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Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß zwischen zwei Reibpartnern des Turboladers, z.B. zwischen einem Hebelelement und einer mit dem Hebelelement drehbar verbundenen Welle oder einer Verstellwelle und ihrem Gehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Schwingungsreibverschleiß.
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Aus der
DE 2 338 577 A ist eine Vorrichtung zur Vermeidung von Reibrost bekannt. Diese Vorrichtung weist zwei Reibpartner, eine Gleitelementeinrichtung und eine Federelementeinrichtung auf, wobei die Gleitelementeinrichtung über die Federelementeinrichtung einen Reibpartner in Richtung des anderen Reibpartners drückt und wobei die Federelementeinrichtung ein Gegenlager für die Gleitelementeinrichtung bildet. Bei einem der Reibpartner handelt es sich um eine Welle und bei anderen Reibpartner um ein auf die Welle gepresstes Teil, beispielsweise die Nockenbahn eines Zündverteilers.
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Aus
JP 2001 027 124 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine spielfreie Kopplung zwischen einem Stellhebel und einem Stift des Verstellrings einer Variablen Turbinengeometrie (VTG) gewährleistet wird. Dabei wird ein elastisches Element zwischen dem Stift und dem Stellhebel angeordnet, das den Stift unter Vorspannung am Stellhebel zur Anlage bringt.
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Turbolader weisen im Allgemeinen eine Turbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Auf der Welle sind dabei normalerweise ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet. Das Turbinenrad der Turbine wird durch den Abgasstrom eines angeschlossenen Motors angetrieben und treibt hierbei wiederum das Verdichterrad des Verdichters an. Hierdurch erhöht der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies hat zur Folge, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann.
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Dabei wird bei Turboladern häufig z.B. ein sog. Bypass vorgesehen, mit welchem ein Abgasstrom oder ein Teil des Abgasstroms in bestimmten Betriebszuständen an der Turbine des Turboladers vorbeigeführt wird. Zum Betätigen bzw. Schwenken einer Bypassklappe des Bypass ist dabei normalerweise eine Verstellwelle vorgesehen, welche mit der Bypassklappe gekoppelt ist und die Bypassklappe entsprechend dreht. Dabei kommt es mit der Zeit zu einem Reibverschleiß zwischen der Verstellwelle und ihrer Lagerung im Turboladergehäuse bzw. in einer eingepressten Buchse im Turboladergehäuse. Dieser Reibverschleiß kann im Weiteren Verlauf in einen Schwingungsreibverschleiß übergehen. Dies liegt daran, dass mit einer zunehmenden Spaltbreite zwischen den Reibpartnern, d.h. hier der Verstellwelle und dem Gehäuse, der Schwingungsreibverschleiß drastisch zunimmt, da die beiden Teile aufgrund eines entsprechend großen Spalts aufeinander hämmern können bzw. die Verstellwelle gegen das Gehäuse schlagen kann.
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Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung, insbesondere einen Turbolader, bereitzustellen, bei welcher eine Beschädigung von Bauteilen in Folge von Schwingungsreibverschleiß entgegengewirkt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß wird erfindungsgemäß eine Einrichtung, insbesondere ein Turbolader, bereitgestellt, welche zwei Reibpartner, eine Gleitelementeinrichtung und eine Federelementeinrichtung aufweist, wobei die Gleitelementeinrichtung über die Federelementeinrichtung einen Reibpartner in Richtung des anderen Reibpartners drückt oder bewegt und wobei die Federelementeinrichtung ein Gegenlager für die Gleitelementeinrichtung bildet. Der eine Reibpartner ist im anderen Reibpartner drehbar aufgenommen, so dass die Gleitelementeinrichtung und die Federelementeinrichtung Bestandteile einer Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß sind und die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß einen Spalt zwischen den beiden Reibpartnern so einstellt, dass ein Schwingungsreibverschleiß zwischen den sich relativ zueinander drehenden Reibpartnern zumindest reduziert oder verhindert wird. Die Gleitelementeinrichtung weist dabei wenigstens ein Gleitelement auf, bei dem es sich um einen Gleitstein handelt.
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Die Einrichtung bzw. der Turbolader hat dabei den Vorteil, dass ein Spalt zwischen zwei Reibpartnern während der Lebensdauer oder im Betrieb des Turboladers geeignet eingestellt werden kann, so dass ein Hämmern der Reibpartner aufeinander verhindert werden kann. Dabei kann zwar ein Reibverschleiß auftreten, wenn der Spalt Null wird bzw. die beiden Reibpartner an einer Stelle aneinander aufliegen. Der Verschleiß in Folge von Reibverschleiß ist aber wesentlich weniger gravierend wie ein Schwingungsreibverschleiß. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Federelementeinrichtung gleichzeitig ein Gegenlager für die Gleitelementeinrichtung bildet und daher die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß besonders kostengünstig in der Herstellung und leicht zu montieren ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Verstellhebelvorrichtung und einer Drehteilvorrichtung, wobei eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist;
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Verstellhebelvorrichtung und einer Drehteilvorrichtung, wobei eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist;
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Teils des Turboladers, welcher eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß aufweist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 eine schematische Schnittansicht eines Teils des Turboladers, welcher eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß aufweist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Verstellhebelvorrichtung 28 und einer Drehteilvorrichtung oder Verstellwelle 26 gezeigt, wie sie beispielsweise bei einem Turbolader eingesetzt werden kann zum Betätigen einer Bypassklappe, wobei eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
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Wie zuvor beschrieben, kommt es bei den Verstellteilen, beispielsweise bei Führungsteilen für die Wastegate-Verstellung bei Turboladern, zu Reibverschleiß, der im weiteren Verlauf in Schwingungsreibverschleiß übergeht. Mit zunehmender Spaltbreite zwischen den Reibpartnern nimmt der Schwingungsreibverschleiß drastisch zu, da die beiden Teile jetzt aufeinander hämmern können. Die Schwingungen und die Gasdruckstöße im Abgasstrom lassen sich nicht vermeiden, da der Turbolader am Motor befestigt wird und auch im Abgasstrom des Verbrennungsmotors liegt. Gerade bei 3-Zylindermotoren die eine geringere Laufruhe aufweisen treten größere Probleme auf.
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Gemäß der Erfindung wird nun eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 bereitgestellt, die einem Verschleiß zwischen zwei Reibpartnern 26, 28, hier einer Verstellhebelvorrichtung als zweitem Reibpartner und einem damit verbundenen Drehteil 26 bzw. Verstellwelle als erstem Reibpartner entgegenwirkt. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 eine Gleitelementeinrichtung 16 auf, welche wenigstens ein Gleitelement 18 aufweist oder, wie in 1 dargestellt, beispielsweise wenigstens zwei Gleitelemente 18. Die Gleitelemente 18 sind in diesem Fall zwei Gleitsteine aus Keramik, die z.B. auf gegenüberliegenden Seiten eines Reibpartners 26, hier des ersten Reibpartners bzw. Drehteils 26, angeordnet sind. Die Gleitelemente 18 müssen aber nicht notwendigerweise gegenüberliegend angeordnet werden, d.h. in einem 180° Winkel zueinander, sondern können in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet werden. Des Weiteren können mehr als zwei Gleitelemente 18 oder auch nur ein Gleitelement 18 vorgesehen werden, wie in dem Ausführungsbeispiel in folgender 2 gezeigt ist.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform drückt die Federelementeinrichtung 20 beide Gleitelemente 18 auf die sich, innerhalb der Öffnung 21 in der Verstellhebelvorrichtung 28, hin und her drehende Drehteilvorrichtung 26, so dass der durch Verschleiß entstehende Spalt S zwischen der Verstellhebelvorrichtung 28 und der Drehteilvorrichtung 26 automatisch kompensiert werden kann. Dadurch kann dem Auftreten eines Schwingungsreibverschleiß entgegengewirkt und die Funktionsfähigkeit der Verstellhebelvorrichtung 28 und der Drehteilvorrichtung 26 erhalten werden kann. Es tritt außerdem keine Kantenpressung und eine damit verbundene hohe Flächenpressung auf, die den Verschleiß verstärkt. Durch das Anpressen der Gleitelemente 18 ähnlich einer Backenbremse z.B. an dem Drehteil in 1, kann außerdem das System der beiden Reibpartner 26, 28 und der Gleitelementeinrichtung 16 zusätzlich gedämpft werden. Grundsätzlich können die Gleitelemente 18 flächig, linienförmig oder punktförmig an dem zugeordneten Reibpartner anliegen oder an diesen angedrückt werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist der zweite Reibpartner 28, hier die Verstellhebelvorrichtung 28 eine Öffnung 21 oder Bohrung auf, in welcher der erste Reibpartner 26, hier die Drehteilvorrichtung 26, beweglich, hier beispielsweise drehbar, angeordnet ist. Des Weiteren ist in dem ersten Reibpartner 26 eine weitere Öffnung 23 oder Bohrung vorgesehen, welche die erste Öffnung 21 kreuzt bzw. schneidet und in welcher die beiden Gleitelemente 18 der Gleitelementeinrichtung 20 beispielsweise auf gegenüberliegende Seiten des ersten Reibpartners 26 bzw. der Drehteilvorrichtung 26 angeordnet sind. Auf der Außenseite der Verstellhebelvorrichtung 28 ist die Federelementeinrichtung 20, z.B. in Form wenigstens einer Feder oder federnden Klammer 25, angeordnet. Die Klammer 25 ist dabei beispielsweise U-förmig ausgebildet und weist einen Mittenabschnitt 27 auf, der an jeder Seite mit einem Seitenarm 29 verbunden ist. Der Mittenabschnitt 27 der Klammer 25 kann wahlweisezusätzlich mit wenigstens einem Vorsprung und/oder einer Vertiefung 31 versehen sein zum Einrasten in einer entsprechenden Aufnahme 33 an dem Reibpartner, hier der Verstellhebelvorrichtung 28. Des Weiteren ist jeder der federnden Seitenarme 29 der Klammer 25 mit einem zugeordneten Gleitelement 18 in Eingriff oder koppelbar und drückt dieses gegen den zugeordneten Reibpartner, hier die Drehteilvorrichtung 26, um den Spalt S zwischen den beiden Reibpartnern 26, 28 geeignet einzustellen, um einem Schwingungsreibverschleiß entgegenzuwirken.
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Wie in 1 gezeigt ist, kann die Drehteilvorrichtung 26 an einer oder beiden gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ausgebildet sein. Die Breite B der Drehteilvorrichtung 26 ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Drehteilvorrichtung 26 ausreichend breit ist, so dass zumindest eine ihrer beiden Verbindungsflächen oder Verbindungsabschnitte 35 mit der Gleitelementeinrichtung 16 bzw. dem zugeordneten Gleitelement 18 nicht außer Eingriff kommt, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Durch das seitliche Abflachen der Drehteilvorrichtung 26 kann ein Verklemmen der Gleitelemente 18 bei Verschleiß besonders wirksam verhindert werden, da sich die Gleitelemente 18 nicht eingraben können. Des Weiteren bewegt sich die jeweilige Kante des Gleitelements 18, wie in 1 mit Pfeilen angedeutet ist, über die jeweilige Kante der Öffnung 21 der Verstellhebelvorrichtung 28.
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Statt abgeflacht, wie in 1 gezeigt ist, kann die Drehteilvorrichtung 26 aber ebenso beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt bzw. zylindrisch ausgebildet sein, wie in nachfolgender 2 gezeigt ist. Die Federelementeinrichtung 20 bildet außerdem gleichzeitig das Gegenlager für die Gleitelementeinrichtung 16 bzw. deren beide Gleitelemente 18. Dadurch weist die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 nur die Gleitelementeinrichtung 16 und die Federelementeinrichtung 20 auf, so dass sie besonders kostengünstig hergestellt werden kann und nur wenige Teile zu montieren sind.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 dargestellt, wobei die Vorrichtung 12 dabei eine Gleitelementeinrichtung 16 mit beispielsweise nur einem Gleitelement 18 aufweist. Des Weiteren weist das in 2 gezeigte Gleitelement 18 einen kreisförmigen Durchmesser auf oder einen zylindrischen Abschnitt. Des Weiteren weist der zweite Reibpartner 28, hier die Verstellhebelvorrichtung 28 eine Öffnung 21 oder Bohrung auf, in welcher der erste Reibpartner 26, hier die Drehteilvorrichtung 26, beweglich, hier beispielsweise drehbar, angeordnet ist. Dabei ist in dem ersten Reibpartner 26 ebenfalls eine weitere Öffnung 23 oder Bohrung vorgesehen, welche die erste Öffnung 21 kreuzt bzw. schneidet und in welcher das Gleitelement 18 der Gleitelementeinrichtung 16 verschieblich bzw. beweglich angeordnet ist. Auf der Außenseite der Verstellhebelvorrichtung 28 ist die Federelementeinrichtung 20, z.B. in Form wenigstens einer Feder oder federnden Klammer 25, angeordnet. Die Klammer 25 ist dabei, wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben, beispielsweise U-förmig ausgebildet und weist einen Mittenabschnitt 27 auf, der an jeder Seite mit einem Seitenarm 29 verbunden ist. Der Mittenabschnitt 27 der Klammer 25 kann wahlweise zusätzlich mit wenigstens einem Vorsprung und/oder einer Vertiefung 31 versehen sein zum Einrasten in einer entsprechenden Aufnahme 33 an dem Reibpartner, hier der Verstellhebelvorrichtung 28. Einer der federnden Seitenarme 29 der Klammer 25 ist mit dem Gleitelement 18 in Eingriff oder gekoppelt und drückt dieses gegen den zugeordneten Reibpartner, hier die Drehteilvorrichtung 26, um den Spalt S zwischen den beiden Reibpartnern 26, 28 geeignet einzustellen, um einem Schwingungsreibverschleiß entgegenzuwirken.
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Die Drehteilvorrichtung 26 kann dabei, wie in 2 gezeigt ist, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, oder wie in 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, an einer oder zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ausgebildet sein. Die Breite B der abgeflachten, gestrichelt dargestellten Drehteilvorrichtung 26 ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Drehteilvorrichtung 26 ausreichend breit ist, so dass zumindest eine ihrer beiden Verbindungsabschnitte 35 mit der Gleitelementeinrichtung 16 bzw. dem zugeordneten Gleitelement 18 nicht außer Eingriff kommt, wenn die Drehteilvorrichtung 26 gedreht wird.
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Die Federelementeinrichtung 20, hier beispielsweise in Form einer Klammer 25, bildet außerdem gleichzeitig das Gegenlager für die Gleitelementeinrichtung 16 bzw. das Gleitelement 18. Des Weiteren kann die Federelementeinrichtung 20 zum Befestigen an einem Reibpartner 28 auch mit diesem beispielsweise verschraubt oder verstiftet werden, wie in 2 angedeutet ist. Dabei muss die Federelementeinrichtung 20 nicht notwendigerweise als Klammer 25 ausgebildet sein, sondern es kann jedes Federelement eingesetzt werden, mit welchem einerseits das Gleitelement federnd an den zugeordneten Reibpartner angedrückt werden kann und das gleichzeitig ein Gegenlager für das Gleitelement bildet.
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Gemäß der Erfindung können ein oder beide Reibpartner 26, 28 und/oder wenigstens eines der Gleitelemente 18 als Metallpulverpressteile (MIM - Metallpowderinjection Molding) - oder Sinterpressteile hergestellt werden. Solche Metallpulverpressteile (MIM) - oder Sinterpressteile ermöglichen eine große Auswahl an Werkstoffkombinationen und sind außerdem kostengünstig.
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Des Weiteren kann durch die Herstellung als MIM und/oder als Sinterpressteil jeder Temperaturbereich durch die entsprechende Werkstoffauswahl abgedeckt werden. Das System ist in allen Temperaturbereichen und bei vielen Verstellorganen die einer Reib- und/oder Schwingungsbeanspruchung unterliegen einsetzbar.
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Darüber hinaus können ein oder beide Reibpartner 26, 28 und/oder Gleitelemente 18 wahlweise zusätzlich oder alternativ auch durch Beschichtungs-Systeme oder Oberflächenbehandlungen verschleißfester gemacht werden. Das jeweilige im Metallpulverpress-Verfahren hergestellte Teil kann wahlweise zusätzlich durch HIP bzw. Heißisostatisches Pressen behandelt werden. Die Gleitelemente 18 können des Weiteren beispielsweise auch aus Keramik hergestellt werden oder dieses aufweisen. Bei der Herstellung der Gleitelemente 18 aus Blech oder Stangenmaterial ist die Werkstoffauswahl beschränkt.
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In 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils des Turboladergehäuses 10 gezeigt, mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12, insbesondere Schwingungsreibverschleißes. Diese Ausführungsform unterscheidet sich dabei von den beiden Ausführungsformen in den 1 und 2 dadurch, dass eine zusätzliche Gegenlagereinrichtung vorgesehen ist, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel wird eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 eingesetzt, um einem Schwingungsreibverschleiß bei einer Welle 14, z.B. einer Verstellwelle zum Betätigen einer Bypass-Klappe oder Wastegate-Klappe oder einer Verstellwelle zum Verstellen einer variablen Turbinengeometrie, entgegenzuwirken.
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Bei Verstellteilen, wie z.B. Führungsteilen für die Verstellung bzw. Einstellung des Bypass bzw. Wastegates bei Turboladern, kommt es zu einem Reibverschleiß der im Weiteren Verlauf in einen Schwingungsreibverschleiß übergeht. Mit einer zunehmenden Spaltbreite zwischen den Reibpartnern nimmt der Schwingungsreibverschleiß dabei drastisch zu, da die beiden Teile in diesem Fall jetzt aufeinander hämmern können. Es kommt in Folge dessen zu Störungen, wie einem Leistungsabfall des Turboladers bis hin zu einem Ausfall der Regelung des Turboladers.
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Die Schwingungen und die Gasdruckstöße im Abgasstrom lassen sich nicht vermeiden, da der Turbolader, wie zuvor beschrieben, am Motor befestigt wird und auch im Abgasstrom des Verbrennungsmotors liegt. Dem Reibverschleiß kann durch eine geeignete Kombination der Werkstoffe der Reibpartner, sowie mit einer geeigneten Oberflächenbehandlungen bzw. Beschichtung der beiden Reibpartner entgegengewirkt werden. Sobald jedoch der Spalt zwischen den Reibpartnern groß genug ist, geht der Reibverschleiß in einen Schwingungsreibverschleiß über. Der Schwingungsreibverschleiß bewirkt jedoch noch einen viel höheren Verschleiß als der Reibverschleiß.
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Grundsätzlich kann der Verschleiß sowohl bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen die größer als 500°C sind bis zu Temperaturen die größer als 1050°C sind, auftreten, als auch bei niedrigen Temperaturen.
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Bei hohen Temperaturen müssen daher warmfeste, hitzebeständige, hochwarmfeste und zunderbeständige Werkstoffe eingesetzt werden. Bei niedrigen Temperaturen ist der Verschleißmechanismus gleich. Es fehlt jedoch die zusätzliche Beanspruchung durch Heißgaskorrosion und Verzunderung. Hier können daher auch minderwertige oder minderwertigere Werkstoffe eingesetzt werden.
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Gemäß der Erfindung wird nun, wie in 3 gezeigt ist, eine Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 bereitgestellt, welche wenigstens eine Gleitelementeinrichtung 16, mit wenigstens einem als Gleitstein ausgebildeten Gleitelement 18, eine Federelementeinrichtung 20 und eine Gegenlagereinrichtung 22 aufweist. Diese Vorrichtung 12 wirkt dabei einem Schwingungsreibverschleiß entgegen, bei welchem zwei Reibpartner frei aufeinander hämmern.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel, ist eine schematische und stark vereinfachte Schnittansicht durch einen Turbolader und sein Turboladergehäuse 10 gezeigt. In dem Turboladergehäuse ist dabei beispielsweise als Verstellteil eine Welle 14 bzw. hier eine Verstellwelle vorgesehen. Die Verstellwelle 14 kann dabei beispielsweise zum Verstellen einer WastegateKlappe oder einer Bypassklappe oder einer variablen Turbinengeometrie (VTG) usw. verwendet werden. Die Erfindung ist aber auf die vorgenannten Beispiele für Verstellteile und insbesondere Verstellwellen 14 nicht beschränkt, sondern kann auch für andere Verstellteile bei Turboladern verwendet werden, die von Schwingungsreibverschleiß betroffen sind.
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Im vorliegenden Fall bildet die Welle 14 den ersten bzw. hier z.B. beweglichen Reibpartner 26 (Führungsstück) und das Gehäuse 10, in welchem die Welle 14 angeordnet ist, den zweiten z.B. hier feststehenden Reibpartner 28 (Hebel). Das Gehäuse 10 kann dabei wahlweise eine zusätzliche Buchse (nicht dargestellt) aufweisen, in welcher die Welle 14 aufgenommen ist, wobei die Buchse beispielsweise in dem Gehäuse 10 durch Einpressen befestigt sein kann. Die Welle 14 kann, in dem in 3 gezeigten Beispiel, um ihre Längsachse gedreht werden. Hierbei kommt es zu einem Reibverschleiß zwischen der Welle 14, d.h. dem ersten Reibpartner 26, und dem Gehäuse 10, d.h. dem zweiten Reibpartner 28, wenn die Welle 14 gedreht wird und hierbei mit dem Gehäuse 10 in Berührung kommt. Das Gehäuse 10 ist dabei hier das Turboladergehäuse, wobei in dem Gehäuse wahlweise zusätzlich eine Buchse beispielsweise eingepresst sein kann. Der Spalt zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 10 kann aufgrund des Reibverschleißes mit der Zeit immer größer werden, bis der Spalt schließlich so groß ist, dass die Welle 14 gegen das Gehäuse 10 hämmern kann, beispielsweise aufgrund von Schwingungen des Turboladers oder aufgrund von Gasstößen durch den Abgasstrom.
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Um ein solches Hämmern der Welle 14 gegen das Gehäuse 10 bzw. den Schwingungsreibverschleiß der beiden Reibpartner 26, 28 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 vorgesehen. Dazu weist die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 in dem in 1 gezeigten Beispiel eine Gleitelementeinrichtung 16 auf, welche gegen die Welle 14 bzw. hier den beweglichen, ersten Reibpartner 26 angedrückt wird, um einen Spalt S zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 10 geeignet einzustellen bzw. geeignet klein einzustellen, so dass einem Hämmern der Welle 14 gegen das Gehäuse 10 entgegengewirkt werden kann. Dabei kann die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 die Welle 14 auch an das Gehäuse 10 so andrücken, so dass in diesem Bereich der Spalt S Null wird.
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Die Gleitelementeinrichtung 16 ist dabei gleitend oder hier hin- und her beweglich in einer Vertiefung oder Bohrung 30, hier z.B. einer Bohrung in dem Gehäuse 10, angeordnet und wird über eine Federelementeinrichtung 20 an die Welle 12 angedrückt. Die Federelementeinrichtung 20 ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass sie eine Kraft auf die Gleitelementeinrichtung 16 ausübt, die ausreichend groß ist, um die Gleitelementeinrichtung 16 so an die Welle 14 anzudrücken, dass ein Spalt S zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 10 eingestellt bzw. geeignet klein eingestellt werden kann. Der Spalt S zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 10 oder zwischen dem ersten und zweiten Reibpartner 26, 28 wird dabei vorzugsweise so eingestellt werden, dass der Spalt S ausreichend klein ist, so dass kein Schwingungsreibverschleiß zwischen den Reibpartnern 26, 28 auftritt oder dieser zumindest reduziert wird. Mit anderen Worten kann der Spalt S insbesondere so eingestellt werden, dass kein Hämmern des einen Reibpartners 26 gegen den anderen Reibpartner 28 und/oder umgekehrt erfolgt oder ein Hämmern des einen Reibpartners 26 gegen den anderen Reibpartner 28 und/oder umgekehrt zumindest reduziert wird. Wie zuvor beschrieben kann die Gleitelementeinrichtung 16 die beiden Reibpartner 26, 28 auch aneinander andrücken bzw. in dem gezeigten Beispiel die Welle 14 gegen das Gehäuse 10 so fest andrücken, so dass hier der Spalt S Null wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 3 gezeigt ist, stützt sich die Federelementeinrichtung 20 an einer Gegenlagereinrichtung 22 ab, wobei als Gegenalgereinrichtung 22 dabei beispielsweise eine durchgehende Bohrung 32 in welcher ein Schraubenelement 34 eingeschraubt ist eingesetzt wird. In der Vertiefung oder, in dem Beispiel in 3, in der Bohrung 30 in dem Gehäuse 10, in welcher die Gleitelementeinrichtung 16 und die Federelementeinrichtung 20 angeordnet sind, ist an einem Ende ein Schraubenelement 34 vorgesehen, dass das Gegenlager bildet. Statt dem Schraubenelement 34 kann aber auch beispielsweise ein Stift- oder Bolzenelement als Gegenlagereinrichtung 22 vorgesehen werden. Das Schraubenelement 34 hat den Vorteil, dass darüber sehr leicht die Federelementeinrichtung eingestellt und gegebenenfalls nachgestellt werden kann, je nach dem wie weit das Schraubenelement 34 in die durchgehende Bohrung 32 eingeschraubt wird. Das Stiftelement 36 oder Bolzenelement kann wiederum in die Bohrung 30 eingepresst werden oder ebenfalls beweglich darin angeordnet sein. Bei einer beweglichen Anordnung des Stiftelements 36 oder Bolzenelements sollte vorzugsweise sichergestellt werden, dass diese ausreichend fest in der Bohrung 30 sitzen, so dass sie zwar einerseits in eine vorbestimmte Position innerhalb der Bohrung 30 bewegt werden können aber andererseits auch in dieser Position in der Bohrung 30 anschließend verbleiben und nicht ungewollt verrutschen können.
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Prinzipiell kann das Schraubenelement 34 auch mit einem beweglichen Stiftelement oder Bolzenelement kombiniert werden (nicht dargestellt), um beispielsweise größere Bohrlängen zu überbrücken. In diesem Fall, kann das Stift- oder Bolzenelement auch z.B. eine Spielpassung mit der Bohrung bilden und über das Schraubenelement eingestellt oder positioniert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann, wie in 3 gezeigt ist, die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 wenigstens eine weitere Gleitelementeinrichtung 16, Federelementeinrichtung 20 und Gegenlagereinrichtung 22 aufweisen. Dabei ist die Gegenlagereinrichtung 22, z.B. in Form einer geschlossenen Bohrung 30, in dem sich bewegenden Reibpartner 26, hier der Welle 14, vorgesehen. Die Gleitelementeinrichtung 16, bei deren Gleitelement 18 es sich um einen Gleitstein handelt, wird über die Federelementeinrichtung 20 gegen den feststehenden Reibpartner 28, hier das Gehäuse 10, gedrückt. Auf diese Weise kann ein Spalt S* zwischen den beiden Reibpartnern 26, 28 möglichst ausreichend klein eingestellt werden, um einen Schwingungsreibverschleiß zumindest zu reduzieren oder zu verhindern. Dabei kann die Welle 14 über die Federelementeinrichtung 20 und das Gleitelement 18 aber auch gegen die Wand des Gehäuses 10 angedrückt werden, so dass der Spalt S* Null wird.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann die Vertiefung 30, in welcher die Gleitelementeinrichtung 16 und die Federelementeinrichtung 20 angeordnet sind, auch als Sackloch ausgebildet sein, wie z.B. in 3 angedeutet ist. Das Ende des Sacklochs 30 bildet dabei die Gegenlagereinrichtung 22. In diesem Fall kann auf ein Schraubenelement oder ein Stift- oder Bolzenelement verzichtet werden.
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Des Weiteren kann die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 auch zwei und mehr Gleitelemente 18 aufweisen, die beispielsweise jeweils in einer zugeordneten Vertiefung oder Bohrung 30 vorgesehen sind und über eine zugeordnete Federelementeinrichtung 20 gegen einen Reibpartner 26, hier z.B. die bewegliche Welle 14 gedrückt werden, um einen Spalt zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 10 geeignet einzustellen, so dass ein Schwingungsreibverschleiß, zwischen dem ersten und zweiten Reibpartner 26, 28, hier z.B. der Welle 14 und dem Gehäuse 10, verhindert oder zumindest reduziert werden kann.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel bildet die Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß 12 beispielsweise wenigstens zwei Gegenlagereinrichtungen 22 in einem Reibpartner 28 (Hebel), hier dem Gehäuse 10 (mit oder ohne zusätzliche Buchse), aus. Eine erste Gegenlagereinrichtung 22 wird dabei durch ein Sackloch 30 gebildet und eine zweite Gegenlagereinrichtung 22 durch ein beispielsweise fest mit dem Gehäuse 10 verbundenes Stiftelement 36 oder Bolzenelement. Die beiden Gegenlagereinrichtungen 22 mit ihren Federelementeinrichtungen 20 und Gleitelementeinrichtungen 16 können dabei in einem beliebigen Winkel zueinander im Gehäuse 10 vorgesehen sein. Grundsätzlich können die Gleitelementeinrichtungen 16 bzw. ihre Gegenlagereinrichtungen 22 hierfür z.B. auch gegenüberliegend angeordnet sein (nicht dargestellt), wobei die Gleitelementeinrichtungen dabei unterschiedlich stark oder gleich stark gegen die Welle 14 angedrückt werden können, je nach Funktion und Einsatzzweck.
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Die Gegenlagereinrichtung 22 kann hierbei als Sackloch 30 in dem zugeordneten Reibpartner ausgebildet werden, wenn der Reibpartner beispielsweise im MIM- bzw. MetallpulverpressVerfahren hergestellt wird. Der Reibpartner welcher im Metallpulverpress-Verfahren hergestellt wurde kann dabei wahlweise zusätzlich durch HIP bzw. Heißisostatisches Pressen nachbehandelt werden. Ein Sackloch oder eine Bohrung wie in 3 als Gegenlagereinrichtung haben den Vorteil, dass kein zusätzliches Schraubenelement oder ein Bolzen bzw. Stift benötigt werden.
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Gemäß der Erfindung, wie sie zuvor anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird dem Schwingungsreibverschleiß durch ein einfaches Federdrucksystem bzw. eine entsprechende Federelementeinrichtung entgegengewirkt, welches das Aufeinanderhämmern der beiden Reibpartner verhindert. Die Ausführungsbeispiele können dabei auch miteinander kombiniert werden, insbesondere einzelne Merkmale davon. So können in 3 auch mehrere Gegenlagereinrichtungen mit jeweils einer Federelementeinrichtung und einer Gleitelementeinrichtung in dem ersten und/oder zweiten Reibpartner vorgesehen werden bzw. hier im Gehäuse und/oder der Welle. Ebenso kann bei dem Ausführungsbeispiel in 4 auch wenigstens eine Gegenlagereinrichtung mit einer Federelementeinrichtung und einer Gleitelementeinrichtung in dem sich bewegenden Reibpartner, hier der Welle, vorgesehen werden, zusätzlich oder alternativ zu den Gleitlagereinrichtungen mit den Federelementeinrichtungen und Gleitelementeinrichtungen in dem feststehenden Reibpartner, hier dem Gehäuse. Weiter können auch in den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform mehr als ein oder zwei Gleitelemente vorgesehen werden. Des Weiteren können die Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 auch mit den Ausführungsformen gemäß der 3 und 4 kombiniert werden. So können beispielsweise in den Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 auch wenigstens ein oder mehrere Gleitelemente in einem oder beiden Reibpartnern vorgesehen werden, wobei die Gleitelemente über Federelemente an den jeweiligen Reibpartner angedrückt werden und wobei die Federelemente beispielsweise in einem Sackloch als Gegenlager angeordnet sind oder in einer Bohrung mit einem Stift, Bolzen und/oder Schraube als Gegenlager.
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Das Gleitelement, bei dem es sich um einen Gleitstein handelt, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es, abzüglich dem Spalt, die ursprüngliche Gleitfläche aufweist. Mit anderen Worten, das Gleitelement kann grundsätzlich vollflächig auf dem gegenüberliegenden Reibpartner aufliegen, wie in den 1,2, 3 und 4 angedeutet ist, oder aber auch nur teilweise auf dem gegenüberliegenden Partner aufliegen, beispielsweise punkt- oder linienförmig oder nur in wenigstens einem Flächenabschnitt aufliegen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung. Hierdurch kann die Flächenpressung reduziert und eine zu hohe Flächenpressung ausgeschlossen werden, was sonst zu einem höheren Verschleiß führen könnte. Die Federelementeinrichtung in den Ausführungsformen gemäß der 3 und 4 kann gemäß der Erfindung wenigstens eine Feder, beispielsweise eine Spiralfeder usw., oder mehrere Federn bzw. ein Federpaket aufweisen. Die Federelementeinrichtung in den 1 und 2 kann wie dort gezeigt wenigstens eine federnde Klammer aufweisen, welche beispielsweise U-förmig ausgebildet ist und zwei federnde Seitenabschnitte oder federnde Arme aufweist. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt. Grundsätzlich kann jede andere Art von Feder oder Kombination von Federn vorgesehen werden, die geeignet ist ein jeweiliges Gleitelement an einen zugeordneten Reibpartner anzudrücken und dabei gleichzeitig ein Gegenlager für das Gleitelement zu bilden.
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Die Feder oder das Federpaket drückt das Gleitelement beispielsweise auf den gegenüberliegenden, den sich z.B. hin und her drehenden oder feststehenden, Reibpartner und verhindert dadurch das Abheben und Hämmern. Das Gleitelement und das Einpressteil, z.B. ein Bolzen oder Stift, als Gegenlagereinrichtung können kostengünstig zum Beispiel pulvermetallurgisch aus jedem von der Temperatur abhängigen Werkstoff hergestellt werden.
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Der Werkstoff oder die Werkstoffkombination aus welcher ein Gleitelement der Gleitelementeinrichtung gemäß der Erfindung besteht, wie sie zuvor beispielhaft anhand der Ausführungsformen in den 1, 2, 3 und 4 beschrieben wurde, ist vorzugsweise so gewählt, dass kein adhäsiver Verschleiß zwischen dem Gleitelement und dem Reibpartner, an welchen es angedrückt wird, auftritt oder ein solcher möglichst geringfügig ist. Dabei kann ein Gleitelement beispielsweise aus Keramik, Metall und/oder einer Metalllegierung hergestellt werden. Die Erfindung ist aber auf diese Beispiele für Materialien für Gleitelemente nicht beschränkt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Turboladergehäuse (mit und ohne Buchse)
- 12
- Vorrichtung zum Entgegenwirken von Verschleiß
- 14
- Welle
- 16
- Gleitelementeinrichtung
- 18
- Gleitelement (Gleitstein)
- 20
- Federelementeinrichtung
- 21
- Öffnung (Hebel)
- 22
- Gegenlagereinrichtung
- 23
- Öffnung (Welle)
- 25
- Klammer
- 26
- erster Reibpartner (Welle) (Führungsstück)
- 27
- Mittenabschnitt
- 28
- zweiter Reibpartner (Gehäuse) (Hebel)
- 29
- Seitenarm
- 30
- Vertiefung bzw. an einem Ende geschlossene Bohrung
- 31
- Vertiefung
- 32
- durchgehende Bohrung bzw. durchgehende Öffnung
- 33
- Aufnahme
- 34
- Schraubenelement
- 35
- Verbindungsabschnitt
- 36
- Stiftelement