DE102009008532A1

DE102009008532A1 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102009008532A1
Application number: DE102009008532A
Authority: DE
Inventors: Florian Rentz; Jörg Jennes
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie, umfassend einen Schaufellagerring (6), mehrere darin gelagerte Leitschaufeln sowie einen Verstellring (7) zum Verstellen der Leitschaufeln. Erfindungswesentlich ist dabei, dass zumindest ein Führungselement (8) zur radialen Lagerung des Verstellrings (7) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine Führungselement (8) und der Verstellring (7) formschlüssig ineinander eingreifen. Hierdurch sollen die Verstellkräfte und die Reibung verringert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 7,001,142 B2 ist eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung mit einer Variablen Turbinengeometrie bekannt, umfassend einen Schaufellagerring, mehrere darin gelagerte Leitschaufeln sowie einen Verstellring zum Verstellen der Leitschaufeln.
Aus der EP 1 391 585 A2 ist eine weitere gattungsgemäße Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinengeometrie bekannt, bei welcher wenigstens ein Verstellhebel einer Leitschaufel derart ausgebildet ist, dass dieser an dem freien, mit dem Verstellring zusammenwirkenden Ende eine Erhebung aufweist, welche durch eine Bohrung im Verstellring hindurchragt. An der Erhebung ist dabei ein Führungselement befestigt, welches an einer bezüglich der Verstellhebel gegenüberliegenden Seite des Verstellrings derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Verstellring zwischen dem Führungselement und dem Hebelarm des Verstellhebels axial geführt ist.
Generell wird ein Verstellring bei variablen Turbinengeometrien üblicherweise über einen sogenannten Gleitkontakt oder einen Rollkontakt am Schaufellagerring bzw. am Lagergehäuse gelagert. Rollkontakte zeichnen sich dabei durch eine verringerte Reibung aus, bedingen jedoch in der Herstellung höhere Kosten. Während des Betriebs der Ladeeinrichtung kann es bei Rollkontakten bedingt durch Korrosion, Verschleiß, etc. zu einem Festsetzen der Rollen kommen, worauf sich diese in einen Gleitkontakt umwandeln.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine leichtgängige und dauerhaft zuverlässige Lagerung eines Verstellrings einer variablen Turbinengeometrie auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Verstellring einer variablen Turbinengeometrie in einer Ladeeinrichtung, beispielsweise in einem Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, über einen Rollkontakt in Radialrichtung zu lagern, wobei der Rollkontakt derart ausgestaltet ist, dass dieser über die ganze Betriebsdauer, das heißt unbeeinflusst von Verschleiß, durch Formschluss zwischen einem Führungselement und dem Verstellring zu einer Rollbewegung gezwungen wird. Generell umfasst die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung oben genannte variable Turbinengeometrie mit einem Schaufellagerring, mehreren darin gelagerten Leitschaufeln sowie dem Verstellring zum Verstellen der Leitschaufeln. Zur radialen Führung des Verstellringes ist dabei zumindest ein Führungselement vorgesehen, welches erfindungsgemäß formschlüssig mit dem Verstellring zusammenwirkt, das heißt insbesondere in diesen eingreift bzw. mit diesem kämmt. Durch die formschlüssige Wirkungsverbindung zwischen dem Führungselement einerseits und dem Verstellring andererseits, können einerseits eine im Vergleich zu Gleitkontakten deutlich verringerte Reibung und andererseits insbesondere geringere und gleichmäßig über die Laufzeit verteilte Verstell kräfte zum Verstellen der variablen Turbinengeometrie erreicht werden. Durch die geringeren erforderlichen Verstellkräfte kann insbesondere auch ein kostengünstiger Aktuator verwendet werden. Durch den Formschluss wird das zumindest eine Führungselement bei einer Verdrehung des Verstellringes ebenfalls zu einer Verdrehung gezwungen und kann nicht wie bei bisher verwendeten Rollkontakten durch Verschleiß bzw. Verschmutzungen und verbunden damit einem Festsetzen der Rolle in einen Gleitkontakt übergehen. Durch die Verwendung moderner Fertigungsverfahren sowie kostengünstiger Einzelteile kann darüber hinaus die erfindungsgemäße Lagerung des Verstellringes äußerst kostengünstig realisiert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das wenigstens eine Führungselement als Zahnrad ausgebildet, welches mit einer am Verstellring angeordneten Zahnkontur kämmt. Ein mit einer Zahnkontur kämmendes Zahnrad stellt eine besonders einfache Ausführungsform des Führungselementes dar, welches einerseits kostengünstig zu fertigen ist und welches andererseits nahezu keine Änderungen bei der Fertigung im Vergleich zu bisher verarbeiteten Rollkontakten erfordert. Das als Zahnrad ausgebildete Führungselement kann dabei drehbar auf einem Stift gelagert sein, welcher seinerseits drehbar oder fest mit dem Schaufellagerring und/oder mit einem Lagergehäuse verbunden ist. Alternativ ist hierzu auch denkbar, dass das wenigstens eine Führungselement drehfest mit dem Stift verbunden ist, der seinerseits drehbar mit dem Schaufellagerring bzw. mit dem Lagergehäuse verbunden ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist auf wenigstens einer axialen Seite des wenigstens einen Führungselementes ein Scheibenelement vorgesehen. Ein derartiges Scheibenelement kann beispielsweise eine Axialführung für den Verstellring bilden, so dass mit dem bisher lediglich Radialkräfte ausgleichenden Führungselement nunmehr auch eine Axialfüh rung des Verstellringes möglich ist. Denkbar ist hierbei beispielsweise, dass mehrere Führungselemente vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung abwechselnd jeweils auf der einen bzw. der anderen axialen Seite das erfindungsgemäße Scheibenelement aufweisen. Dieses Scheibenelement kann insbesondere auch als Bund des eigentlichen Führungselementes ausgebildet und in diesem Fall einstückig mit diesem hergestellt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung,
2 eine Detaildarstellung eines formschlüssig mit einem Verstellring zusammenwirkenden Führungselement,
3 eine Schnittdarstellung durch ein Führungselement gemäß der 2,
4 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Führungselementes mit zwei an den axialen Seiten des Führungselementes angeordneten Scheibenelementen,
5 eine Schnittdarstellung durch ein Führungselement gemäß der 4,
6 eine Ansicht auf ein Führungselement, wobei ein Scheibenelement als ein Stück mit dem Führungselement hergestellter Bund ausgebildet ist,
7 eine Schnittdarstellung durch das Führungselement gemäß der 6,
8 eine Ansicht auf ein Führungselement gemäß den 6 und 7.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1, welche insbesondere in der Art eines Abgasturboladers ausgebildet ist, ein Turbinengehäuse 2 sowie ein sich daran anschließendes Lagergehäuse 3 auf. Im Lagergehäuse 3 ist eine Welle 4 gelagert, welche dem Turbinengehäuse 2 zugewandt ein Turbinenrad 5 trägt. Zur Anpassung der Leistung der Ladeeinrichtung 1, ist eine variable Turbinengeometrie vorgesehen, welche zumindest einen Schaufellagerring 6, mehrere darin gelagerte und nicht dargestellte Leitschaufeln sowie einen Verstellring 7 zum Verstellen der Leitschaufeln umfasst. Zur radialen Führung des Verstellrings 7 ist zumindest ein Führungselement 8, vorzugsweise drei Führungselemente 8, vorgesehen, wobei das zumindest eine Führungselement 8 formschlüssig mit dem Verstellring 7 zusammenwirkt (vgl. hierzu insbesondere die 2). Der Verstellring 7 ist in diesem Fall über eine Rolllagerung am Schaufellagerring 6 gelagert, wobei durch das formschlüssig Ineinandergreifen des Führungselementes 8 und des Verstellrings 7 eine Verdrehung des Führungselementes 8 beim Verdrehen des Stellrings 7 erzwungen wird und nicht wie bisher, beispielsweise durch Verschleiß oder Verschmutzung, in eine reine Gleitlagerung übergeht.
Vorzugsweise ist dabei das wenigstens eine Führungselement 8 als Zahnrad ausgebildet, welches mit einer am Verstellring 7 angeordneten Zahnkontur 9 kämmt, wie dies beispielsweise gemäß der 2 dargestellt ist. Eine drehbare Lagerung des wenigstens einen Führungselementes 8 erfolgt dabei im Schaufellagerring 6 und/oder an einem Stift 11, welcher im Schaufellagerring 6 gelagert ist. Dabei ist beispielsweise denkbar, dass das wenigstens eine Führungselement 8 drehbar mit dem Stift 11 verbunden ist, welcher seinerseits drehbar oder fest mit dem Schaufellagerring 6 und/oder mit dem Lagergehäuse 3 verbunden ist. Alternativ ist auch denkbar, dass das wenigstens eine Führungselement 8 drehfest mit dem Stift 11 verbunden ist, der seinerseits drehbar mit dem Schaufellagerring 6 und/oder mit dem Lagergehäuse 3 verbunden ist.
Gemäß den 1 und 4 bis 8 ist jeweils ein Führungselement 8 gezeigt, das auf wenigstens einer axialen Seite ein Scheibenelement 10 dreht. Gemäß den 1, 4 und 5 sind dabei jeweils zwei Scheibenelemente 10 jeweils axialseitig des Führungselementes 8 angeordnet, wobei diese Scheibenelemente 8 in der Art von Unterlegscheiben ausgebildet und separat zum eigentlichen Führungselement 8 hergestellt sind. Denkbar ist hierbei aber auch, dass das Scheibenelement 10 als Bund des Führungselementes 8, das heißt einstückig mit diesem, ausgebildet ist, wie dies beispielsweise gemäß den 7 und 8 dargestellt ist. Das Scheibenelement 10 oder der Bund können dabei eine Axialführung für den Verstellring 7 bilden, welcher zwischen den beiden Scheibenelementen 10 oder einem Scheibenelement 10 und dem Bund gelagert ist. Denkbar ist hierbei auch, dass der Stift 11 axial über das Führungselement 8 bzw. axial über das Scheibenelement 10 übersteht, wodurch dieser eine Art Anlauffläche mit geringer Größe beim axialen „Wandern” des Stiftes 11 im Betrieb bildet. Der Stift 11 kann somit im Betrieb der Ladeeinrichtung 1 gegen einen Grund des Schaufellagerrings 6 oder beim Wandern in die andere Richtung gegen eine Rückwand des Lagergehäuses 3 laufen (vgl. insbesondere 1).
Generell sind zumindest drei Führungselemente 8 vorgesehen, wobei auch Ausführungsformen mit vier Führungselementen 8 mit jeweiligem 90°-Winkel Abstand oder mit fünf Führungselementen 8, mit jeweiligem 72°-Winkelabstand oder mit insgesamt sechs Führungselementen 8 mit jeweiligem 60°-Winkelabstand vorgesehen sein können.
Mit der erfindungsgemäßen Lagerung, das heißt mit den erfindungsgemäßen Führungselementen 8, kann ein dauerhafter Rollkontakt zwischen diesen und dem Verstellring 7 gewährleistet werden, wodurch die Reibung reduziert und gleichzeitig geringere und gleichmäßige Verstellkräfte über die gesamte Betriebszeit erreicht werden können. Durch die geringeren Verstellkräfte zum Verstellen der Leitschaufeln kann auch ein kleinerer und kostengünstigerer Aktuator verwendet werden. Insgesamt kann mit den erfindungsgemäßen Führungselementen 8 die Dauerstandsfestigkeit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung erhöht werden. Selbstverständlich kann dabei die Erfindung nicht nur beschränkt auf eine variable Turbinengeometrie, sondern in gleicher Weise auch für eine variable Verdichtergeometrie eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7001142 B2 [0002]
- EP 1391585 A2 [0003]

Claims

Ladeeinrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie, umfassend einen Schaufellagerring (6), mehrere darin gelagerte Leitschaufeln sowie einen Verstellring (7) zum Verstellen der Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Führungselement (8) zur radialen Lagerung des Verstellrings (7) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine Führungselement (8) und der Verstellring (7) formschlüssig ineinander eingreifen.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement (8) als Zahnrad ausgebildet ist, welches mit einer am Verstellring (7) angeordneten Zahnkontur (9) kämmt.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement (8) im Schaufellagerring (6) und/oder in einem Lagergehäuse (3) drehbar gelagert ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass das wenigstens eine Führungselement (8) drehbar mit einem Stift (11) verbunden ist, der drehbar oder fest mit dem Schaufellagerring (6) und/oder mit dem Lagergehäuse (3) verbunden ist, oder – dass das wenigstens eine Führungselement (8) drehfest mit einem Stift (11) verbunden ist, der drehbar mit dem Schaufellagerring (6) und/oder mit dem Lagergehäuse (3) verbunden ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer axialen Seite des wenigstens einen Führungselements (8) ein Scheibenelement (10) vorgesehen ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (10) als Bund des Führungselementes (8), das heißt einstückig mit diesem, ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (10) oder der Bund eine Axialführung für den Verstellring (7) bilden.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Führungselemente (8) vorgesehen sind.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass vier Führungselemente (8) mit 90°-Winkelabstand vorgesehen sind, oder – dass fünf Führungselemente (8) mit 72°-Winkelabstand vorgesehen sind, oder – dass sechs Führungselemente (8) mit 60°-Winkelabstand vorgesehen sind.