DE102015100200A1

DE102015100200A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102015100200A1
Application number: DE102015100200.0A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schawer
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, umfassend einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (2), einen Lagerabschnitt sowie einen durchströmenden Luftführungsabschnitt (13), wobei der Abgasführungsabschnitt (2) mithilfe des Lagerabschnitts mit dem Luftführungsabschnitt (13) verbunden ist, und wobei im Abgasführungsabschnitt (2) ein Turbinenrad des Abgasturboladers (1) drehbar aufgenommen ist, und wobei das Turbinenrad mit einem Verdichterrad, welches im Luftführungsabschnitt (13) drehbar aufgenommen ist, mithilfe einer Laufzeugwelle, welche drehbar im Lagerabschnitt aufgenommen ist, drehfest verbunden ist, und wobei zur Umgehung des Turbinenrades im Abgasführungsabschnitt (2) ein Umgehungskanal (8) ausgebildet ist, welcher mithilfe einer Regelvorrichtung (7) zu öffnen oder zu schließen ist, und wobei die Regelvorrichtung (7) eine im Abgasführungsabschnitt (2) drehbar gelagerte Welle (16) aufweist.
Erfindungsgemäß weist die Welle (16) eine Schicht (23) zur Verschleißreduktion auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Aus der Veröffentlichungsschrift DE 11 2009 002 230 T5 geht ein Abgasturbolader mit einer Regelvorrichtung in einem Abgasführungsabschnitt hervor. 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. Die Regelvorrichtung umfasst eine Bewegungsvorrichtung mit einer eine Rotationsachse aufweisenden Welle und ein Abdeckelement, wobei die Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen ist. Das Abdeckelement dient einem Öffnen oder Schließen eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals mit Hilfe einer rotatorischen Bewegung des Abdeckelementes um eine Rotationsachse, wobei die Rotationsachse der Längsachse entspricht. Des Weiteren umfasst die Regelvorrichtung einen Hebelarm mit einer Längsachse, welcher als Verbindungselement zwischen der Welle und dem Abdeckelement ausgebildet ist. Mit einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere bei Betriebspunkten aufweisend große Strömungsmengen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers realisierbar ist. In einer einfachsten Ausführung ist das Abdeckelement beispielsweise in Form eines Tellers ausgebildet, wobei der Teller an einem Ende des Hebelarms mit Hilfe von Verbindungselementen fixiert ist, derart, dass der Teller dem Umgehungskanal zugewandt am Hebelarm ausgebildet ist. Problematisch ist grundsätzlich, dass die Welle, welche im Abgasführungsabschnitt drehbar gelagert ist, einen hohen Verschleiß aufweist.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verschleißreduzierten Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader umfasst einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen Lagerabschnitt sowie einen durchströmenden Frischluftführungsabschnitt, wobei der Abgasführungsabschnitt mithilfe des Lagerabschnitts mit dem Luftführungsabschnitt verbunden ist. Im Abgasführungsabschnitt ist ein Turbinenrad des Abgasturboladers drehbar aufgenommen. Das Turbinenrad ist mit einem Verdichterrad, welches im Luftführungsabschnitt drehbar aufgenommen ist, mithilfe einer Laufzeugwelle, welche drehbar im Lagerabschnitt aufgenommen ist, drehfest verbunden. Zur Umgehung des Turbinenrades ist im Abgasführungsabschnitt ein Umgehungskanal ausgebildet. Dieser Umgehungskanal ist mithilfe einer Regelvorrichtung zu öffnen oder zu schließen. Die Regelvorrichtung weist eine im Abgasführungsabschnitt drehbar gelagerte Welle auf, welche eine Schicht zur Verschleißreduktion aufweist.
Im Betrieb eines gemäß des Standes der Technik ausgebildeten Abgasturboladers weisen die Welle und eine der Welle gegenüberliegende, im Abgasführungsabschnitt ausgebildete Oberfläche mehr oder weniger starken Kontakt auf. Insbesondere sofern kein Schmiermittel zwischen der Welle und der Oberfläche vorliegt, ist ein Festkörperkontakt ausgebildet, wodurch ein adhäsiver und abrasiver Verschleiß herbeigeführt wird. Dies wiederum führt zu einer Reduzierung der Lebensdauer des Abgasturboladers.
Durch die Beschichtung der Welle zur Verschleißreduktion sind der abrasive und der adhäsive Verschleiß reduziert, so dass ein verschleißreduzierter Abgasturbolader mit einer erhöhten Lebensdauer realisiert ist.
Als besonders vorteilhaft zur Reduzierung des Verschleißes hat sich eine Hartchromschicht erwiesen.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die der Welle gegenüberliegend positionierte Oberfläche eine weitere Schicht zur Reduktion des Verschleißes auf, welche besonders bevorzugt eine Hartchromschicht ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schicht mittels eines CVD (chemische Gasabscheidung) – oder PVD (physikalische Gasabscheidung) – Verfahrens auf die Welle und/oder die Oberfläche aufgebracht, wobei die Schicht und/oder die weitere Schicht die Elemente Cr und/oder Ti und/oder Al und/oder N aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht einen Abgasturbolader gem. dem Stand der Technik, und
2 in einer perspektivischen Ansicht ein Abdeckelement eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter, gemäß 1 ausgebildeter Abgasturbolader 1 weist einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 2 auf. Dieser umfasst einen Eintrittskanal 4 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 2, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, einen Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 4 zur Konditionierung der Strömung und einen Austrittskanal 3 stromab des Spiralkanals 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 2 gezielt entweichen kann. Zwischen dem Spiralkanal 5 und dem Austrittskanal 3 ist eine Radkammer 6 ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.
Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens der Turbine 2 an die Fluidströmung ist im Abgasführungsabschnitt 2 eine Regelvorrichtung 7 zum Öffnen oder Schließen eines Umgehungskanals 8 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 2 zur Umgehung der Radkammer 6 im Abgasführungsabschnitt 2 vorgesehen. Der Umgehungskanal 8 weist eine Eintrittsöffnung 9 auf, wobei die Eintrittsöffnung 9 mit Hilfe der Regelvorrichtung 7 vollständig oder teilweise verschließbar ist bzw. vollständig oder teilweise geöffnet werden kann. Entsprechend einer Positionierung der Regelvorrichtung 7 ist es möglich, dass die Fluidströmung die Radkammer 6 und somit das in der Radkammer 6 drehbar aufgenommene Turbinenrad vollständig oder teilweise anströmt, bzw. vollständig oder nur teilweise an dem in der Radkammer 6 drehbar aufgenommenen Turbinenrad vorbei strömt.
Ein Abdeckelement 11 der Regelvorrichtung 7 ist in dem Umgehungskanal 8, und somit im Abgasführungsabschnitt 2, bewegbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 11 im Umgehungskanal 8 zum Öffnen oder Verschließen der Eintrittsöffnung 9 eine überwiegend rotatorische Bewegung ausführbar gelagert ist. Das heißt mit anderen Worten, das Abdeckelement 11 ist zur Einstellung eines effektiven Strömungsquerschnitts der Eintrittsöffnung 9 eine im Umgehungskanal 8 rotatorische Bewegung ausführbar positioniert.
Die Regelvorrichtung 7 weist zur rotatorischen Bewegung des Abdeckelements 11 eine Bewegungsvorrichtung 12 auf. Die Bewegungsvorrichtung 12 umfasst neben einer Druckmessvorrichtung 10 zur Messung eines Ladedruckes eines Luftführungsabschnitts 13 eine Regelstange 14, ein Verbindungselement 15, eine Welle 16 mit einer Rotationsachse 17 sowie einen Hebelarm 18, an welchem das Abdeckelement 11 fixiert ist.
Die erforderliche Bewegung des Abdeckelements 11 ist mit Hilfe der Regelstange 14, welche einenends mit der Druckmessvorrichtung 10 verbunden ist, auf das Verbindungselement 15, welches anderenends mit der Regelstange 14 verbunden ist, übertragbar. Aufgrund einer Verbindung des Verbindungselements 15 mit der Regelstange 14 und mit der Welle 16 wird die auf das Verbindungselement 15 übertragene Bewegung auf die Welle 16 weitergeleitet, welche an ihrem ersten Ende 19 mit dem Verbindungselement 15 verbunden ist. Die Welle 16 ist rotierbar im Abgasführungsabschnitt 2 in einer Durchgangsöffnung 25 mit Hilfe einer Buchse 20 gelagert, sodass die üblicherweise translatorische Bewegung der Regelstange 14 mit Hilfe der Welle 16 in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird.
An einem zweiten Ende 21 der Welle 16 ist der Hebelarm 18 ausgebildet, welcher der Aufnahme des Abdeckelementes 11 dient. Über den Hebelarm 18 mit einer Längsachse 22, welcher fest mit der Welle 16 verbunden ist, wird die rotatorische Bewegung der Welle auf das Abdeckelement 11 übertragen, so dass der Hebelarm 18 als Verbindungselement zwischen dem Abdeckelement 11 und der Welle 16 ausgebildet ist.
Der Welle 16 gegenüberliegend ist im Abgasführungsabschnitt 2 eine Oberfläche 24 ausgebildet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Innenoberfläche der Buchse 20 entspricht. Ebenso könnte der Abgasführungsabschnitt 2 eine Durchgangsöffnung aufweisen, in die keine Buchse 20 eingebracht ist. In einem solchen Fall würde die Oberfläche 24 der Oberfläche der Durchgangsöffnung 25 entsprechen.
Die Bewegungsvorrichtung 12 des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 ist gemäß 2 ausgebildet. Die Welle 16 weist eine Schicht 23 aus Hartchrom auf, welche mit einem galvanischen Verfahren ausgebildet wurde.
Eine Oberfläche der Hartchromschicht 23 ist perlen- oder säulenstrukturartig ausgebildet, wobei die Oberfläche durch galvanisch aufgebrachtes Schwarzchrom aufgefüllt und geglättet wird.
Auch könnte die Welle 16 eine mittels eines CVD- oder PVD-Verfahrens aufgebrachte Schicht bestehend aus Cr und/oder Ti und/oder Al und/oder N aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 112009002230 T5 [0002]

Claims

Abgasturbolader, umfassend einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (2), einen Lagerabschnitt sowie einen durchströmenden Luftführungsabschnitt (13), wobei der Abgasführungsabschnitt (2) mithilfe des Lagerabschnitts mit dem Luftführungsabschnitt (13) verbunden ist, und wobei im Abgasführungsabschnitt (2) ein Turbinenrad des Abgasturboladers (1) drehbar aufgenommen ist, und wobei das Turbinenrad mit einem Verdichterrad, welches im Luftführungsabschnitt (13) drehbar aufgenommen ist, mithilfe einer Laufzeugwelle, welche drehbar im Lagerabschnitt aufgenommen ist, drehfest verbunden ist, und wobei zur Umgehung des Turbinenrades im Abgasführungsabschnitt (2) ein Umgehungskanal (8) ausgebildet ist, welcher mithilfe einer Regelvorrichtung (7) zu öffnen oder zu schließen ist, und wobei die Regelvorrichtung (7) eine im Abgasführungsabschnitt (2) drehbar gelagerte Welle (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (16) eine Schicht (23) zur Verschleißreduktion aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (23) eine Hartchromschicht ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Welle (16) gegenüberliegend positionierte Oberfläche (24) eine weitere Schicht aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht eine Hartchromschicht ist.