstoffreduzierung besonders gut realisieren lässt. Gerade in Verbindung mit dieser präzisen Ausführung der Leitvorrichtung und/oder der Verstellvorrichtung ist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader insofern vorteilhaft, als dass gerade in diesem Fall eine präzise und fehlerfreie Montage nötig ist, um Fehlfunktionen und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch oder gar einen Ausfall des Abgasturboladers zu vermeiden.
Ist die Leitvorrichtung in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mehrteilig ausgebildet, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass Kosten für die Leitvorrichtung gesenkt werden können. Der Grund dafür ist, dass eine derartige Leitvorrichtung, insbesondere in Form eines Leitgitters, bei einteiliger Ausführung nur als Feingussteil dargestellt werden kann, insbesondere dann, wenn eine Serienproduktion mit großen Stückzahlen vorgesehen ist. Gusstoleranzen der Leitvorrichtung, welche besonders in Form eines Leitgitters mehrere Leitschaufeln aufweist, sollten so gering wie möglich sein, um einen Funktionsspalt zwischen der Leitvorrichtung und der Verstellvorrichtung, d. h. konkret zwischen dem Leitgitter und dem Axialschieber, so gering wie möglich zu halten, um einen Wirkungsgrad optimalen Betrieb des Abgasturboladers realisieren zu können. In diesem Zusammenhang ist besonders eine Form der Leitelemente bzw. der Leitschaufeln der Leitvorrichtung und deren Lage zueinander entscheidend. Diese hohen Anforderungen an die Präzision der Leitvorrichtung führen neben einer Größe der Leitvorrichtung, welche als Feingusssteil dargestellt ist, zu sehr hohen Kosten.
Eine mehrteilige Ausführung der Leitvorrichtung und insbesondere des Leitgitters mit mehreren Leitschaufeln ersetzt das bezüglich Größe- und Toleranzanforderungen kostenintensive einteilige Bauteil in Form der Leitvorrichtung. Somit werden Herstellungskosten der Leitvorrichtung und damit die Gesamtkosten des Abgasturboladers weiter reduziert, was sich auch auf eine Reduzierung der Gesamtkosten des Kraftwagens, bei dem ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader zum Einsatz kommt, positiv auswirkt.
Nichtsdestotrotz ist trotz der Mehrteiligkeit eine präzise Montage ermöglicht, und zwar aufgrund der beschriebenen Montage des Teileverbunds aus der Leitvorrichtung, dem Konturhülsenelement und der Verstellvorrichtung. Durch diese Ausführungsform sind alle Vorteile eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers hinsichtlich einer einfachen Montage und damit einer Reduzierung der Montagekosten verknüpft mit allen Vorteilen einer präzisen Funktionsweise und einer Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit.
Bei der mehrteiligen Leitvorrichtung erweist es sich als vorteilhaft, dass die Leitelemente der Leitvorrichtung jeweils mittels eines Bunds in axialer Richtung des Abgasturboladers festgelegt sind. Die axiale Fixierung der Leitelemente mittels eines Bunds ermöglicht eine einfache und unaufwändige Festlegung derselbigen, wodurch wie angedeutet der Montageaufwand und damit die Montagekosten gering gehalten werden.
Nichtsdestoweniger ist mittels dieser Fixierung eine präzise Ausrichtung der Leitelemente ermöglicht, was einen Wirkungsgrad optimalen Betrieb der Leitvorrichtung und damit des gesamten Abgasturboladers ermöglicht.
Die präzise Ausrichtung und damit die präzise Wirkungsgrad optimale Funktion des Abgasturboladers wird bei einer vorteilbehafteten Ausführungsform der Erfindung dadurch weiter verstärkt, dass der Bund einerseits mit einer korrespondierenden Fläche einer die Leitelemente aufnehmenden Leitmatrize und andererseits mit einer korrespondierenden Fläche eines Hitzeschilds des Abgasturboladers in Kontakt steht. Durch diese Tatsache ist eine definierte Positionierung der Leitelemente ermöglicht, aus der sie sich auch bei hoher Beanspruchung des Abgasturboladers nicht bewegen können. Gleichwohl ist eine einfache Montage ermöglicht, da zusätzliche Fixierelemente beispielsweise in Form von Schrauben und/oder Nieten unnötig sind. Die Leitelemente werden beispielsweise einfach zusammen- bzw. in ein Aufnahmeelement, beispielsweise in das Ringelement der Leitvorrichtung, gesteckt und auf die beschriebene Weise in ihrer Position fixiert. Diese einfache Montage bietet wenig Spielraum für Montagefehler, was aufwändige Nacharbeiten im Falle einer Fehlmontage vermeidet. Auch ist durch diese einfache Montage die Ausfallwahrscheinlichkeit herabgesetzt, wodurch Reparaturintervalle vergrößert werden können, was dem Fahrer des Kraftwagens mit einem derartigen Abgasturbolader bezüglich einer Erhöhung des Komforts zugute kommt.
Die Leitvorrichtung muss nicht notwendigerweise die Form eines Leitgitters mit Leitelementen bzw. Leitschaufeln aufweisen. Andere Leitvorrichtungen wie auch andere Verstellvorrichtungen als ein Axialschieber sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader möglich. Entscheidend ist, dass der Teileverbund aus Leitvorrichtung, Verstellvorrichtung und Konturhülsenelement einfach als Bauteilmodul bzw. Kassette im erfindungsgemäßen Abgasturbolader montiert ist, wodurch einerseits Montage- und damit Gesamtkosten des Abgasturboladers reduziert sind, und andererseits eine Ausfallwahrscheinlichkeit in Folge der einfachen Montage abgesenkt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Konturhülsenelement einen kleinen Durchmesser und einen großen Durchmesser auf, wobei die Verstellvorrichtung lediglich mittels des kleinen Durchmessers und gegebenenfalls mittels eines Stifts geführt ist. Auf diese Weise lässt sich zum einen eine sichere und präzise Führung der Verstellvorrichtung realisieren, zum anderen ist eine Doppelpassung vermieden, da ein direkter Kontakt des Konturhülsenelements auf zwei unterschiedlich großen Durchmessern mit der Verstellvorrichtung nicht vorliegt. Dies resultiert in einer Vermeidung eines hohen Fertigungsaufwands und damit hoher Fertigungskosten.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass mittels des großen Durchmessers eine Dichtfunktion realisiert ist, wodurch der Teileverbund gegenüber dem Turbinengehäuse abgedichtet ist. Dadurch wird ein Austreten von Abgas in das Turbinengehäuse und in der Folge dessen in die Umwelt verhindert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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. Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht sowie eine Längsschnittansicht eines Teileverbunds aus einem Axialschieber und einer Konturhülse für einen Abgasturbolader,
2 eine perspektivische Ansicht des Teileverbunds gemäß 1 aus dem Axialschieber und der Konturhülse, wobei der Teileverbund um ein Leitgitter erweitert ist, sowie abschnittsweise eine Längsschnittansicht dieses Teileverbunds montiert in einem Turbinengehäuse eines Abgasturboladers,
3 eine perspektivische Ansicht eines mehrteiligen Leitgitters mit einer Leitschaufelmatrize und einer Mehrzahl an Leitschaufeln,
4 abschnittsweise zwei Längsschnitte durch unterschiedliche Ebenen eines Turbinengehäuses eines Abgasturboladers, in welchem der Teileverbund gemäß 2 montiert ist, wobei das einteilige Leitgitter gemäß 2 durch das mehrteilige Leitgitter gemäß 3 ersetzt ist und wobei dieses Leitgitter in 4 auf eine zu 2 alternative Ausführungsform im Turbinengehäuse fixiert ist und
5 eine perspektivische Ansicht des Teileverbunds gemäß 2, wobei in 5 wie in 4 das einteilige Leitgitter gemäß 2 durch das mehrteilige Leitgitter gemäß 3 ersetzt ist.
In der Figurenbeschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Während 1 einen Teileverbund aus einem Axialschieber zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich und einer Konturhülse zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich zeigt, ist in 2 dieser Teileverbund aus 1 um ein einteiliges Leitgitter erweitert, welches eine Mehrzahl an Leitschaufeln aufweist, die in eine Leitschaufelmatrize des Axialschiebers eintauchen, sowie eine Montage dieses Teileverbunds in einem Turbinengehäuse des Abgasturboladers dargestellt. Die 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines mehrteiligen Leitgitters mit einer Leitschaufelmatrize und einer Mehrzahl an Leitschaufeln. Die 4 zeigt eine Montage des Teileverbunds gemäß 2, wobei in 4 das einteilige Leitgitter durch das mehrteilige Leitgitter gemäß 3 ersetzt ist, wobei eine Fixierung des mehrteiligen Leitgitters im Turbinengehäuse auf eine andere Art erfolgt als die des einteiligen Leitgitters in 2. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Teileverbund aus dem Axialschieber, der Konturhülse und dem mehrteiligen Leitgitter.
Die 1 zeigt einen Teileverbund 10, der einen Axialschieber 12 und eine Konturhülse 14 aufweist. Mittels des Axialschiebers 12 kann ein Aufstauverhalten einer Turbine eines Abgasturboladers, bei dem ein derartiger Teileverbund 10 zum Einsatz kommt, variiert werden.
Der Axialschieber 12 wird auf einem kleinen Durchmesser 22 der Konturhülse 14 und auf einem Stift 16 geführt. Ein großer Durchmesser 24 der Konturhülse 14 hat lediglich eine Dichtfunktion, direkter Kontakt mit der Konturhülse 14 ist nicht möglich. Eine Verstellkraft 18 wird direkt in den Axialschieber 12 über einen Verstelleingriff 20 eingeleitet. Dabei greift eine nicht dargestellte Vorrichtung in den Verstelleingriff 20 ein. Diese Vorrichtung kann beispielsweise mittels eines Aktuators geregelt verstellt werden. Bei dem in 1 gezeigten Teileverbund kann der Axialschieber 12 nur in axialer Richtung 26 bewegt werden. Ein Verdrehen des Axialschiebers 12 relativ zur Konturhülse 14 nicht möglich. In einem montierten Zustand des Teileverbunds 10 ist vorgesehen, dass die Konturhülse 14 fest in einem Turbinengehäuse des Abgasturboladers montiert ist.
Die 2 zeigt einen Teileverbund 10', welcher gegenüber dem Teileverbund 10 um ein einteiliges Leitgitter 17 erweitert ist. Damit umfasst der Teileverbund 10' in 2 den Axialschieber 12, die Konturhülse 14 und das einteilige Leitgitter 17. Für die Führung des Axialschiebers 12 gilt dasselbe wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist.
Ein über die Konturhülse 14 gegen ein Verdrehen gesicherter Axialschieber 12 bietet eine Möglichkeit, dass nun auf ein fest mit dem Turbinengehäuse 28 verbundenes Leitgitter 17 verzichtet werden kann. Das Leitgitter 17 muss im Turbinengehäuse 28 lediglich in axialer und radialer Richtung fixiert werden. Ein Verdrehen des Leitgitters 17 ist durch den Axialschieber 12 verhindert.
Das Leitgitter 17 wird dabei radial über das Turbinengehäuse 28 zentriert, und zwar mittels eines Bunds 32. Zur Verhinderung einer Bewegung des Leitgitters 17 in axialer Richtung dient ein Sicherungsring 30. Der Sicherungsring 30 wird dabei in einer Nut 31 des Turbinengehäuses 28 angeordnet. In einem montierten Zustand greift der Sicherungsring 30 ebenso in eine korrespondierende Nut 33 des einteiligen Leitgitters 17. Das einteilige Leitgitter 17 ist somit auch in seiner axialen Lage festgelegt.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass der Teileverbund 10 bestehend aus dem Axialschieber 12, der Konturhülse 14 und dem einteiligen Leitgitter 17 mitsamt dem Stift 16 als Einheit von einer Turbinenaustrittsseite 34 her in das Turbinengehäuse 28 geschoben werden kann. Auf diese Weise kann der Teileverbund 10', der auch als Kassette bezeichnet werden kann, bereits vor einer Endmontage eines Abgasturboladers, bei dem der Teileverbund 10' zum Einsatz kommt, zusammengesetzt werden. Diese Modularität spart sowohl Montagezeit ein, was Montagekosten senkt. Als auch wird ein Risiko einer Fehlmontage abgesenkt, wodurch kostenintensive Nacharbeiten vermieden werden, und eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers während eines Betriebs desselbigen herabgesetzt wird.
Die 3 zeigt ein mehrteiliges Leitgitter 14, welches eine Leitschaufelmatrize 42 aufweist, an welcher eine Mehrzahl an Leitschaufeln 44 anordenbar sind. Ein derartiges mehrteiliges Leitgitter 40 kann das hinsichtlich einer Bauteilgröße und hinsichtlich Toleranzanforderungen äußerst kostenintensive einteilige Leitgitter 17 gemäß 2 ersetzen. Derartige Leitgitter werden in der Regel mittels eines Feingussverfahrens hergestellt, um den angesprochenen hohen Toleranzanforderungen zu genügen.
In 4 ist ein in einem Turbinengehäuse 28' montierter, dem Teileverbund 10' gemäß 2 ähnlicher Teileverbund montiert, wobei sich der Teileverbund in 4 von dem Teileverbund 10' in 2 dadurch unterscheidet, dass das einteilige Leitgitter 17 nun durch das mehrteilige Leitgitter 40 gemäß 3 ersetzt ist. Damit besteht der Teileverbund in 4 aus dem Leitschieber 12, der Konturhülse 14 und dem mehrteiligen Leitgitter 40, welches beschriebener maßen eine Leitschaufelmatrize 42 und eine Mehrzahl an Schaufelelementen 44 aufweist.
Die Leitschaufelmatrize 42 wird im Turbinengehäuse 28' zentriert. Zur Fixierung der Leitschaufelmatrize 42 in axialer Richtung dient ein Bund 46 an der Leitschaufelmatrize 42, der in eine entsprechende Gegenkontur im Turbinengehäuse 28' eingerastet ist. An dieser Stelle unterscheidet sich das Turbinengehäuse 28' in 4 von dem Turbinengehäuse 28 in 2, da in 2 eine Fixierung des dort einteiligen Leitgitters 17 mittels eines Bunds 32 und eines Sicherungsrings 30 realisiert ist.
Die Leitschaufelmatrize 42 des Teileverbunds in 4 ist demgegenüber durch eben den Bund 46 in radialer und axialer Richtung fixiert. Die Montage kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leitschaufelmatrize 42 leicht in radialer Richtung zusammengedrückt wird und in das Turbinengehäuse 28' eingeschoben wird. Die einzelnen Leitschaufeln 44 des Leitgitters 40 sind mittels eines Bunds 52 axial fixiert. Zur Fixierung der Leitschaufeln 44 in Richtung eines Turbinenaustritts, welche durch den Richtungspfeil 54 gekennzeichnet ist, steht eine Fläche des Bunds 52 mit einer korrespondierenden Fläche der Leitschaufelmatrize 42 in Kontakt. Dies verhindert eine axiale Bewegung der Leitschaufeln 44 in Richtung des Turbinenaustritts 54. In die entgegen gesetzte Richtung die durch einen Richtungspfeil 56 gekennzeichnet ist, also in Richtung eines Lagergehäuses 10, ist die axiale Bewegung der Leitschaufeln 44 dadurch verhindert, dass eine andere Fläche des Bunds 52 mit einer korrespondierenden Fläche eines Hitzeschilds 50 in Kontakt steht.
Durch die beschriebenen beidseitigen Kontakte des Bunds 52, einerseits mit der Leitschaufelmatrize 42 und andererseits mit dem Hitzeschild 50, sind somit die Leitschaufeln 44 des Leitgitters 40 in ihrer axialen Richtung festgelegt. In radialer Richtung werden die Leitschaufeln 44 durch eine Kontur der Leitschaufelmatrize 42 fixiert, in welche die Leitschaufeln 44 beschriebener maßen bei einem Zusammenbau des mehrteiligen Leitgitters 40 eingebracht werden.
Auch mit einer in 4 dargestellten Anordnung ist es möglich, dass der Teileverbund aus dem Axialschieber 12, der Konturhülse 14 und dem mehrteiligen Leitgitter und sogar gegebenenfalls mit dem Stift 16 als eine Einheit von einer Turbinenaustrittsseite 34' in das Turbinengehäuse 28' geschoben werden kann bzw. eingebracht werden kann. Somit kann auch dieser Teileverbund bereits vor einer Endmontage eines Turboladers, bei dem der derartige Teileverbund eingesetzt wird, zusammengesetzt werden, was wie bereits in Zusammenhang mit 2 beschrieben einen Montageaufwand und damit Montagekosten senkt, als auch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers reduziert.
Die 5 zeigt einen Teileverbund 10'', wie er gemäß 4 im Turbinengehäuse 28' montiert ist. Wie gerade im Vergleich mit 2 zu erkennen ist, ist beim Teileverbund 10'' nun das mehrteilige Leitgitter 40 angeordnet, welches die Leitschaufelmatrize 42 aufweist, mittels welcher die Leitschaufeln 44 aufgenommen sind. Besonders gut in 5 zu sehen ist die Festlegung in einer axialen Richtung der Leitschaufeln 44 mittels des Bunds 46, der mit einer Fläche mit einer korrespondierenden Fläche der Leitschaufelmatrize 42 in Kontakt steht. Weiterhin weist der Teileverbund 10'' die bereits gemäß 2 bekannten Elemente in Form des Axialschiebers 12, der Konturhülse 14 und des Stifts 16 auf. Wie bereits beschrieben, ist auch dieser Teileverbund 10'' als eine Einheit bzw. eine Kassette in ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers montierbar, wodurch ein Montageaufwand und damit Montagekosten gesenkt werden als auch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers reduziert wird.

Claims

Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse (28), mit einer Leitvorrichtung (17) mit Leitelementen (44) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung (40) zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung (12) und mit einem Konturhülsenelement (14) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17), das Konturhülsenelement (14) und die Verstellvorrichtung (12) als ein Teileverbund (10') im Abgasturbolader montiert sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileverbund (10') von einer Turbinenaustrittsseite (34) her montiert ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (12) als ein in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbarer Axialschieber (12) ausgebildet ist, mittels dessen die Leitvorrichtung (17) zumindest teilweise umfassbar ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) mittels einer Zentriervorrichtung (32), insbesondere eines Bunds (32), im Turbinengehäuse (28) zentriert ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) mittels eines Sicherungselements (30), insbesondere eines Sicherungsrings (30), im Turbinengehäuse (28) fixiert ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (40) mittels eines Bunds (46) im Turbinengehäuse (28') axial fixiert ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (46) eine korrespondiere Gegenkontur eingerastet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) als ein Leitgitter (17) ausgebildet ist, welches eine Mehrzahl an Schaufelelementen (44) und ein Ringelement (42) zur Aufnahme der Schaufelelemente (44) aufweist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (40) mehrteilig ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (44) der Leitvorrichtung (40) jeweils mittels eines Bunds (52) in axialer Richtung des Abgasturboladers festgelegt sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (52) einerseits mit einer korrespondieren Fläche einer die Leitelemente (44) aufnehmenden Leitmatrize (42) und andererseits mit einer korrespondieren Fläche eines Hitzeschilds (50) des Abgasturboladers in Kontakt steht.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturhülsenelement (14) einen kleinen Durchmesser (22) und einen großen Durchmesser (24) aufweist, wobei die Verstellvorrichtung (12) lediglich mittels des kleinen Durchmessers (22) und gegebenenfalls mittels eines Stifts (16) geführt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileverbund (10') mittels des großen Durchmessers (24) abgedichtet ist.