Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
COMPRESSOR FOR A CHARGING DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CHARGING DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/052732
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compressor (30) for a charging device (1) of an internal combustion engine. An iris diaphragm mechanism (50) is arranged upstream of the compressor wheel (13). An actuator (61) is provided which is mechanically coupled to an adjusting ring (53) of the iris diaphragm mechanism (50) so as to transmit a torque of an actuator shaft (62) to the adjusting ring (53) in order to rotate the adjusting ring (53). A pivotal coupling pin (64) is eccentrically arranged on the actuator shaft (62), said coupling pin having a bearing bush (66) which can be moved along a longitudinal axis of the coupling pin (64). The bearing bush (66) is mounted on two fingers (67) of an adjusting lever (53a) of the adjusting ring (53) between the fingers (67) in a movable manner along same. An outer contact surface (71) of the bearing bush (66) has a spherical shape, and inner contact surfaces (72) of the two fingers (67) have a cylindrical shape corresponding to the spherical outer contact surface (71) of the bearing bush (66) and are in sliding contact with the outer contact surface (71) of the bearing bush (66). The invention also relates to a charging device (1).

Inventors:
BOGNER, Mathias (Wendelinstraße 6, Straubing, 94315, DE)
SCHÄFER, Christoph (Bergstr. 10, Coburg, 96450, DE)
SLAVIC, Sasa (Am Rohrbach 30, Heidelberg, 69126, DE)
Application Number:
EP2018/070255
Publication Date:
March 21, 2019
Filing Date:
July 26, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
F04D27/02; F04D29/42
Domestic Patent References:
WO2016041024A22016-03-24
Foreign References:
DE102012011423B32013-11-07
US20100196145A12010-08-05
US20070231125A12007-10-04
US20160265424A12016-09-15
DE102011121996A12013-06-27
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verdichter (30) für eine Aufladevorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine, aufweisend

ein Verdichterrad (13), welches drehfest auf einer drehgelagerten Läuferwelle (14) angeordnet ist;

einen Luftzuführkanal (36) zum Leiten eines Luftmas¬ senstroms (LM) auf das Verdichterrad (13);

einen stromaufwärts vor dem Verdichterrad (13) ange¬ ordneten Irisblendenmechanismus (50), der mehrere über einen drehbar gelagerten Verstellring (53) verstellbare Lamellen (52) zum Schließen oder Öffnen einer Blendenöffnung (55) aufweist, so dass ein Strömungsquerschnitt für den Luftmassenstrom (LM) zum Anströmen des Verdichterrads (13) variabel einstellbar ist; und

einen Aktuator (61) mit einer Aktuatorwelle (62), der mechanisch mit dem Verstellring (53) zum Übertragen eines Drehmoments der Aktuatorwelle (62) auf den Verstellring (53) zum Verdrehen des Verstellrings (53) gekoppelt ist, wobei zur mechanischen Kopplung

an der Aktuatorwelle (62) exzentrisch ein verschwenkbarer Koppelstift (64) angeordnet ist, der eine entlang einer Längsachse des Koppelstifts (64) ver¬ schiebbare Lagerbuchse (66) aufweist,

die Lagerbuchse (66) zwischen zwei Fingern (67) eines Stellhebels (53a) des Verstellrings (53) verschiebbar entlang der Finger (67) an den Fingern (67) gelagert ist, eine äußere Kontaktoberfläche (71) der Lagerbuchse (66) sphärisch ausgebildet ist, und

innere Kontaktoberflächen (72) der beiden Finger (67) korrespondierend zu der sphärischen äußeren Kontakt¬ oberfläche (71) der Lagerbuchse (66) zylindrisch ausge¬ bildet sind und in Gleitkontakt mit der äußeren Kon¬ taktoberfläche (71) der Lagerbuchse (66) stehen.

2. Verdichter (30) nach Anspruch 1, wobei die Lagerbuchse (66) drehbar um die Längsachse (69) des Koppelstifts (64) gelagert ist. Verdichter (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich eine Drehachse (65) der Aktuatorwelle (62) des Aktuators (61) und eine Drehachse (68) des Verstellrings (53) schneiden.

Verdichter (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich eine Drehachse (65) der Aktuatorwelle (62) des Aktuators (61) und eine Drehachse (68) des Verstellrings (53) nicht schneiden.

Verdichter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drehachse (65) der Aktuatorwelle (62) des Aktuators (61) und eine Drehachse (68) des Verstellrings (53) senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

Verdichter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Drehachse (65) der Aktuatorwelle (62) des Aktuators (61) und eine Drehachse (68) des Verstellrings (53) unter einem vorbestimmten Winkel kleiner als 90° zueinander ausgerichtet sind.

Verdichter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zwischen den inneren Kontaktoberflächen (72) der Finger (67) und der äußeren Kontaktoberfläche (71) der Lagerbuchse (66) als Übergangspassung ausgebildet ist.

Verdichter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sicherungselement, etwa ein Sicherungsring, an dem Koppelstift (64) angeordnet ist, um die verschiebbare Lagerbuchse (66) auf dem Koppelstift (64) zu sichern.

Verdichter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerbuchse (66) einen Kunststoffwerkstoff aufweist oder aus diesem besteht.

Aufladevorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Läuferlager (40), in welchem eine Läu¬ ferwelle (14) drehbar gelagert ist, und

einen Verdichter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufladevorrichtung (1) als Abgastur- bolader oder als elektromotorisch betriebener Lader als ein über eine mechanische Kopplung mit der Brenn kraftmaschine betriebener Lader ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Verdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine und Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine und eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Aufladevorrichtungen wie Abgasturbolader werden vermehrt zur

Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den

Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in

Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den C02 _ Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um einen Druck in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden. Ein Abgasturbolader weist eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbi ¬ nengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmas- senstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluft ¬ verdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin ange ¬ ordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf . Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der soge- nannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwel ¬ lenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den

Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit

Luft-Sauerstoff bewirkt wird. Der Verdichter ist in seinem Betriebsverhalten charakterisiert durch ein sogenanntes Verdichterkennfeld, das den Druckaufbau über den Massendurchsatz für verschiedene Verdichterdrehzahlen oder Umfangsgeschwindigkeiten beschreibt. Ein stabiles und nutzbares Kennfeld des Verdichters wird begrenzt durch die sogenannte Pumpgrenze hin zu niedrigen Durchsätzen, durch die sogenannte Stopfgrenze hin zu höheren Durchsätzen und strukturmechanisch durch die maximale Drehzahlgrenze. Beim Anpassen einer Aufladevorrichtung wie dem Abgasturbolader an einen Verbrennungsmotor wird ein Verdichter mit für den Verbren- nungsmotor möglichst günstigem Verdichterkennfeld ausgewählt.

Hierbei sollten folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

- Eine Motorvolllastlinie soll komplett innerhalb des nutzbaren

Verdichterkennfelds liegen;

- vom Fahrzeughersteller geforderte Mindestabstände zu den Kennfeldgrenzen sollen eingehalten werden;

- maximale Verdichterwirkungsgrade sollen bei Nennlast und in einem Bereich eines unteren Eckdrehmomentes des Verbrennungsmotors vorliegen; und

- das Verdichterrad soll ein minimales Trägheitsmoment haben. Die gleichzeitige Erfüllung aller genannten Voraussetzungen wäre mit einem herkömmlichen Verdichter ohne Zusatzmaßnahmen nur eingeschränkt möglich. Beispielsweise würden sich folgende Zielkonflikte durch gegenläufige Trends ergeben:

- Reduktion des Trägheitsmoments des Verdichters und Maximierung der Kennfeldbreite und des Spitzenwirkungsgrades,

- Reduktion des Spülens im Bereich des unteren Eckdrehmoments und Maximierung der spezifischen Nennleistung, - Verbesserung des Ansprechverhaltens und Erhöhung der spe ¬ zifischen Nennleistung des Verbrennungsmotors.

Die genannten Zielkonflikte könnten durch ein Verdichter-Design gelöst werden, das ein breites Kennfeld bei minimalem Träg ¬ heitsmoment sowie maximale Wirkungsgrade auf der Volllastlinie des Motors aufweist.

Neben den genannten stationären Anforderungen muss auch bei transienten Betriebszuständen, zum Beispiel bei einem schnellen Lastabwurf des Verbrennungsmotors, ein stabiles Betriebsver ¬ halten des Verdichters gewährleistet sein. Dies heißt, dass der Verdichter auch bei einer plötzlichen Abnahme des geförderten Verdichtermassenstroms nicht ins sogenannte Pumpen gelangen darf.

Mit Einschränkung auf den Verdichtereinlass eines Abgastur ¬ boladers ist die oben genannte Lösung bisher durch Zusatzmaßnahmen, wie einem verstellbaren Schaufel-Vorleitapparat , Maßnahmen zur Reduktion eines Einlassquerschnitts des Ver ¬ dichters oder einem festen Rezirkulationskanal , auch bekannt als Ported Shroud beziehungsweise kennfeidstabilisierende Maßnahme, erreicht worden. Bei den variablen Lösungen wird die Verbreiterung des nutzbaren Arbeitsbereiches des Verdichters durch aktives Verschieben des Kennfeldes erreicht. So wird bei Mo ¬ torbetrieb mit niedrigen Drehzahlen und Durchsätzen das Verdichterkennfeld nach links hin zu niedrigen Massenströmen verschoben, während im Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen und Durchsätzen das Verdichterkennfeld nicht oder nach rechts verschoben wird.

Der Schaufel-Vorleitapparat verschiebt durch die Einstellung von Schaufelwinkeln und Induktion eines Vordralls in beziehungsweise gegen die Verdichterraddrehrichtung das gesamte Verdichter- kennfeld hin zu kleineren beziehungsweise größeren Durchsätzen. Der Verstellmechanismus des Vorleitapparats stellt jedoch eine filigrane, komplizierte und teure Lösung dar. Die Maßnahmen mit Verengung des Verdichtereinlasses durch Querschnittsreduktion verschieben das Verdichterkennfeld hin zu kleineren Durchsätzen, in dem der Einlassquerschnitt durch Schließen der Konstruktion unmittelbar vor dem Verdichter verkleinert wird. Im geöffneten Zustand geben die Maßnahmen möglichst den gesamten Einlassquerschnitt wieder frei und beeinflussen beziehungsweise verschieben so das Kennfeld nicht oder nur marginal. Mögliche, derartige Lösungen sind bei ¬ spielsweise in der US 2016/265424 AI oder der DE 102011121996 AI beschrieben.

Bei dem festen Rezirkulationskanal handelt es sich um eine passive Lösung. Er verbreitert den nutzbaren Kennfeldbereich des Verdichters ohne dessen Kennfeld grundsätzlich zu verschieben. Er stellt im Verhältnis zum Vorleitapparat und der beschriebenen variablen Querschnittsreduktion eine deutlich günstigere, aber gleichzeitig weniger effiziente Lösung dar.

Zur Vermeidung des Pumpens bei einem schnellen Lastabwurf wird gewöhnlich ein sogenanntes Schubumluft-Ventil eingesetzt, das im Falle der plötzlichen Abnahme des Ladeluftmassenstroms durch den Motor einen Bypass vom Verdichteraustritt zum Verdichtereintritt öffnet und so den Verdichter im stabilen Kennfeldbereich rechts von der Pumpgrenze hält. Eine Kombination aus aktiven Maßnahmen, wie dem variablen Vorleitapparat und dem Schubumluft-Ventil, ist denkbar, aber unüblich.

Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Konzept für eine Aufladevorrichtung anzugeben, welches zu einem effizienten Betrieb der Aufladevorrichtung beiträgt.

Es wird ein Verdichter, etwa ein Radialverdichter, für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine offenbart. Der Verdichter weist ein Verdichterrad auf, welches drehfest auf einer drehgelagerten Läuferwelle angeordnet ist. Der Verdichter weist einen Luftzuführkanal zum Leiten eines Luftmassenstroms auf das Verdichterrad auf. Der Verdichter weist einen strom ¬ aufwärts vor dem Verdichterrad angeordneten Irisblendenme- chanismus auf, der mehrere über einen drehbar gelagerten Verstellring verstellbare Lamellen zum Schließen oder Öffnen einer Blendenöffnung aufweist, so dass ein Strömungsquerschnitt für den Luftmassenstrom zum Anströmen des Verdichterrads va- riabel einstellbar ist. Der Verdichter weist einen Aktuator mit einer Aktuatorwelle auf, der mechanisch mit dem Verstellring zum Übertragen eines Drehmoments der Aktuatorwelle auf den Ver ¬ stellring zum Verdrehen des Verstellrings gekoppelt ist. Zur mechanischen Kopplung ist an der Aktuatorwelle exzentrisch ein verschwenkbarer Koppelstift angeordnet, der eine entlang einer Längsachse des Koppelstifts verschiebbare Lagerbuchse aufweist. Bei der Lagerbuchse handelt es sich beispielsweise um eine Gleitlagerbuchse. Die Lagerbuchse ist zwischen zwei Fingern eines Stellhebels des Verstellrings verschiebbar entlang der Finger an den Fingern gelagert. Eine äußere Kontaktoberfläche der Lagerbuchse ist sphärisch ausgebildet. Innere Kontaktober ¬ flächen der beiden Finger sind korrespondierend zu der sphä ¬ rischen äußeren Kontaktoberfläche der Lagerbuchse zylindrisch ausgebildet und stehen in Gleitkontakt mit der äußeren Kon- taktoberfläche der Lagerbuchse.

Der Verdichter für die Aufladevorrichtung sieht einen variablen Irisblendenmechanismus vor, der typischerweise direkt vor dem Verdichtereinlass zur Kennfeldverschiebung angeordnet ist. Der Irisblendenmechanismus kann auch als Irisblende oder Irisdrossel bezeichnet werden und hat die Aufgabe, den Einlassmassenstrom des Verdichters durch stufenlose Veränderung des Strömungsquerschnitts einzustellen. Die Irisdrossel wirkt dabei wie eine Art Maskierung eines äußeren Bereichs des Verdichtereinlasses. Bei zunehmender Drosselung, das heißt Querschnittsverengung, übernimmt die Irisdrossel gleichzeitig die Aufgabe eines Schubumluft-Ventils, da sie ein Pumpen des Verdichters un ¬ terbinden kann. Dadurch ist es möglich, den Betriebsbereich des Verdichters aktiv zu beeinflussen und zusätzlich den Verdichter bei einem plötzlichen Lastabwurf des Motors in einem stabilen Betriebspunkt zu halten. Der Irisblendenmechanismus weist mehrere, durch Drehung in ¬ einander verschiebbare Lamellen auf. Der Irisblendenmechanismus ist an oder in einem feststehenden Gehäuse gelagert. Jede Lamelle ist einerseits in beziehungsweise an dem feststehenden Gehäuse und andererseits an einem bewegbar gelagerten Verstellring gelagert. Das Gehäuse ist beispielsweise ein separates Gehäuse des Irisblendenmechanismus, Teil des Verdichtergehäuses der Aufladevorrichtung oder mehrteilig ausgebildet, etwa durch einen Teil des Verdichtergehäuses und ein separates, zusätzliches Gehäuseteil. Das Gehäuse ist beispielsweise ringförmig aus ¬ gebildet oder hat einen ringförmigen Abschnitt. Die Lamellen werden über den Verstellring synchronisiert und gemeinsam bewegt. Durch Drehung des Verstellrings wird auch die Drehung der Lamellen ausgelöst. Bei einer Drehung der Lamellen parallel zur Drehachse des Verdichterrads schwenken die Lamellen radial nach innen und führen so zu einer gewünschten Verengung des Strömungsquerschnittes direkt vor dem Verdichterrad. Der Ver ¬ stellring selbst wird über den Aktuator angesteuert und bewegt. Der Aktuator ist beispielsweise ein elektrisch oder pneumatisch betriebener Steller.

Eine Lamelle hat einen im Wesentlichen plattenförmigen und/oder flachen Lamellengrundkörper, der für die Abschirmung des Luftmassenstroms und somit der Einstellung der Blendenöffnung dient. Für die Lagerung am Gehäuse und Verstellring weist eine Lamelle etwa zwei Halteelemente (auch Betätigungselemente) auf, die beispielsweise jeweils in einem Befestigungsabschnitt des Lamellengrundkörpers angeordnet sind. Ein Halteelement ist beispielsweise als Haltestift oder stiftförmiger Haltekörper ausgebildet. Ein Halteelement erstreckt sich typischerweise normal zu einer Haupterstreckungsebene des Lamellengrundkör ¬ pers. Die Befestigungsabschnitte können beispielsweise als ein erstes und ein zweites Ende oder als ein erster beziehungsweise zweiter Endbereich der jeweiligen Lamelle ausgebildet sein. Die beiden Befestigungsabschnitte einer Lamelle haben typischer ¬ weise gleiche Wandstärken. ^

Der Luftzuführkanal ist in dem Verdichter ausgebildet. Bei ¬ spielsweise ist der Luftzuführkanal zumindest teilweise durch das Verdichtergehäuse, den Irisblendenmechanismus, einen An ¬ saugstutzen und/oder andere Komponenten des Verdichters aus- gebildet.

Der Verdichter sieht weiter eine besonders effiziente und vorteilhafte mechanische Kopplung des Aktuators mit dem Ver ¬ stellring zur Betätigung dessen vor. Mittels der sphärisch, etwa kugelförmig, ausgebildeten Lagerbuchse ist es möglich, das von dem Aktuator erzeugte Drehmoment auf den Verstellring in jedem Betriebspunkt präzise zu übertragen, ohne dabei zusätzliche Kräfte oder Widerstände auf den Irisblendenmechanismus selbst oder andere Komponenten des Verdichters zu bewirken. Insbe ¬ sondere trägt die erfindungsgemäße Kopplung mit dem Verstellring dazu bei, dass ein vergleichsweise geringes Drehmoment zum Steuern des Verstellrings benötigt wird. Zusätzlich wird zu einem besonders geringen Verschleiß des Mechanismus und der Kopplung beigetragen. Durch die Führung der sphärischen, etwa kugelförmigen, Buchse an korrespondierenden Zylinderflächen mit in etwa gleichem Radius ist ein Liniengleitkontakt bewirkt, der sich wegen geringerer Hertzscher Pressung vorteilhaft gegenüber einer reinen Punktkontaktierung zeigt. Ein weiterer Vorteil der beschrieben Kopplung liegt darin, dass sich Drehachsen der Aktuatorwelle und des Verstellrings nicht zwingend schneiden müssen. Es sind somit Ausführungsformen denkbar, bei der sich diese Achsen schneiden oder nicht. Des Weiteren ist es nicht zwingend notwendig, dass die beiden zuvor genannten Achsen in einem 90° Winkel zueinander ausgerichtet sind. Es sind auch andere Winkel kleiner 90° denkbar. Bei derartigen Winkeln handelt es sich um den kleinsten zwischen den beiden Achsen ausgebildeten Winkel. Dadurch kann beispielsweise auf Bauraum bedingte Zwänge oder Vorgaben Rücksicht genommen werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine Fertigungsgenau ¬ igkeit der Finger des Stellhebels, der Lagerbuchse und des Koppelstifts nicht besonders hoch, sondern im Gegenteil ver- 0

o

gleichsweise ungenau hinsichtlich der Fertigungstoleranzen sein kann. Dadurch können Produktions- und Herstellungskosten gesenkt werden . Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der beschriebene Me ¬ chanismus dazu beiträgt keine Axialkräfte durch den Aktuator auf den Verstellring zu übertragen. Bei den Axialkräften handelt es sich um solche Kräfte, die axial bezüglich einer Drehachse des Verstellrings wirken würden. Dies trägt zu einer Langlebigkeit und einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit der beschriebenen Kopplung und somit letztlich auch des Verdichters und somit einer Aufladevorrichtung bei.

Die Vorteile sind dadurch bewirkt, dass die Lagerbuchse selbst längsverschieblich an dem Koppelstift gelagert ist, etwa entlang einer Rotationsachse bzw. Längsachse des beispielsweise zy ¬ lindrischen Koppelstifts. Die Lagerbuchse ist dabei im ge ¬ koppelten Zustand unverlierbar auf dem Koppelstift angeordnet. Zusätzlich kann optional für die Montage oder auch für den Betrieb ein axiales Sicherungselement, etwa ein Sicherungsring, vor ¬ gesehen sein, um die Lagerbuchse auf dem Koppelstift zu halten. Der Koppelstift selbst ist über die Lagerbuchse zusätzlich entlang der Finger des Stellhebels an diesen verschiebbar und/oder gleitbar gelagert. Beispielsweise ist der Koppelstift entlang einer zu der Längsachse des Koppelstifts oder entlang einer zu einer Drehachse der Aktuatorwelle senkrechten Verschieberichtung relativ zu den Fingern verschiebbar und/oder gleitbar an diesen gelagert. Des Weiteren ist der Stellhebel über die Finger aufgrund des sphärischen/zylindrischen Kontakts mit der Lagerbuchse um eine senkrecht zur Längsachse des Koppelstifts verlaufende Drehachse relativ zueinander rotierbar. Die

Drehachse entspricht beispielsweise einer gemeinsamen, ge ¬ dachten Zylinderachse der zylindrisch geformten Kontaktoberflächen der Finger.

Zusammengefasst kann bei Betätigung der Aktuatorwelle der Koppelstift über die Lagerbuchse relativ zu den Fingern in zwei translatorischen Richtungen verschoben werden bzw. an diesen gleiten und zusätzlich relativ zu den Fingern rotieren. Die Kopplung sieht somit zumindest drei Freiheitsgrade vor.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Lagerbuchse drehbar um die Längsachse des Koppelstifts gelagert. Dies trägt weiter zu den obigen Vorteilen und Funktionen bei. Insbesondere ist dadurch ermöglicht, dass die Lagerbuchse beim Längsverschieben entlang der Finger an den Fingern abrollt. Dadurch wird einen Reibverschleiß reduziert. Die Kopplung sieht demnach vier Frei- heitsgrade, zwei rotatorische und zwei translatorische, vor.

Gemäß einer Ausführungsform schneiden sich eine Drehachse der Aktuatorwelle und eine Drehachse des Verstellrings nicht. Dadurch wird eine besonders flexible Verwendbarkeit des Ver- dichters ermöglicht, wobei je nach räumlichen und baulichen

Gegebenheiten eine Kopplung des Aktuators mit dem Verstellring in unterschiedlichen Ausrichtungen der Drehachsen zueinander möglich ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform schneiden sich die Drehachsen. Dadurch wird zu einer kompakteren Bauweise beigetragen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Drehachsen der Aktuatorwelle und des Verstellrings senkrecht zueinander ausgerichtet. Dadurch bewegen sich der Koppelstift in einer ersten Drehebene und der Verstellring in einer zweiten Drehebene, wobei die beiden Drehebenen senkrecht zueinander stehen.

Gemäß einer Ausführungsform ist während des Öffnens oder Schließens der Blendenöffnung ein Passungsmaß zwischen den inneren Kontaktoberflächen der Finger und der äußeren Kontaktoberfläche der Lagerbuchse konstant. Dadurch wird zu einem gleichmäßigen und geringen Verschleiß bei der Betätigung des Mechanismus beigetragen. Insbesondere aufgrund der vielen Freiheitsgrade bei der Lagerung des Koppelstifts an dem Ver- stellring wird ermöglicht, dass das Spaltmaß konstant bleibt. Dadurch wird eine konstante Kraftübertragung in jedem Betriebspunkt des Verstellmechanismus ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen den inneren Kontaktoberflächen der Finger und der äußeren Kontaktoberfläche der Lagerbuchse eine Übergangspassung ausgebildet. Dadurch ist nur ein geringes oder sogar überhaupt kein Spaltmaß zwischen den beiden genannten Elementen vorgesehen. Beispielsweise überlappen die beiden Elemente. Dadurch kann eine feste Passung zwischen beiden Elementen erreicht werden, so dass beispielsweise besonders geringe oder gar keine Geräuschemissionen und Vibrationen beim Betätigen des Mechanismus entstehen (Stichwort NVH, Englisch: noise, Vibration and harshness) .

Gemäß einer Ausführungsform ist ein Sicherungselement, etwa ein Sicherungsring, an dem Koppelstift angeordnet, um die verschiebbare Lagerbuchse auf dem Koppelstift zu sichern.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lagerbuchse einen

Kunststoffwerkstoff aufweist oder besteht aus diesem. Dadurch werden ein akustisches Übertragungsverhalten und Dämpfungseigenschaften erheblich verbessert, weil ein Kontakt zwischen bewegten Teilen beispielsweise jeweils nur zwischen Kunststoff und Metall stattfindet.

Des Weiteren wird eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine offenbart, die ein Läuferlager , in welchem eine Läuferwelle drehbar gelagert ist, und einen Verdichter nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Die Aufladevorrichtung ist als Abgasturbolader oder als elektromotorisch betriebener Lader oder als ein über eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine betriebener Lader ausge- bildet. Die Aufladevorrichtung ist also beispielsweise als ein Abgasturbolader ausgebildet, der zum Antrieb des Verdichterlaufrades des Verdichters eine Abgasturbine aufweist oder ist alternativ als ein elektromotorisch betriebener Lader (auch E-Booster genannt) ausgebildet, der zum Antrieb des Verdich- terlaufrades des Verdichters einen elektromotorischen Antrieb aufweist. Weiterhin kann die Aufladevorrichtung alternativ zu den zuvor genannten Ausführungen auch als ein über eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine betriebener Lader ausgebildet sein. Eine solche Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Radialverdichter kann beispielsweise mittels eines Zwischengetriebes erfolgen, das einerseits mit einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine und andererseits mit der Läuferwelle des Radialverdichters in Wirkverbindung steht .

Die Aufladevorrichtung ermöglicht im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile und Funktionen. Insbesondere eignet sich der zuvor beschriebene Verdichter in sämtlichen Ausführungsformen sowohl für einen Abgasturbolader, bei dem wie eingangs erläutert eine Turbine durch einen Abgasmassenstrom angetrieben wird oder für einen elektromotorisch betriebenen Lader. Ein elektromotorisch betriebener Lader bzw. eine Aufladevorrichtung mit einem elektromotorisch betriebenen Lader wird auch als sogenannter E-Booster oder E-Kompressor bezeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Aufladevor ¬ richtung mit einem Verdichter mit Irisblendenmechanismus,

Figuren 2A bis 2C schematische Aufsichten des Irisblendenmechanismus in drei verschiedenen Zuständen,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit einem

Aktuator und einem Irisblendenmechanismus gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figuren 4A und 4B die Baugruppe gemäß einem Ausführungs ¬ beispiel der Erfindung in einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand, Figuren 5A und 5B Seitenansichten der Baugruppe im offenen Zustand und im geschlossenen Zustand, und

Figuren 6A und 6B teilweise geschnittene Aufsichten der

Baugruppe in dem geschlossenen Zustand und im offenen

Zustand .

Figur 1 zeigt schematisiert ein Beispiel einer Aufladevor ¬ richtung 1 in Schnittdarstellung, die einen Verdichter 30 (hier ein Radialverdichter) , ein Läuferlager 40 und eine Antriebs- einheit 20 umfasst. Der Verdichter 30 weist ein optionales Schub-Umluftventil (nicht dargestellt) auf und ein

Luft-Massestrom LM ist ebenfalls mit Pfeilen angedeutet. Ein sogenannter Laderläufer 10 der Aufladevorrichtung 1 weist ein Verdichterlaufrad 13 (auch Verdichterrad bezeichnet) sowie eine Läuferwelle 14 auf (auch Welle bezeichnet) . Der Laderläufer 10 rotiert im Betrieb um eine Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14. Die Läuferdrehachse 15 und gleichzeitig die Laderachse 2 (auch Längsachse bezeichnet) sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt und kennzeichnen die axiale Ausrichtung der Auf- ladevorrichtung 1. Der Laderläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier Radiallager 42 und einer Axiallagerscheibe 43 gelagert. Sowohl die Radiallager 42 als auch die Axiallagerscheibe 43 werden über Ölversorgungskanäle 44 eines Ölan- schlusses 45 mit Schmiermittel versorgt.

In diesem Beispiel weist eine Aufladevorrichtung 1, wie in Figur 1 dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind ein Gehäuse der Antriebseinheit 20, ein im Ansaugtrakt des Ver ¬ brennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und ein zwischen dem Gehäuse der Antriebseinheit 20 und Verdichter ¬ gehäuse 31 vorgesehenes Läuferlager 40 bezüglich der gemeinsamen Laderachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden, wobei auch alternative Anordnungen und Konfigurationen von Antriebseinheiten und Läuferlagern möglich sind.

Eine weitere Baueinheit der Aufladevorrichtung 1 stellt der Laderläufer 10 dar, der zumindest die Läuferwelle 14 und das in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnete Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung 131 aufweist. Das Verdichterlaufrad 13 ist auf einem Ende der Läuferwelle 14 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Laderachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 in der Laderachse 2 liegt, also mit dieser zusammenfällt. Das Verdichtergehäuse 31 weist einen Luftzuführkanal 36 auf, der optional einen Saugrohr-Anschlussstutzen 37 zum Anschluss an das Luft-Saugsystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist und in Richtung der Laderachse 2 auf das axiale Ende des Verdichterlaufrades 13 zu verläuft. Über diesen Luftzuführkanal 36 wird der Luftmassenstrom LM vom Verdichterlaufrad 13 aus dem Luft-Saugsystem angesaugt und auf das Verdichterrad 13 geleitet. Der Luftzuführkanal 36 kann auch ein Teil eines Ansaugstutzens sein und somit nicht Teil des Verdichtergehäuses 31. Der Luftzuführkanal 36 schließt beispielsweise an das Verdich- tergehäuse 31 an und bildet einen Verdichtereinlass 36a zum Leiten des Luftmassenstroms LM auf das Verdichterlaufrad 13.

Weiterhin weist das Verdichtergehäuse 31 in der Regel einen, ringförmig um die Laderachse 2 und das Verdichterlaufrad 13 angeordneten, sich schneckenförmig vom Verdichterlaufrad 13 weg erweiternden Ringkanal, einen sogenannten Spiralkanal 32, auf. Dieser Spiralkanal 32 weist eine zumindest über einen Teil des Innenumfanges verlaufende Spaltöffnung mit definierter

Spaltbreite, den sogenannten Diffusor 35, auf, der in radialer Richtung vom Außenumfang des Verdichterlaufrads 13 weg gerichtet in den Spiralkanal 32 hinein verläuft und durch den der

Luftmassenstrom LM vom Verdichterlaufrad 13 weg unter erhöhtem Druck in den Spiralkanal 32 strömt. Der Spiralkanal 32 weist weiterhin einen tangential nach außen gerichteten Luftabführkanal 33 mit einem optionalen Vertei ¬ ler-Anschlussstutzen 34 zum Anschluss an ein Luft-Verteilerrohr (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf. Durch den Luftabführkanal 33 wird der Luftmassenstrom LM unter erhöhtem Druck in das Luft-Verteilerrohr des Verbrennungsmotors geleitet.

Die Antriebseinheit 20 ist in Figur 1 nicht weiter detailliert und kann sowohl als Abgasturbine als auch als elektromotorische Antriebseinheit oder auch als eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine, z. B. als Zwischengetriebe, das das mit einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung steht, ausgeführt sein, was die Aufladevorrichtung 1 in einem Fall zu einem Abgasturbolader und im anderen Fall zu einem elektromotorisch betriebenen Lader auch als E-Booster oder E-Kompressor bezeichnet, oder zu einem mechanischen Lader macht . Im Falle eines Abgasturboladers wäre gegenüber des Verdich ¬ terrads 13 beispielsweise ein Turbinenlaufrad (auch Turbinenrad bezeichnet) vorgesehen, welches ebenfalls auf der Läuferwelle 14 drehfest angeordnet und von einem Abgasmassenstrom angetrieben würde .

Im Luftmassenstrom LM stromaufwärts vor dem Verdichterlaufrad 13 ist ein Irisblendenmechanismus 50 zusätzlich oder alternativ zu einem Schubumluft-Ventil (siehe Figur 1) im Luftzuführkanal 36 unmittelbar vor einem Verdichtereinlass 36a (auch Verdichtereintritt) angeordnet und/oder bildet zumindest einen

Teilbereich des Luftzuführkanals 36 unmittelbar vor dem Ver- dichtereinlass 36a des Verdichtergehäuses 31. Der Irisblen ¬ denmechanismus 50 ähnelt hinsichtlich seines Funktionsprinzips einer Irisblende in einem Fotoapparat. Der Irisblendenmecha ¬ nismus 50 ist dazu ausgebildet, eine Blendenöffnung zumindest teilweise zu schließen oder zu öffnen, so dass ein Strö- mungsquerschnitt für den Luftmassenstrom LM zum Anströmen des Verdichterlaufrads 13 zumindest über einen Teilbereich des Strömungsquerschnittes variabel einstellbar ist. Der Iris ¬ blendenmechanismus 50 ermöglicht eine Kennfeldverschiebung für den Verdichter 30, in dem dieser als variable Einlassdrossel für das Verdichterrad 13 fungiert.

Figuren 2A bis 2C zeigen schematisch den Irisblendenmechanismus 50 der Aufladevorrichtung 1 in drei verschiedenen Betriebs- zuständen. Der Irisblendenmechanismus 50 ist an oder in dem Verdichtergehäuse 31 festgelegt und/oder bildet dieses zumindest teilweise. Alternativ ist der Irisblendenmechanismus 50 an oder in einem separaten, feststehenden Gehäuse für den Irisblen- denmechanismus 50 gelagert. Alternativ ist der Irisblenden ¬ mechanismus 50 an beziehungsweise in einem mehrteiligen Gehäuse gelagert, wobei ein Teil des mehrteiligen Gehäuses durch das Verdichtergehäuse 31 und ein Teil durch ein zusätzliches se ¬ parates Gehäuse (-element) gebildet ist. Der Irisblendenme- chanismus 50 weist einen im Luftzuführkanal 36 konzentrisch zum Verdichtereinlass 36a festgelegten Lagerring 68, einen konzentrisch dazu angeordneten, um ein gemeinsames Zentrum drehbaren Verstellring 53 mit einem Stellhebel 53a und mehrere um einen jeweiligen Drehpunkt im Lagerring 68 drehbar gelagerte Lamellen 52 auf. Anstelle des Lagerrings 68 kann auch das

Verdichtergehäuse 31 oder ein anderes Gehäuse (-element) als Lager dienen. Die Lamellen 52 weisen beispielsweise einen plattenförmigen Lamellengrundkörper und zumindest ein stift- förmiges Betätigungselement (hier nicht erkennbar) , welches zur Betätigung der jeweiligen Lamelle 52 ausgebildet ist, als integrale Bestandteile der jeweiligen Lamelle 52 auf.

An dem Verstellring 53 sind die Lamellen 52 ebenfalls drehbar und/oder verschiebbar, etwa mittels des Betätigungselements, geführt. Im Beispiel hat der Verstellring 53 drei Nuten 54 (in den Figuren angedeutet) zur Lagerung/Führung der Lamellen 52. Über den Verstellring 53 werden die Lamellen 52 synchronisiert und bewegt. Der Verstellring 53 ist beispielsweise am oder im Gehäuse gelagert. Durch Betätigung des Verstellrings 53 werden die Lamellen 52 radial nach innen verschwenkt und verengen eine Blendenöffnung 55 des Irisblendenmechanismus 50. Figur 2A zeigt dabei die Blendenöffnung 55 mit einer maximalen Öffnungsweite (Offenstellung) , Figur 2B zeigt die Blendenöffnung 55 mit einer verringerten Öffnungsweite und Figur 2C zeigt die Blendenöffnung 55 mit einer minimalen Öffnungsweite (Schließstellung) .

Figur 3 zeigt eine Baugruppe 60 mit einem Irisblendenmechanismus 50 und einem Aktuator 61 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen, teilweise aufgebrochenen Ansicht. Die Baugruppe 60 ist beispielsweise Teil des anhand der Figuren 1 und 2A bis 2C beschriebenen Verdichters 30 der Aufladevorrichtung 1. Figuren 4 bis 6 zeigen die Baugruppe 60 in perspektivischen Ansichten, Seitenansichten und teilweise geschnittenen Aufsichten, wobei die Suffixe „a" und „b" jeweils die oben beschriebene Offenstellung und Schließstellung des Irisblendenmechanismus 50 darstellen. Der Aktuator 61 weist eine in Drehung versetzbare Aktuatorwelle 62 auf. An der drehbaren Aktuatorwelle 62 ist drehfest eine Koppelstange 63 angeordnet, an der wiederum exzentrisch zur Aktuatorwelle ein Koppelstift 64 angeordnet ist. Der Koppelstift 64 kann alternativ auch anderweitig drehfest mit der Aktua- torwelle gekoppelt sein. Bei Betätigung der Aktuatorwelle 63 rotiert diese um eine Aktuatordrehachse 65. Auf den Koppelstift

64 ist eine Lagerbuchse 66 aus Kunststoff, auch Gleitlagerbuchse oder Gleitbuchse bezeichnet, aufgeschoben, die zwischen zwei Fingern 67 des Stellhebels 53a des Verstellrings 53 gelagert ist. Somit ist der Aktuator 61 mittels des Koppelstifts 64 mechanisch mit dem Verstellring 53 gekoppelt.

Bei Betätigung der Aktuatorwelle 62 wird der Koppelstift 64 um die Aktuatordrehachse 65 verdreht und betätigt somit den Verstellring 53 des Irisblendenmechanismus 50. Der Verstellring 53 ist um eine Drehachse 68 drehbar gelagert. Die Drehachse 68 fällt beispielsweise mit der eingangsgenannten Läuferdrehachse 15 zusammen. Im Ausführungsbeispiel stehen die Aktuatordrehachse

65 und die Drehachse 68 des Verstellrings 53 senkrecht zuei- nander, wobei sich die beiden Achsen 65, 68 nicht schneiden. Dies ist beispielsweise in Figuren 5A und 5B gut zu erkennen. Der Koppelstift 64 sowie Finger 67 des Verstellrings 53 rotieren in zwei unterschiedlichen Ebenen, welche senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Die dadurch entstehende kinematische Kom- plexität ist mit Hilfe der besonderen Kopplung zwischen Aktuator 61 und Verstellring 53, wie nachfolgend beschrieben, gelöst. Die Lagerbuchse 66 ist verschiebbar entlang einer Längsachse 69 des Koppelstifts 64 auf dem Koppelstift 64 geführt (s. bei ¬ spielsweise Figuren 6A und 6B) . Des Weiteren kann die Lagerbuchse

66 um die Längsachse 69 des Koppelstifts 64 rotieren. Des Weiteren sind die Lagerbuchse 66 und somit der Koppelstift 64 zwischen den

Fingern 67 entlang von Längsachsen 70 der Finger 67 an diesen verschiebbar geführt. Allgemeiner ausgedrückt sind der Kop ¬ pelstift 64 bzw. die Lagerbuchse 66 in einer Richtung senkrecht zur Aktuatordrehachse 65 bzw. senkrecht zu der Längsachse 69 des Koppelstifts 64 am Stellhebel 53a verschiebbar geführt.

Zusätzlich weist die Lagerbuchse 66 eine äußere Kontaktober ¬ fläche 71 auf, die sphärisch ausgebildet ist. Die beiden Finger

67 weisen gegenüberliegend innere Kontaktoberflächen 72 auf, die korrespondierend zu der sphärisch äußeren Kontaktoberfläche der Lagerbuchse 66 ausgebildet sind und eine zylindrische Formgebung aufweisen. Ein Radius der inneren Kontaktoberfläche 72 ent ¬ spricht im Wesentlichen dem Radius der sphärischen äußeren Kontaktoberfläche 71 der Lagerbuchse 66. Dadurch ist es möglich, dass die Lagerbuchse 66 relativ zu den Fingern 67 des Stellhebels 53a um eine Rotationsachse 73 rotieren kann. Dies ist bei ¬ spielsweise anhand der Figuren 6A und 6B ersichtlich. Die Rotationsachse 73 verläuft zwischen beiden Fingern 67 senkrecht zu der Aktuatordrehachse 65 und/oder der Längsachse 69 des Koppelstifts 64. Die Rotationsachse 73 entspricht einer Zy ¬ linderachse der zylindrischen Kontaktoberflächen 72, die durch einen Mittelpunkt des Radius im Querschnitt verläuft.

Durch die beschriebene Kopplung kann der Koppelstift 64 mittels der Lagerbuchse 66 frei zwischen den Fingern 67 vor und zurück sowie nach oben und nach unten relativ zum Stellhebel 53a verschoben werden ohne dabei einen radialen Kontakt zu verlieren. Zusätzlich kann die Lagerbuchse 66 ohne Verlust des radialen Kontakts um die Längsachse 69 des Koppelstifts 64 drehen.

Weiterhin kann der Koppelstift 64 über die in den Fingern 67 geführte Lagerbuchse 66 relativ zu den Fingern 67 und somit dem Stellhebel 53a um die Rotationsachse 73 rotieren. Die Lagerbuchse 66 selbst kann aufgrund der sphärischen Ausbildung und der Führung in den Fingern 67 nicht in zusammengebauten Zustand von dem Koppelstift 64 gelöst werden. Optional kann zumindest zur Montage die Lagerbuchse 66 auf dem Koppelstift 64 mit Hilfe eins Sicherungselements oder Sicherungsrings gesichert werden. Die beschriebene Kopplung zwischen dem Aktuator 61 und dem Stellhebel 53a ermöglicht die eingangsgenannten Vorteile und Funktionen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der beschriebene Verdichter 30 nicht zwingend Teil der in Figur 1 exemplarisch beschriebenen Aufladevorrichtung 1 sein muss. Vielmehr kann die Aufladevorrichtung 1 auch andersartig ausgestaltet sein.