WO2010086005A2

WO2010086005A2 - Abgasturbolader für eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: WO2010086005A2
Application number: PCT/EP2009/009083
Authority: WO
Inventors: Torsten Hirth
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2011-07-27
Also published as: BRPI0924200A2; WO2010086005A4; RU2011135434A; DE102009006278A1; US20110283697A1; JP2012515872A; CN102301096A; WO2010086005A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse (28), mit einer Leitvorrichtung (17) mit Leitelementen (44) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung (40) zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung (12) und mit einem Konturhülsenelement (14) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, wobei die Leitvorrichtung (17), das Konturhülsenelement (14) und die Verstellvorrichtung (12) als ein Teileverbund (10') im Abgasturbolader montiert sind.

Description

Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1

Derartige Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehause, mit einer Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung und mit einem Konturhulsenelement zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradaustπttsbereich, sind hinlänglich bekannt Konkret bedeutet dies, dass beispielsweise auf einer Lagergehauseseite des Abgasturboladers im Turbinengehause zentriertes Leitgitter vorliegt, bei welchem ein effektiver Querschnitt des Leitgitters mit einem Axialschieber verändert werden kann, indem Leitschaufeln des Leitgitters in eine Matrize des Axialschiebers eintauchen Dieses Leitgitter stellt die Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung der Stromungsparameter am Turbinenradeintrittsbereich dar

Bei bekannten Losungen muss dieses Leitgitter durch das Lagergehause des Abgasturboladers in das Turbinengehause gepresst und somit in axialer und radialer Richtung fixiert werden Auch ein Verdrehen des Leitgitters wird auf diese Weise verhindert Der Axialschieber wird derart über das Leitgitter gegen Verdrehen gesichert, dass die Leitschaufeln des Leitgitters in die Matrize des Axialschiebers, welche den effektiven Querschnitt des Leitgitters einstellt, eintauchen

Um ein Verklemmen von Leitgitter und Axialschieber wahrend eines Betriebs des Abgasturboladers zu vermeiden, muss ein Funktionsspalt über eine lange Toleranzkette gewährleistet werden Diese Toleranzkette weist die Toleranzpartner Leitgitter, Turbinengehause, Konturhulse und Axialschieber auf Ein möglicher Bauteilverzug wahrend eines Betriebs in Folge hoher Temperaturgradienten und einer Kraftemleitung in das Turbinengehause von außen muss ebenfalls bei einer Wahl einer Große dieses Funktionsspalts berücksichtigt werden Ein größerer Funktionsspalt fuhrt immer zu geringeren Wirkungsgraden des Abgasturboladers, was sich negativ auf einen Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine, bei der ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, auswirkt, sowie in Folge dessen CO₂-Emιssιonen ansteigen lasst

Das Merkmal des fest im Turbineπgehause fixierten Leitgitters fuhrt dazu, dass das Leitgitter nur von einer Lagergehauseseite her montiert werden kann Im Gegensatz dazu lassen sich der Axialschieber und das Konturhulsenelement nur von einer Turbinenaustrittsseite, d h in axialer Richtung von der anderen Seite als vom Lagergehause her montieren Diese notwendige beidseitige Montage fuhrt zu einem Mehraufwand, der Montagekosten für den Abgasturbolader und damit Gesamtkosten für einen Kraftwagen, bei welchem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, ansteigen lasst Zusätzlich fuhrt dieser Mehraufwand zu möglichen Fehlerquellen bei der Montage des Abgasturboladers, wodurch einerseits ein Ausfallπsiko erhöht wird, andererseits sind gegebenenfalls Nacharbeiten erforderlich, die die Montagekosten ebenfalls ansteigen lassen, mit allen zusammenhangenden Nachteilen

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Montageaufwand für diesen Abgasturbolader und damit Montagekosten reduziert werden

Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben

Bei einem erfindungsgemaßen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehause, mit einer Leitvorrichtung mit Leitelementen zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradeintπttsbereich, mit einer der Leitvorrichtung zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung und mit einem Konturhulsenelement zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradaustπttsbereich, ist vorgesehen, dass die Leitvorπchtung, das Konturhulsenelement und die Verstellvorπchtung als ein Teileverbund im Abgasturbolader montiert sind Durch diesen Teileverbund aus der Leitvorrichtung, dem Konturhulsenelement und der Verstellvorrichtung, welcher als Kassette bezeichnet werden kann, ist es möglich, diesen Teileverbund als Einheit in das Turbinengehause bei der Montage einschieben zu können Dies reduziert einerseits einen Montageaufwand des Turboladers erheblich, wodurch eine Montagezeit reduzierbar ist Diese Einsparung von Montagezeit resultiert in einer Einsparung von Montagekosten, was sich unmittelbar auf eine Reduzierung von Gesamtkosten des Abgasturboladers und damit von Gesamtkosten eines Kraftwagens, bei dem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, übertragt

Weiterhin ist durch diese einfachere Montage ermöglicht, dass mögliche Fehlerquellen beispielsweise in Form einer falschen Montage ausgeschlossen oder zumindest reduziert werden, was aufwandige und kostenintensive Nacharbeiten obsolet werden lasst Auch diese Tatsache wirkt sich positiv auf die Montagekosten und damit auf die Gesamtkosten des Kraftwagens positiv aus Darüber hinaus ist die im Zusammenhang mit der Beschreibung des Stands der Technik genannte Toleranzkette bei dem erfmdungsgemalien Abgasturbolader verkleinert, wodurch auch der Funktionsspalt verkleinert werden kann

Dieser kleinere Funktionsspalt fuhrt wie angedeutet zu einem höheren Wirkungsgrad des Abgasturboladers, wodurch sich ein Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein derartiger erfindungsgemaßer Abgasturbolader zum Einsatz kommt, reduzieren lasst Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine geht proportional einher mit einer Einsparung an C0₂-Emιssιonen, was der Umwelt im Sinne des Umweltschutzes zugute kommt

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Teileverbund aus Leitvorrichtung, Konturhulsenelement und Verstellvorrichtung von einer Turbinenradaustπttsseite her montiert Die Montierbarkeit von einer Turbmenradaustrittsseite bzw von einem Turbinengehauseaustritt her birgt den Vorteil, dass aus dieser Richtung relativ viel Platz für eine Montage zur Verfugung steht, was den Montageaufwand weiter reduziert Diese Reduzierung des Montageaufwands geht wie bereits beschrieben einher mit einer Reduzierung der Montagekosten und damit mit einer Reduzierung der Gesamtkosten des Abgasturboladers und damit des Kraftwagens, indem ein erfindungsgemaßer Abgasturbolader eingesetzt wird

Auch setzt ein Mehr an zur Montage zur Verfugung stehenden Platz ein Risiko einer Fehlmontage herab, wodurch einerseits Montagekosten aufgrund der Vermeidung von Nacharbeiten weiter gesenkt werden, andererseits wird dadurch ein Ausfallrisiko des Abgasturboladers wahrend eines Betriebs des Abgasturboladers herabgesetzt, was einen Komfortzugewinn für einen Fahrer des Kraftwagens mit einem derartigen Abgasturbolader bedeutet, da Reparaturintervalle bzw Werkstattintervalle vergrößert werden können Eine auf die beschriebene Art und Weise einfachere und damit präzisere Montage des Abgasturboladers stellt auch eine Funktionsweise des Abgasturboladers sicher, d h dass Fehlfunktionen vermieden werden, die gegebenenfalls zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit zu erhöhten CO₂-Emιssιonen fuhren können Dies ist durch den erfindungsgemaßen Abgasturbolader vermieden bzw stark reduziert

In einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Verstellvorrichtung als ein in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbare Axialschieber ausgebildet, mittels dessen die Leitvorπchtung zumindest teilweise umfassbar ist Dies bedeutet, dass es sich bei der Verstellvorrichtung um einen Axialschieber handelt, der eine Matrize aufweist, in welche beispielsweise Schaufeln der Leitvorπchtung, die beispielsweise als Leitgitter ausgebildet ist, eintauchen können An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch andere Formen von Verstellvorrichtungen und/oder Leitvorrichtungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemaßen Abgasturbolader einsetzbar sind

Gerade bei der beschriebenen Ausfuhrungsform wird deutlich, dass eine Erleichterung der Montage und damit eine Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers gerade bei einer derartigen beschriebenen Verstellvorrichtung bzw Leitvorrichtung insofern vorteilbehaftet ist, als dass gerade diese Leitvorrichtung und diese Verstellvorrichtung einen hohen Beitrag bezüglich einer effizienten und Wirkungsgrad optimalen Betriebsweise des Abgasturboladers leisten Insofern ist eine fehlerfreie und präzise Arbeitsweise dieser Leitvorrichtung bzw dieser Verstellvorrichtung notig, um beispielsweise den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und damit C0₂-Emιssιonen gering zu halten

Der präzise Mechanismus der Verstellvorrichtung in Form eines in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbaren Axialschiebers, mittels dessen die Leitvorrichtung zumindest teilweise umfassbar ist, erfordert eine präzise, fehlerfreie und nahezu toleranzfreie Montage, die durch den erfindungsgemaßen Abgasturbolader ermöglicht ist Wie bereits beschrieben werden dadurch der Montagemontageaufwaπd und das Ausfallπsiko gerade der Leitvorrichtung bzw der Verstellvorπchtung reduziert, was sowohl die Montagekosteπ als auch den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine aufgrund eines geringeren Funktionsspalts reduziert

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Leitvorrichtung mittels einer Zentriervorrichtung, insbesondere eines Bunds, im Turbinengehause zentriert Über diese radiale Zentrierung ist eine präzise Ausrichtung der Leitvorrichtung gewährleistet, wodurch eine Funktion des Abgasturboladers wahrend des Betriebs optimiert wird, was einen Wirkungsgrad des Turboladers steigert und damit den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein erfmdungsgemaßer Abgasturbolader eingesetzt wird, reduziert Dies geht einher mit einer Reduktion von CCVEmissionen und damit einer Schonung der Umwelt

Zur Verhinderung einer axialen Bewegung der Leitvorrichtung ist die Leitvorrichtung bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung mittels eines Sicherungselements, insbesondere eines Sicherungsrings, im Turbinengehause fixiert Dadurch ist die Leitvorrichtung in seiner axialen Lage fixiert, wodurch die Funktion des Leitgitters und damit die Funktion des gesamten Abgasturboladers weiter positiv beeinflusst wird Dies resultiert wie bereits oben beschrieben in einer Verbesserung des Wirkungsgrades wahrend des Betriebs des Abgasturboladers, womit eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine einhergeht

In einer besonders vorteilbehafteten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Leitvorπchtung mittels eines Bunds im Turbinengehause in axialer Richtung fixiert Dies bedeutet, dass die Leitvorrichtung mittels des Bundes einerseits radial zentriert ist, was wie beschrieben in einer optimalen Ausrichtung und damit einer optimalen Funktion resultiert, andererseits übernimmt der Bund bei dieser Ausfuhrungsform der Erfindung die Sicherung der Leitvorrichtung in axialer Richtung Somit kann auf ein zusätzliches Sicherungselement beispielsweise in Form eines Sicherungsrings verzichtet werden Dabei kann vorgesehen sein, dass der Bund mit seiner positiven Form in eine entsprechende negative Gegenkontur im Turbinengehause beispielsweise eingeklickt wird Die Vermeidung eines zusätzlichen Sicherungselements reduziert eine Teileanzahl, wodurch Teilekosten und damit Herstellkosten des Abgasturboladers abgesenkt werden, wodurch in gleicher Weise die Gesamtkosten des Kraftwagens positiv beeinflusst werden

Des Weiteren stellt die Vermeidung eines zusätzlichen Sicherungselements eine Verminderung eines Gesamtgewichts des Abgasturboladers dar, was in einer Reduzierung des Gesamtgewichts des Kraftwagens resultiert, wodurch auch eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftwagens erreicht wird Dies ermöglicht einerseits geringere CCVEmissionen als auch geringere Betriebskosten für den Fahrer des Kraftwagens bzw bei gleichem Kraftstoffverbrauch zusätzliche funktionale Elemente im Kraftwagen verbauen zu können Wie bereits angedeutet, ist der Bund der Leitvorrichtung zur axialen Fixierung der Leitvorrichtung in eine korrespondierende Gegenkontur im Turbinengehause eingerastet bzw eingeklickt Dies ist beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Leitvorrichtung in Folge einer gewissen Elastizität eines Werkstoffs, aus dem die Leitvorrichtung gebildet ist, in radialer Richtung zusammendruckbar ist Im zusammengedruckten Zustand kann die Leitvorrichtung dann in das Turbinengehause eingeschoben und in dieses eingerastet werden Durch diese Tatsache werden aufwandige und komplexe Spezialwerkzeuge zur Montage vermieden, was die Montagekosten weiter positiv beeinflusst mit allen in diesem Zusammenhang bereits beschriebenen und gegebenenfalls weiteren Vorteilen Ebenso ist es möglich, dass das Turbinengehause die positive Bundform und die Leitvorrichtung die negative Gegenkontur aufweist Auch dadurch stellen sich die in diesem Zusammenhang beschriebenen Vorteile ein

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Leitvorrichtung als ein Leitgitter ausgebildet, welches eine Mehrzahl an Schaufelelementen und ein Ringelement zur Aufnahme der Schaufelelemente aufweist

Durch diese Ausbildung lassen sich die Stromungsparameter im Turbinenradeintπttsbereich in besonders gunstiger Weise beeinflussen, und zwar derart, dass die Stromungsparameter auf einen Betriebspunkt des Abgasturboladers bzw auf einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein derartiger Abgasturbolader eingesetzt wird, optimal eingestellt werden können Dadurch sind Wirkungsgrad optimale Betriebe des Abgasturboladers ermöglicht, wodurch ein Kraftstoffverbrauch und damit CGvEmissionen stark reduziert werden können

Je präziser diese Leitvorrichtung ist, und je präziser sie mittels einer Verstellvorrichtung verstellt werden kann zur Beeinflussung der Stromungsparameter, desto optimaler ist der Betriebspunkt des Abgasturboladers auf den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine einstellbar, wodurch sich der Vorteil einer Kraftstoffreduzierung besonders gut realisieren lasst Gerade in Verbindung mit dieser präzisen Ausfuhrung der Leitvorrichtung und/oder der Verstellvorrichtung ist ein erfmdungsgemaßer Abgasturbolader insofern vorteilhaft, als dass gerade in diesem Fall eine präzise und fehlerfreie Montage notig ist, um Fehlfunktionen und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch oder gar einen Ausfall des Abgasturboladers zu vermeiden

Ist die Leitvorrichtung in einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung mehrteilig ausgebildet, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass Kosten für die Leitvorrichtung gesenkt werden können Der Grund dafür ist, dass eine derartige Leitvorrichtung, insbesondere in Form eines Leitgitters, bei einteiliger Ausfuhrung nur als Feingussteil dargestellt werden kann, insbesondere dann, wenn eine Serienproduktion mit großen Stuckzahlen vorgesehen ist Gusstoleranzen der Leitvorrichtung, welche besonders in Form eines Leitgitters mehrere Leitschaufeln aufweist, sollten so gering wie möglich sein, um einen Funktionsspalt zwischen der Leitvorrichtung und der Verstellvorrichtung, d h konkret zwischen dem Leitgitter und dem Axialschieber, so gering wie möglich zu halten, um einen Wirkungsgrad optimalen Betrieb des Abgasturboladers realisieren zu können In diesem Zusammenhang ist besonders eine Form der Leitelemente bzw der Leitschaufeln der Leitvorrichtung und deren Lage zueinander entscheidend Diese hohen Anforderungen an die Präzision der Leitvorrichtung fuhren neben einer Große der Leitvorrichtung, welche als Feingusssteil dargestellt ist, zu sehr hohen Kosten

Eine mehrteilige Ausfuhrung der Leitvorrichtung und insbesondere des Leitgitters mit mehreren Leitschaufeln ersetzt das bezüglich Große- und Toleranzanforderungen kosten intensive einteilige Bauteil in Form der Leitvorrichtung Somit werden Herstellungskosten der Leitvorrichtung und damit die Gesamtkosten des Abgasturboladers weiter reduziert, was sich auch auf eine Reduzierung der Gesamtkosten des Kraftwagens, bei dem ein erfindungsgemaßer Abgasturbolader zum Einsatz kommt, positiv auswirkt

Nichtsdestotrotz ist trotz der Mehrteihgkeit eine präzise Montage ermöglicht, und zwar aufgrund der beschriebenen Montage des Teileverbunds aus der Leitvorrichtung, dem Konturhulsenelement und der Verstellvorrichtung Durch diese Ausfuhrungsform sind alle Vorteile eines erfindungsgemaßen Abgasturboladers hinsichtlich einer einfachen Montage und damit einer Reduzierung der Montagekosten verknüpft mit allen Vorteilen einer präzisen Funktionsweise und einer Reduzierung der Ausfallwahrscheinhchkeit

Bei der mehrteiligen Leitvorrichtung erweist es sich als vorteilhaft, dass die Leitelemente der Leitvorrichtung jeweils mittels eines Bunds in axialer Richtung des Abgasturboladers festgelegt sind Die axiale Fixierung der Leitelemente mittels eines Bunds ermöglicht eine einfache und unaufwandige Festlegung derselbigen, wodurch wie angedeutet der Montageaufwand und damit die Moπtagekosten gering gehalten werden Nichtsdestoweniger ist mittels dieser Fixierung eine präzise Ausrichtung der Leitelemente ermöglicht, was einen Wirkungsgrad optimalen Betrieb der Leitvorrichtung und damit des gesamten Abgasturboladers ermöglicht Die präzise Ausrichtung und damit die präzise Wirkungsgrad optimale Funktion des Abgasturboladers wird bei einer vorteilbehafteteπ Ausfuhrungsform der Erfindung dadurch weiter verstärkt, dass der Bund einerseits mit einer korrespondierenden Flache einer die Leitelemente aufnehmenden Leitmatrize und andererseits mit einer korrespondierenden Flache eines Hitzeschilds des Abgasturboladers in Kontakt steht Durch diese Tatsache ist eine definierte Positionierung der Leitelemente ermöglicht, aus der sie sich auch bei hoher Beanspruchung des Abgasturboladers nicht bewegen können Gleichwohl ist eine einfache Montage ermöglicht, da zusätzliche Fixierelemente beispielsweise in Form von Schrauben und/oder Nieten unnötig sind Die Leitelemente werden beispielsweise einfach zusammen- bzw in ein Aufnahmeelement, beispielsweise in das Ringelement der Leitvorrichtung, gesteckt und auf die beschriebene Weise in ihrer Position fixiert Diese einfache Montage bietet wenig Spielraum für Montagefehler, was aufwandige Nacharbeiten im Falle einer Fehlmontage vermeidet Auch ist durch diese einfache Montage die Ausfallwahrscheinlichkeit herabgesetzt, wodurch Reparaturintervalle vergrößert werden können, was dem Fahrer des Kraftwagens mit einem derartigen Abgasturbolader bezüglich einer Erhöhung des Komforts zugute kommt

Die Leitvorrichtung muss nicht notwendigerweise die Form eines Leitgitters mit Leitelementen bzw Leitschaufeln aufweisen Andere Leitvorrichtungeπ wie auch andere Verstellvorrichtungen als ein Axialschieber sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemaßen Abgasturbolader möglich Entscheidend ist, dass der Teileverbund aus Leitvorπchtung, Verstellvorrichtung und Konturhulsenelement einfach als Bauteilmodul bzw Kassette im erfindungsgemaßen Abgasturbolader montiert ist, wodurch einerseits Montage- und damit Gesamtkosten des Abgasturboladers reduziert sind, und andererseits eine Ausfallwahrscheinlichkeit in Folge der einfachen Montage abgesenkt ist

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist das Konturhulsenelement einen kleinen Durchmesser und einen großen Durchmesser auf, wobei die Verstellvorrichtung lediglich mittels des kleinen Durchmessers und gegebenenfalls mittels eines Stifts gefuhrt ist Auf diese Weise lasst sich zum einen eine sichere und präzise Fuhrung der Verstellvorrichtung realisieren, zum anderen ist eine Doppelpassung vermieden, da ein direkter Kontakt des Konturhulsenelements auf zwei unterschiedlich großen Durchmessern mit der Verstellvorrichtung nicht vorliegt Dies resultiert in einer Vermeidung eines hohen Fertigungsaufwands und damit hoher Fertigungskosten

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass mittels des großen Durchmessers eine Dichtfunktion realisiert ist, wodurch der Teileverbund gegenüber dem Turbinengehause abgedichtet ist Dadurch wird ein Austreten von Abgas in das Turbinengehause und in der Folge dessen in die Umwelt verhindert

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausfuhrungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmaiskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmaiskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen Die Zeichnungen zeigen in

Fig 1 eine perspektivische Ansicht sowie eine Langsschnittansicht eines

Teileverbunds aus einem Axialschieber und einer Konturhulse für einen Abgasturbolader,

Fig 2 eine perspektivische Ansicht des Teileverbunds gemäß Fig 1 aus dem

Axialschieber und der Konturhulse, wobei der Teileverbund um ein Leitgitter erweitert ist, sowie abschnittsweise eine Langsschnittansicht dieses Teileverbunds montiert in einem Turbinengehause eines Abgasturboladers,

Fig 3 eine perspektivische Ansicht eines mehrteiligen Leitgitters mit einer

Leitschaufelmatrize und einer Mehrzahl an Leitschaufeln,

Fig 4 abschnittsweise zwei Längsschnitte durch unterschiedliche Ebenen eines

Turbinengehauses eines Abgasturboladers, in welchem der Teileverbund gemäß Fig 2 montiert ist, wobei das einteilige Leitgitter gemäß Fig 2 durch das mehrteilige Leitgitter gemäß Fig 3 ersetzt ist und wobei dieses Leitgitter in Fig 4 auf eine zu Fig 2 alternative Ausfuhrungsform im Turbinengehause fixiert ist und

Fig 5 eine perspektivische Ansicht des Teileverbunds gemäß Fig 2, wobei in

Fig 5 wie in Fig 4 das einteilige Leitgitter gemäß Fig 2 durch das mehrteilige Leitgitter gemäß Fig 3 ersetzt ist In der Figurenbeschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente

Wahrend Fig 1 einen Teileverbund aus einem Axialschieber zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradeintπttsbereich und einer Konturhulse zur Beeinflussung von Stromungsparametern in einem Turbinenradaustnttsbereich zeigt, ist in Fig 2 dieser Teileverbund aus Fig 1 um ein einteiliges Leitgitter erweitert, welches eine Mehrzahl an Leitschaufeln aufweist, die in eine Leitschaufelmatrize des Axialschiebers eintauchen, sowie eine Montage dieses Teileverbunds in einem Turbinengehause des Abgasturboladers dargestellt Die Fig 3 zeigt eine mögliche Ausfuhrungsform eines mehrteiligen Leitgitters mit einer Leitschaufelmatrize und einer Mehrzahl an Leitschaufeln Die Fig 4 zeigt eine Montage des Teileverbunds gemäß Fig 2, wobei in Fig 4 das einteilige Leitgitter durch das mehrteilige Leitgitter gemäß Fig 3 ersetzt ist, wobei eine Fixierung des mehrteiligen Leitgitters im Turbinengehause auf eine andere Art erfolgt als die des einteiligen Leitgitters in Fig 2 Fig 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Teileverbund aus dem Axialschieber, der Konturhulse und dem mehrteiligen Leitgitter

Die Fig 1 zeigt einen Teileverbund 10, der einen Axialschieber 12 und eine Konturhulse 14 aufweist Mittels des Axialschiebers 12 kann ein Aufstauverhalten einer Turbine eines Abgasturboladers, bei dem ein derartiger Teileverbund 10 zum Einsatz kommt, variiert werden

Der Axialschieber 12 wird auf einem kleinen Durchmesser 22 der Konturhulse 14 und auf einem Stift 16 gefuhrt Ein großer Durchmesser 24 der Konturhulse 14 hat lediglich eine Dichtfunktion, direkter Kontakt mit der Konturhulse 14 ist nicht möglich Eine Verstellkraft 18 wird direkt in den Axialschieber 12 über einen Verstelleingriff 20 eingeleitet Dabei greift eine nicht dargestellte Vorrichtung in den Verstelleingriff 20 ein Diese Vorrichtung kann beispielsweise mittels eines Aktuators geregelt verstellt werden Bei dem in Fig 1 gezeigten Teileverbund kann der Axialschieber 12 nur in axialer Richtung 26 bewegt werden Em Verdrehen des Axialschiebers 12 relativ zur Konturhulse 14 nicht möglich In einem montierten Zustand des Teileverbunds 10 ist vorgesehen, dass die Konturhulse 14 fest in einem Turbinengehause des Abgasturboladers montiert ist

Die Fig 2 zeigt einen Teileverbund 10', welcher gegenüber dem Teileverbund 10 um ein einteiliges Leitgitter 17 erweitert ist Damit umfasst der Teileverbund 10' in Fig 2 den Axialschieber 12, die Konturhulse 14 und das einteilige Leitgitter 17 Für die Fuhrung des Axialschiebers 12 gilt dasselbe wie bereits im Zusammenhang mit Fig 1 beschrieben ist Ein über die Konturhulse 14 gegen ein Verdrehen gesicherter Axialschieber 12 bietet eine Möglichkeit, dass nun auf ein fest mit dem Turbinengehause 28 verbundenes Leitgitter 17 verzichtet werden kann Das Leitgitter 17 muss im Turbinengehause 28 lediglich in axialer und radialer Richtung fixiert werden Ein Verdrehen des Leitgitters 17 ist durch den Axialschieber 12 verhindert

Das Leitgitter 17 wird dabei radial über das Turbinengehause 28 zentriert, und zwar mittels eines Bunds 32 Zur Verhinderung einer Bewegung des Leitgitters 17 in axialer Richtung dient ein Sicherungsring 30 Der Sicherungsring 30 wird dabei in einer Nut 31 des Turbinengehauses 28 angeordnet In einem montierten Zustand greift der Sicherungsring 30 ebenso in eine korrespondierende Nut 33 des einteiligen Leitgitters 17 Das einteilige Leitgitter 17 ist somit auch in seiner axialen Lage festgelegt

Bei dieser Ausfuhrungsform ist es möglich, dass der Teileverbund 10' bestehend aus dem Axialschieber 12, der Konturhulse 14 und dem einteiligen Leitgitter 17 mitsamt dem Stift 16 als Einheit von einer Turbinenaustrittsseite 34 her in das Turbinengehause 28 geschoben werden kann Auf diese Weise kann der Teileverbund 10', der auch als Kassette bezeichnet werden kann, bereits vor einer Endmontage eines Abgasturboladers, bei dem der Teileverbund 10' zum Einsatz kommt, zusammengesetzt werden Diese Modulaπtat spart sowohl Montagezeit ein, was Montagekosten senkt Als auch wird ein Risiko einer Fehlmontage abgesenkt, wodurch kostenintensive Nacharbeiten vermieden werden, und eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers wahrend eines Betriebs desselbigen herabgesetzt wird

Die Fig 3 zeigt ein mehrteiliges Leitgitter 14, welches eine Leitschaufelmatπze 42 aufweist, an welcher eine Mehrzahl an Leitschaufeln 44 anordenbar sind Ein derartiges mehrteiliges Leitgitter 40 kann das hinsichtlich einer Bauteilgroße und hinsichtlich Toleranzanforderungen äußerst kostenintensive einteilige Leitgitter 17 gemäß Fig 2 ersetzen Derartige Leitgitter werden in der Regel mittels eines Feingussverfahrens hergestellt, um den angesprochenen hohen Toleranzanforderungen zu genügen

In Fig 4 ist ein in einem Turbinengehause 28' montierter, dem Teileverbund 10' gemäß Fig 2 ähnlicher Teileverbund montiert, wobei sich der Teileverbund in Fig 4 von dem Teileverbund 10' in Fig 2 dadurch unterscheidet, dass das einteilige Leitgitter 17 nun durch das mehrteilige Leitgitter 40 gemäß Fig 3 ersetzt ist Damit besteht der Teileverbund in Fig 4 aus dem Leitschieber 12, der Konturhulse 14 und dem mehrteiligen Leitgitter 40, welches beschriebener maßen eine Leitschaufelmatrize 42 und eine Mehrzahl an Schaufelelementen 44 aufweist Die Leitschaufelmatπze 42 wird im Turbinengehause 28' zentriert Zur Fixierung der Leitschaufelmatπze 42 in axialer Richtung dient ein Bund 46 an der Leitschaufelmatrize 42, der in eine entsprechende Gegenkontur im Turbinengehause 28' eingerastet ist An dieser Stelle unterscheidet sich das Turbinengehause 28' in Fig 4 von dem Turbinengehause 28 in Fig 2, da in Fig 2 eine Fixierung des dort einteiligen Leitgitters 17 mittels eines Bunds 32 und eines Sicherungsrings 30 realisiert ist

Die Leitschaufelmatrize 42 des Teileverbunds in Fig 4 ist demgegenüber durch eben den Bund 46 in radialer und axialer Richtung fixiert Die Montage kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leitschaufelmatrize 42 leicht in radialer Richtung zusammengedruckt wird und in das Turbinengehause 28' eingeschoben wird Die einzelnen Leitschaufeln 44 des Leitgitters 40 sind mittels eines Bunds 52 axial fixiert Zur Fixierung der Leitschaufeln 44 in Richtung eines Turbinenaustritts, welche durch den Richtungspfeil 54 gekennzeichnet ist, steht eine Flache des Bunds 52 mit einer korrespondierenden Flache der Leitschaufelmatrize 42 in Kontakt Dies verhindert eine axiale Bewegung der Leitschaufeln 44 in Richtung des Turbinenaustritts 54 In die entgegen gesetzte Richtung die durch einen Richtungspfeil 56 gekennzeichnet ist, also in Richtung eines Lagergehauses 10, ist die axiale Bewegung der Leitschaufeln 44 dadurch verhindert, dass eine andere Flache des Bunds 52 mit einer korrespondierenden Flache eines Hitzeschilds 50 in Kontakt steht

Durch die beschriebenen beidseitigen Kontakte des Bunds 52, einerseits mit der Leitschaufelmatrize 42 und andererseits mit dem Hitzeschild 50, sind somit die Leitschaufeln 44 des Leitgitters 40 in ihrer axialen Richtung festgelegt In radialer Richtung werden die Leitschaufeln 44 durch eine Kontur der Leitschaufelmatrize 42 fixiert, in welche die Leitschaufeln 44 beschriebener maßen bei einem Zusammenbau des mehrteiligen Leitgitters 40 eingebracht werden

Auch mit einer in Fig 4 dargestellten Anordnung ist es möglich, dass der Teileverbund aus dem Axialschieber 12, der Konturhulse 14 und dem mehrteiligen Leitgitter und sogar gegebenenfalls mit dem Stift 16 als eine Einheit von einer Turbinenaustrittsseite 34' in das Turbiπengehause 28' geschoben werden kann bzw eingebracht werden kann Somit kann auch dieser Teileverbund bereits vor einer Endmontage eines Turboladers, bei dem der derartige Teileverbund eingesetzt wird, zusammengesetzt werden, was wie bereits in Zusammenhang mit Fig 2 beschrieben einen Montageaufwand und damit Montagekosten senkt, als auch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers reduziert Die Fig. 5 zeigt einen Teileverbund 10", wie er gemäß Fig. 4 im Turbinengehäuse 28' montiert ist. Wie gerade im Vergleich mit Fig. 2 zu erkennen ist, ist beim Teileverbund 10" nun das mehrteilige Leitgitter 40 angeordnet, welches die Leitschaufelmatrize 42 aufweist, mittels welcher die Leitschaufeln 44 aufgenommen sind. Besonders gut in Fig. 5 zu sehen ist die Festlegung in einer axialen Richtung der Leitschaufeln 44 mittels des Bunds 46, der mit einer Fläche mit einer korrespondierenden Fläche der Leitschaufelmatrize 42 in Kontakt steht. Weiterhin weist der Teileverbund 10" die bereits gemäß Fig. 2 bekannten Elemente in Form des Axialschiebers 12, der Konturhülse 14 und des Stifts 16 auf. Wie bereits beschrieben, ist auch dieser Teileverbund 10" als eine Einheit bzw. eine Kassette in ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers montierbar, wodurch ein Montageaufwand und damit Montagekosten gesenkt werden als auch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers reduziert wird.

Claims

Patentansprüche

1. Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse (28), mit einer Leitvorrichtung (17) mit Leitelementen (44) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbiπenradeintrittsbereich, mit einer der Leitvorrichtung (40) zugeordneten bewegbaren Verstellvorrichtung (12) und mit einem Konturhülsenelement (14) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradaustrittsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17), das Konturhülsenelement (14) und die Verstellvorrichtung (12) als ein Teileverbund (10') im Abgasturbolader montiert sind.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teileverbund (10') von einer Turbinenaustrittsseite (34) her montiert ist.

3. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (12) als ein in eine Richtung einer Drehachse des Turbinenrades verstellbarer Axialschieber (12) ausgebildet ist, mittels dessen die Leitvorrichtung (17) zumindest teilweise umfassbar ist.

4. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) mittels einer Zentriervorrichtung (32), insbesondere eines Bunds (32), im Turbinengehäuse (28) zentriert ist.

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) mittels eines Sicherungselements (30), insbesondere eines Sicherungsrings (30), im Turbiπengehause (28) fixiert ist

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (40) mittels eines Bunds (46) im Turbinengehause (28') axial fixiert ist

Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (46) eine korrespondiere Gegenkontur eingerastet ist

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (17) als ein Leitgitter (17) ausgebildet ist, welches eine Mehrzahl an Schaufelelementen (44) und ein Ringelement (42) zur Aufnahme der Schaufelelemente (44) aufweist

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (40) mehrteilig ausgebildet ist

Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (44) der Leitvorrichtung (40) jeweils mittels eines Bunds (52) in axialer Richtung des Abgasturboladers festgelegt sind

Abgasturbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (52) einerseits mit einer korrespondieren Flache einer die Leitelemente (44) aufnehmenden Leitmatrize (42) und andererseits mit einer korrespondieren Flache eines Hitzeschilds (50) des Abgasturboladers in Kontakt steht Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturhülsenelement (14) einen kleinen Durchmesser (22) und einen großen Durchmesser (24) aufweist, wobei die Verstellvorrichtung

(12) lediglich mittels des kleinen Durchmessers (22) und gegebenenfalls mittels eines Stifts (16) geführt ist.

13. Abgasturbolader nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileverbund (10') mittels des großen Durchmessers (24) abgedichtet ist.