DE102009032452A1

DE102009032452A1 - loader

Info

Publication number: DE102009032452A1
Application number: DE200910032452
Authority: DE
Inventors: Max Fiedler
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mti einer variablen Turinengeometrie (1), umfassend mehrere drehbar gelagerte Leitschaufeln (2) sowie einen Verstellring (3) zum Verstellen derselben. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Verstellring (3) als translatorisch gelagerter Verstellschieber ausgebildet und zum Verstellen der Leitschaufeln (2) orthogonal zur Achse (5) der Ladeeinrichtung verschiebbar ist.The invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a variable turbine geometry (1), comprising a plurality of rotatably mounted guide vanes (2) and an adjusting ring (3) for adjusting the same. It is essential to the invention that the adjusting ring (3) is designed as a translationally mounted adjusting slide and can be displaced orthogonally to the axis (5) of the loading device for adjusting the guide vanes (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a Variable turbine geometry according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 1 391 585 A2 ist eine 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.From the EP 1 391 585 A2 a generic charging device with a variable turbine geometry is known, in which at least one adjusting lever of a guide vane is designed such that it has on the free, cooperating with the adjusting end of a survey, which protrudes through a hole in the adjusting ring. At the survey while a guide member is fixed, which is arranged and formed on a relative to the adjusting lever opposite side of the adjusting ring such that the adjusting ring between the guide member and the lever arm of the adjusting lever is axially guided.

Aus der EP 1 520 959 A1 ist eine weitere gattungsgemäße Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinengeometrie bekannt, bei welcher ebenfalls ein verdrehbarer Verstellring für ein Verstellen der einzelnen Leitschaufeln der variablen Turbinengeometrie sorgt.From the EP 1 520 959 A1 another generic charging device with a variable turbine geometry is known in which also provides a rotatable adjusting ring for adjusting the individual vanes of the variable turbine geometry.

Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist, dass der Verstellring üblicherweise gleitend und/oder rollengelagert ist und in den einzelnen Lagerstellen des Verstellrings, bedingt durch die großen Reibradien der Lagerstellen des Verstellrings und durch die Richtung der eingeleiteten Betätigungskraft hohe Reibungskräfte entstehen, die zu einer erschwerten Betätigung im Betriebszustand und/oder zu einem Verklemmen führen können.adversely in the known art, that the adjusting ring usually sliding and / or roller bearing and in the individual storage locations of the adjusting ring, due to the large friction radii the bearing points of the adjusting ring and by the direction of the introduced Operating force high frictional forces arise to a difficult operation in the operating state and / or can lead to jamming.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine leicht gängige variable Turbinengeometrie auszeichnet.The The present invention therefore deals with the problem of for a charging device of the generic type Art, an improved or at least another embodiment indicate, which in particular by a easily common variable turbine geometry distinguishes.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the subject of independent claim 1. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Verstellring zum Verstellen von Leitschaufeln einer variablen Turbinengeometrie nicht mehr drehbar zu lagern, sondern vielmehr als translatorisch gelagerten Verstellschieber auszubilden, so dass dieser zum Verstellen der Leitschaufeln nicht mehr verdreht, sondern verschoben wird. Hierdurch kann eine ursprünglich komplexe Drehbewegung in eine einfach translatorische Verstellbewegung überführt werden, wodurch einerseits eine Vereinfachung des Lagerkonzepts und andererseits eine deutliche Reibungsreduzierung des Verstellsystems (Entfall von Reibradien) erreicht werden kann. Mit dem erfindungsgemäß als translatorisch gelagerten Verstellschieber ausgebildeten Verstellring kann somit eine besonders leichtgängige und leicht verstellbare variable Turbinengeometrie geschaffen werden, die zur Betätigung deutlich geringere Verstellkräfte erfordert und die insbesondere deutlich weniger zum Verklemmen neigt. Mit der der erfindungsgemäß ausgebildeten variablen Turbinengeometrie, wird somit erstmalig ein bisher häufig störanfälliger, verdrehbarer Verstellring nunmehr durch einen translatorisch verstellbaren Verstellschieber ersetzt und damit ein völlig neuartiger und gleichzeitig überraschend unkomplizierter Verstellmechanismus zum Verstellen der einzelnen Leitschaufeln der variablen Turbinengeometrie realisiert. Selbstverständlich ist dabei der erfindungsgemäß ausgebildete Verstellring problemlos auch auf eine variable Verdichtergeometrie übertragbar.The The present invention is based on the general idea, a Adjusting ring for adjusting vanes of a variable turbine geometry no longer rotatable to store, but rather as translational form mounted adjusting slide, so that this to adjust the vanes are no longer twisted, but shifted. This can be an originally complex rotary motion converted into a simple translational adjustment on the one hand simplify the storage concept and on the other hand, a significant reduction in friction of the adjustment (Elimination of friction radii) can be achieved. With the invention as translationally mounted adjusting slide trained adjusting ring thus a particularly smooth and easily adjustable variable turbine geometry can be created, which is used for actuation requires significantly lower adjustment forces and in particular significantly less prone to jamming. With the inventively designed variable turbine geometry, is thus for the first time a so far common trouble-prone, rotatable adjusting ring now replaced by a translationally adjustable adjusting slide and thus a completely new and at the same time surprising uncomplicated adjusting mechanism for adjusting the individual Guiding vanes of the variable turbine geometry realized. Of course is the inventively designed adjusting ring easily transferable to a variable compressor geometry.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist zumindest eine Lagerstelle des erfindungsgemäß ausgebildeten Verstellrings an einer nicht mit Heißgas beaufschlagten Stelle angeordnet. Dies bietet den großen Vorteil, Lagerstellen für den erfindungsgemäß ausgebildeten Verstellring auch entfernt von einer Rotorwelle der Ladeeinrichtung einbauen zu können und damit die Lagerstellen für den erfindungsgemäßen Verstellring in kühlen Bereichen zu positionieren, was einen Verschleiß reduziert und damit die Lebensdauer erhöht.at an advantageous embodiment of the invention Solution is at least one bearing point of the invention formed Adjustment ring on a non-hot gas acted upon Place arranged. This offers the great advantage of bearing points for the inventively designed Adjustment ring also removed from a rotor shaft of the charger to be able to install and thus the bearings for the adjusting ring according to the invention in cool To position areas, which reduces wear and thus increases the service life.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

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.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,there show, in each case schematically,

1 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Stellring einer im Übrigen nicht gezeigten variablen Turbinengeometrie einer Ladeeinrichtung, 1 a view of an inventively designed collar of a not otherwise shown variable turbine geometry of a charging device,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform, 2 a representation like in 1 but in another embodiment,

3 unterschiedliche Anbindungen eines Verstellhebels einer Leitschaufel an einem erfindungsgemäßen Verstellring, 3 different connections of an adjusting lever of a guide vane on an adjusting ring according to the invention,

4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei weiteren Ausführungsformen, 4 a representation like in 3 but in other embodiments,

5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstellrings mit Wabenform, 5 a further embodiment of an adjusting ring according to the invention with honeycomb shape,

6 ein federbeaufschlagter erfindungsgemäßer Verstellring. 6 a spring-loaded adjusting ring according to the invention.

Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße variable Turbinengeometrie 1, welche selbstverständlich auch als variable Verdichtergeometrie ausgebildet sein kann, mehrere drehbar gelagerte Leitschaufeln 2 sowie einen Verstellring 3 zum Verstellen der Leitschaufeln 2 auf. Die Leitschaufeln 2 sind dabei üblicherweise über einen Schaufellagerzapfen 4 (vgl. die 3 und 4) in einem nicht gezeigten Schaufellagerring drehbar gelagert. Erfindungsgemäß ist nun der Verstellring 3 nicht drehbar um eine Achse 5 der variablen Turbinengeometrie 1 gelagert, sondern als translatorisch gelagerter Verstellschieber ausgebildet und zum Verstellen der einzelnen Leitschaufeln 2 orthogonal zur Achse 5 der Ladeeinrichtung verschiebbar, was gemäß den 1 und 2 mit den Pfeilen 6 angedeutet ist. Durch die erfindungsgemäße translatorische Verstellbarkeit des Verstellrings 3 neigt dieser deutlich weniger zu einem Verklemmen und benötigt zudem zum Verstellen der Leitschaufeln 2 deutlich geringere Stellkräfte, als dies bei einem herkömmlichen, verdrehbaren Verstellring der Fall ist. Gleichzeitig ist es möglich, den erfindungsgemäßen Verstellring 3 an Stellen zu lagern, welche bisher für eine Lagerung desselben nicht zugänglich waren. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße variable Turbinengeometrie eine Lagerung des Verstellrings 3 abseits der Achse 5 der Ladeeinrichtung und damit insbesondere in nicht mit Heißgas beaufschlagten Bereichen der Ladeeinrichtung. Gemäß der 1 ist dabei der Verstellring 3 translatorisch sowohl an zwei Verstellarmen 7 und 7' als auch im Bereich des reißartigen Verstellrings 3 selbst gelagert. Eine Lagerung des Verstellrings 3 kann dabei insbesondere als Gleitlagerung, als Rollenlagerung, bspw. als Wälzlager, oder als hydrostatisches Lager ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch eine Lagerung entlang planer Flächen, bspw. im Bereich eines Lagergehäuses, denkbar.According to the 1 and 2 , Has a variable turbine geometry according to the invention 1 which can of course also be designed as a variable compressor geometry, a plurality of rotatably mounted guide vanes 2 and an adjusting ring 3 for adjusting the guide vanes 2 on. The vanes 2 are usually about a shovel journal 4 (see the 3 and 4 ) rotatably mounted in a blade bearing ring, not shown. According to the invention, the adjusting ring is now 3 not rotatable about an axis 5 the variable turbine geometry 1 stored, but designed as a translationally mounted adjusting slide and adjusting the individual vanes 2 orthogonal to the axis 5 the charging device displaced, which according to the 1 and 2 with the arrows 6 is indicated. By the inventive translational adjustability of the adjusting ring 3 this is much less likely to jam and also requires adjustment of the vanes 2 significantly lower actuating forces than is the case with a conventional, rotatable adjusting ring. At the same time it is possible, the adjusting ring according to the invention 3 to store in places that were previously not accessible for storage of the same. In particular, the variable turbine geometry according to the invention makes it possible to mount the adjusting ring 3 off the axis 5 the charging device and thus in particular not acted upon by hot gas areas of the charging device. According to the 1 is the adjusting ring 3 translatory both on two Verstellarmen 7 and 7 ' as well as in the area of the tear-like adjusting ring 3 self-stored. A storage of the adjusting ring 3 can be designed in particular as a sliding bearing, as a roller bearing, for example. As a rolling bearing, or as a hydrostatic bearing. Of course, a storage along flat surfaces, for example. In the range of a bearing housing, conceivable.

Wie der 1 zu entnehmen ist, ist der dort gezeigte Verstellring 3 in seinem mit den Leitschaufeln 2 in Kontakt tretenden Bereich geschlossen ausgebildet, wogegen der gemäß der 2 dargestellte Verstellring 3 eine gewisse Verästelung aufweist. Der Unterschied der beiden gemäß den 1 und 2 gezeigten Verstellringe 3 liegt insbesondere in der Wirkungsverbindung des jeweiligen Verstellrings 3 mit den zugehörigen Leitschaufeln 2. Gemäß der 1 sind dabei die einzelnen Leitschaufeln 2 mit einem Verstellhebel 8 drehfest verbunden, welcher in eine jeweils zugehörige Radialnut 9 am Verstellring 3 eingreift. Diese Radialnuten 9 sind dabei teilweise an einem Außenumfang des Verstellrings 3 und teilweise an einem Innenumfang desselben angeordnet. Demgegenüber besteht eine Wirkungsverbindung zwischen den Leitschaufeln 2 und dem Verstellring 3 gemäß der 2 aus miteinander kämmenden Zahnkonturen 10, 11, wobei eine derartige Zahnkontur 11 einerseits am Verstellring 3 angeordnet ist und andererseits im Bereich der Leitschaufel 2 als Zahnrad 10 vorgesehen ist. Durch die mit dem Zahnrad 10 kämmende Zahnkontur 11 am Verstellring 3 kann eine besonders exakte Verstellbewegung realisiert werden.Again 1 it can be seen, is the adjusting ring shown there 3 in his with the vanes 2 formed in contact area formed closed, whereas the according to the 2 illustrated adjusting ring 3 has a certain branching. The difference between the two according to the 1 and 2 shown adjusting rings 3 lies in particular in the effect connection of the respective adjusting ring 3 with the associated vanes 2 , According to the 1 are the individual vanes 2 with an adjusting lever 8th rotatably connected, which in a respective associated radial groove 9 on the adjusting ring 3 intervenes. These radial grooves 9 are partially on an outer circumference of the adjusting ring 3 and partially disposed on an inner periphery thereof. In contrast, there is an effective connection between the vanes 2 and the adjusting ring 3 according to the 2 from intermeshing tooth contours 10 . 11 , wherein such a tooth contour 11 on the one hand on the adjusting ring 3 is arranged and on the other hand in the area of the vane 2 as a gear 10 is provided. By the with the gear 10 meshing tooth contour 11 on the adjusting ring 3 a particularly accurate adjustment can be realized.

Eine Wirkungsverbindung zwischen dem jeweiligen Verstellhebel 8 der Leitschaufel 2, welcher drehfest mit dem Schaufellagerzapfen 4 der Leitschaufel 2 verbunden ist, über entsprechende Radialnuten 9 ist auch in den Darstellungen gemäß den 3 und 4 gezeigt. Dabei kann entweder der gesamte Verstellhebel 8 in die Radialnut 9 am Verstellring 3 eingreifen oder aber am Verstellhebel 8 ein entsprechender Zapfen 12 vorgesehen sein, mit welchem der Verstellhebel 8 in die Radialnut 9 am Verstellring 3 eingreift.An effective connection between the respective adjusting lever 8th the vane 2 , which rotatably with the scoop journal 4 the vane 2 is connected, via corresponding radial grooves 9 is also in the representations according to the 3 and 4 shown. It can either the entire lever 8th in the radial groove 9 on the adjusting ring 3 intervene or on the lever 8th a corresponding pin 12 be provided, with which the adjusting lever 8th in the radial groove 9 on the adjusting ring 3 intervenes.

Gemäß der 5, kann der erfindungsgemäße Verstellring 3 auch eine wabenartige Form aufweisen, ebenso wie die gemäß der 6 dargestellte Form. In der 6 ist zusätzlich eine Federeinrichtung 13 vorgesehen, welche den Verstellring 3 in eine Ausgangslage vorspannt gegen deren Federkraft eine entsprechende Verstelleinrichtung arbeiten muss. In allen dargestellten Ausführungsformen sind dabei die gezeigten Lager 14 als Rollenlager ausgebildet, wobei jedoch bereits eingangs erwähnt wurde, dass diese ebenso gut als hydrostatische oder als Gleitlager ausgebildet sein können.According to the 5 , The adjusting ring according to the invention 3 also have a honeycomb shape, as well as those according to the 6 illustrated form. In the 6 is additionally a spring device 13 provided, which the adjusting ring 3 in a starting position biases against the spring force a corresponding adjustment must work. In all the illustrated embodiments are shown bearings 14 designed as a roller bearing, although it has already been mentioned at the outset that they can be just as well designed as a hydrostatic or sliding bearings.

Gemäß der 3 ist darüber hinaus eine variable Turbinengeometrie 1 gezeigt, bei welcher der Verstellhebel 8 über den Zapfen 12 der Radialnut 9 des Verstellrings 3 gelagert ist, wobei der Zapfen 12 bei benachbarten Leitschaufeln 2 aus unterschiedlicher Axialrichtung in die jeweils zugehörige Radialnut 9 am Verstellring 3 eingreift. Hierdurch kann der Verstellring 3 zwischen zwei Axialebenen aus Verstellhebeln 8 gelagert werden, wodurch eine insgesamt kompaktere Bauweise erzielt werden kann, ohne dabei die Verstellhebel 8 kürzen zu müssen. Selbstverständlich kann der Verstellring 3 zusätzlich axial gesichert werden.According to the 3 is also a variable turbine geometry 1 shown, in which the adjusting lever 8th over the cone 12 the radial groove 9 the adjusting ring 3 is stored, wherein the pin 12 at adjacent vanes 2 from different axial direction in the respective associated radial groove 9 on the adjusting ring 3 intervenes. As a result, the adjusting ring 3 between two axial planes of adjusting levers 8th be stored, creating a more compact overall design can be achieved without the adjustment lever 8th having to cut back. Of course, the adjusting ring 3 additionally secured axially.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1391585 A2 [0002]
EP 1520959 A1 [0003]

Claims

Charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a variable turbine geometry ( 1 ) comprising a plurality of rotatably mounted guide vanes ( 2 ) and an adjusting ring ( 3 ) for adjusting the same, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) designed as a translationally mounted adjusting slide and for adjusting the guide vanes ( 2 ) orthogonal to the axis ( 5 ) of the charging device is displaceable.

Charging device according to claim 1, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) is sliding or roller bearing.

Charging device according to claim 2, characterized in that the roller bearing ( 14 ) is designed as a rolling bearing.

Charging device according to claim 1, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) is stored hydrostatically.

Charging device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one bearing point ( 14 ) of the adjusting ring ( 3 ) is arranged at a non-hot gas acted place.

Charging device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) is ramified.

Charging device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) Radial grooves ( 9 ) into which the guide vanes ( 2 ) each with an adjusting lever ( 8th ) intervene.

Charging device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting ring ( 3 ) Tooth contours ( 11 ), which with at the individual vanes ( 2 ) arranged gears ( 10 ) comb.

Charging device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a spring device ( 13 ) is provided, which the adjusting ring ( 3 ) in a starting position.