DE10316389B3

DE10316389B3 - Leiteinrichtung für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE10316389B3
Application number: DE10316389A
Authority: DE
Inventors: Josef Hausknecht
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: US20040202538A1; US7044708B2

Abstract

Für einen Abgasturbolader (2), dessen Geometrie veränderbar ist, wird eine Leiteinrichtung (1) vorgeschlagen. Die Leiteinrichtung (1) umfasst Leitschaufeln (3), Schaufel-Hebel (5), welche drehfest mit der jeweils zugeordneten Leitschaufel (3) verbunden sind und einen Stellring (6), in dem die Schaufel-Hebel (5) über ein Federelement gelagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiteinrichtung für einen Abgasturbolader dessen Geometrie veränderbar ist nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 201 14 367 U1 ist eine Leiteinrichtung für einen Abgasturbolader bekannt. Diese umfasst als wesentliche Bauteile mehrere Leitschaufeln zur Bestimmung des Impulses mit dem das Abgas die Turbine beaufschlagt, einen Stellring und einen externen Verstellhebel. Jede Leitschaufel ist mit einem Schaufel-Hebel drehfest verbunden. Der Schaufel-Hebel wiederum wird formschlüssig in einer Nut des Stellrings geführt. Über eine Drehung des Stellrings verändert sich folglich die Winkellage der Schaufel-Hebel und damit die Stellung der Leitschaufeln. Die Verbindungsstelle Verstellring/Schaufel-Hebel ist kritisch, da die Bauteile ein entsprechendes Spiel gegeneinander aufweisen müssen. Der Grund liegt in der Funktionalität, also Übertragung der Drehbewegung und den Wärmedehnungen. Dieses Spiel wiederum bewirkt, dass eine Abweichung zwischen der Soll-Größe und der Ist-Größe, also der Winkellage der Leitschaufeln, auftritt. Problematisch ist insofern die Stellgenauigkeit. Aufgrund des Spiels zwischen dem Verstellring und den Schaufel-Hebeln besteht die Möglichkeit, dass die Verstelleinrichtung in bestimmten Betriebsbereichen des Abgasturboladers zu Resonanzen neigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Leiteinrichtung mit einer hohen Stellgenauigkeit zu entwerfen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Ausgestaltungen hierzu sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Erfindung sieht vor, dass die Schaufel-Hebel über ein Federelement im Stellring gelagert werden. Das Federelement liegt hierbei kraftschlüssig am Schaufel-Hebel an. Das Federelement umfasst einen ersten Schenkel und kann durch einen zweiten Schenkel ergänzt werden. Zusätzlich ist eine Verdrehwinkel-Begrenzung vorgesehen. In der Praxis sind der Stellring und das Federelement einstöckig ausgeführt.

Aufgrund der Federbelastung des Schaufel-Hebels ist die Anordnung selbstnachstellend. Für diese Verbindungsstelle kann folglich eine größere Fertigungstoleranz zugelassen werden. Hierdurch sinken die Herstellungskosten. Für die Erfindung ergibt sich insgesamt als Vorteil, dass die Leiteinrichtung spielfrei ist und somit eine geringe Soll-Ist-Abweichung aufweist.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen:
1 die Leiteinrichtung als Explosionszeichnung; 2 ein Schnittbild des Abgasturboladers;
3 den Abgasturbolader mit Ansicht von der Turbinenseite In 1 ist die Leiteinrichtung 1 als Explosionszeichnung dargestellt. Die Leiteinrichtung 1 umfasst mehrere Leitschaufeln 3, einen Trägerring 13, mehrere Schaufel-Hebel 5, einen Stellring 6 und einen Verstellhebel mit Welle 14. Ebenfalls in 1 dargestellt ist ein Turbinengehäuse 15 in dem sich eine Turbine befindet. Die Leitschaufeln 3 sind auf dem Trägerring 13 gelagert. Der Trägerring 13 ist gegenüber einem Lagergehäuse des Abgasturboladers ortsfest. Jede Leitschaufel 3 ist drehfest mit einem Schaufel-Hebel 5 verbunden. Die Schaufel-Hebel 5 wiederum sind über ein Federelement 7 spielfrei im Stellring 6 gelagert. Das Federelement 7 und der Stellring 6 sind in der Darstellung gemäß 1 einstöckig ausgeführt.
Über die Drehung des Verstellhebels mit Welle 14 wird der Stellring 6 ebenfalls gedreht. Die Drehung des Stellrings 6 wird über das Federelement 7 auf die Schaufel-Hebel 5 übertragen, wodurch sich die Winkellage der Leitschaufeln 3 verändert. Die Winkellage der Leitschaufeln 3 bestimmt den Impuls mit dem das Abgas auf die Turbine auftrifft.
Die 2 zeigt ein Schnittbild eines Abgasturboladers 2 im Bereich der Turbine 4. Bekanntermaßen umfasst ein Abgasturbolader 2 eine Turbine 4, welche über eine Welle 16 mit einem Verdichter verbunden ist. Letzterer ist in 2 nicht dargestellt. Die Turbine 4 ist in dem Turbinengehäuse 15 angeordnet. An das Turbinengehäuse 15 schließt sich ein Lagergehäuse 17 an. Die beiden Gehäuse werden in der Praxis über ein V-Band 18 miteinander verbunden. Die Durchströmrichtung des Abgases ist in 2 durch entsprechende Pfeile dargestellt. Auf der Primärseite der Turbine 4 ist die Leiteinrichtung 1 angeordnet. Hierbei befindet sich innerhalb des Turbinengehäuses 15 die Leitschaufeln 3 zur Veränderung des Anströmquerschnitts. Die Schaufel-Hebel 5, das Federelement 7 und der Stellring 6 befinden sich innerhalb des Lagergehäuses 17.
Die 3 zeigt den Abgasturbolader 2 mit Sicht auf die Turbinenseite. In einem Bereich oberhalb der waagerechten Symmetrieachse sind die Leitschaufeln 3 in der geöffneten Position dargestellt. Im Bereich unterhalb der waagerechten Symmetrieachse sind diese in der geschlossenen Position dargestellt. Mit Bezugszeichen X ist ein entsprechender Aufriss bezeichnet. Dieser Aufriss ist als Detail X in Vergrößerung dargestellt. Über den Verstellhebel mit Welle 14 wird die Winkellage der Leitschaufeln 3 vorgegeben. Der Schwenkwinkel des Verstellhebels beträgt z. B. ± 14 Grad. Die Schaufel-Hebel 5 sind im Stellring 6 über das Federelement 7 gelagert. Dargestellt ist ein Federelement 7, welches einen ersten Schenkel 8 und einen zweiten Schenkel 9 umfasst. Die beiden Schenkel 8, 9 beaufschlagen einen Abschnitt 19 des Schaufel-Hebels 5 mit Federkraft. Durch die linksseitige und rechtsseitige Beaufschlagung des Schaufel-Hebels ist diese Verbindungsstelle spielfrei.
Bei Verwendung eines Federelements 7 mit nur einem Schenkel wird die nichtbeaufschlagte Seite des Schaufel-Hebels 5 über eine entsprechende Kontur formschlüssig geführt.
Zur Erhöhung der Sicherheit der Leiteinrichtung 1 ist eine Verdrehwinkel-Begrenzung 11 vorgesehen. Hierzu bilden die beiden Schenkel 8, 9 des Federelements 7 im Bereich des Stellrings 6 eine Tasche 12. Der Schaufel-Hebel 5 kommt folglich bei minimalem/maximalem Schwenkwinkel an einer Anlagefläche 10 der Schenkel 8, 9 zur Anlage.
In der Darstellung des Details X wird die Drehbewegung des Verstellhebels mit Welle 14 mittels eines Kurbelzapfens 20 und einem Gleitstück 21 auf den Stellring 6 übertragen. Der Kurbelzapfen 20 ist Bestandteil des Verstellhebels mit Welle 14, siehe 1. Für die Funktionalität ist das Gleitstück 21 jedoch nicht erforderlich. Zwischen dem Kurbelzapfen 20 und dem Stellring 6 kann ein Federelement angeordnet sein. Durch dieses wird die Verbindungsstelle Kurbelzapfen 20/Stellring 6 spielfrei. Das Federelement kann analog zum Federelement 7 ausgeführt sein.
Aus der Beschreibung ergeben sich für die Erfindung folgende Vorteile:

– die Verbindungsstelle Stellring/Schaufel-Hebel ist spielfrei, wodurch die Verstellgenauigkeit erhöht wird;
– für die Verbindungsstelle kann eine größere Fertigungstoleranz zugelassen werden, wodurch die Herstellungskosten geringer sind;
– es wird eine hohe Lebensdauer erzielt.

1: Leiteinrichtung
2: Abgasturbolader
3: Leitschaufel
4: Turbine
5: Schaufel-Hebel
6: Stellring
7: Federelement
8: erster Schenkel
9: zweiter Schenkel
10: Anlagefläche
11: Verdrehwinkel-Begrenzung
12: Tasche
13: Trägerring
14: Verstellhebel mit Welle
15: Turbinengehäuse
16: Welle
17: Lagergehäuse
18: V-Band
19: Abschnitt
20: Kurbelzapfen
21: Gleitstück

Claims

Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) dessen Geometrie veränderbar ist, mit Leitschaufeln (3) zur Bestimmung des Impulses mit dem Abgas die Turbine (4) des Abgasturboladers (2) beaufschlagt, mit Schaufel-Hebeln (5), welche drehfest mit der jeweils zugeordneten Leitschaufel (3) verbunden sind, und mit einem Stellring (6) in dem die Schaufel-Hebel (5) gelagert sind, wobei über eine Drehung des Stellrings (6) die Schaufel-Hebel (5) und die Leitschaufeln (3) verdreht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel-Hebel (5) über ein Federelement (7) im Stellring (6) gelagert werden.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) einen ersten Schenkel (8) zur einseitigen Kraftbeaufschlagung des Schaufel-Hebels (5) umfasst.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) zusätzlich einen zweiten Schenkel (9) umfasst, so dass der Schaufel-Hebel (5) beidseitig beaufschlagt wird.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel (8, 9) unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel (8, 9) des Federelements (7) eine Anlagefläche (10) zur formschlüssigen Kraftbeaufschlagung des Schaufel-Hebels (5) aufweist.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) eine Verdrehwinkel-Begrenzung (11) umfasst.
Leiteinrichtung (1) für einen Abgasturbolader (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (6) und das Federelement (7) einstöckig ausgeführt werden.