Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader der im

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der Veröffentlichungsschrift DE 11 2009 002 230 T5 geht ein Abgasturbolader mit einer Regelvorrichtung in einem Abgasführungsabschnitt hervor. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren

Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Sie umfasst eine Bewegungsvorrichtung mit einer eine Rotationsachse aufweisenden Welle und ein Abdeckelement, wobei die Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen ist. Das Abdeckelement dient einem Öffnen oder Schließen eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals mit Hilfe einer rotatorischen Bewegung des Abdeckelementes um eine Rotationsachse. Mit einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere bei Betriebspunkten mit großen Strömungsmengen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers realisierbar ist. In einer einfachsten Ausführung ist das Abdeckelement beispielsweise in Form eines Tellers ausgebildet. Problematisch ist grundsätzlich, dass es zu Abgasleckagen ausgehend von aus dem Umgehungskanal strömendem Abgas in die Umgebung kommen kann.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, welcher einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen Lagerabschnitt sowie einen

durchströmbaren Luftführungsabschnitt umfasst, wobei der Abgasführungsabschnitt mithilfe des Lagerabschnitts mit dem Luftführungsabschnitt verbunden ist, und wobei im Abgasführungsabschnitt ein Turbinenrad des Abgasturboladers drehbar aufgenommen ist, und wobei das Turbinenrad mit einem Verdichterrad, welches im

Luftführungsabschnitt drehbar aufgenommen ist, mithilfe einer Laufzeugwelle, welche drehbar im Lagerabschnitt aufgenommen ist, drehfest verbunden ist, und wobei zur Umgehung des Turbinenrades im Abgasführungsabschnitt ein Umgehungskanal ausgebildet ist, weist ein Abdeckelement zum Öffnen oder zum Schließen des

Umgehungskanals auf. Die Regelvorrichtung umfasst eine im Abgasführungsabschnitt drehbar gelagerte Welle, wobei die Welle mit dem Abdeckelement verbunden ist. An ihrem vom Abdeckelement abgewandt ausgebildeten Ende ist die Welle mit einem Verbindungselement zur Bewegung des Abdeckelementes verbunden. Zur Reduzierung einer Durchströmung der Regel Vorrichtung im Bereich der Welle ist die

Regelvorrichtung ausgehend vom Umgehungskanal in Richtung des

Verbindungselementes druckreduzierend ausgebildet. Grundsätzlich ist die Leckage abhängig von einem Druckgefälle im Bereich der Regelvorrichtung. Aufgrund des Druckgefälles ergibt sich eine Strömung ausgehend von dem Umgehungskanal über die Welle in die Umgebung, da ein vom Umgehungskanal abgewandt ausgebildetes Ende der Welle, welches mit dem Verbindungselement verbunden ist, in die Umgebung mündet. Zur Vermeidung der Strömung vom Umgehungskanal in die Umgebung, und somit zur Reduzierung bzw. zur Vermeidung von Abgasleckagen, ist es daher vorgesehen die Regelvorrichtung derart auszubilden, dass sich der Druck im Bereich der Regelvorrichtung reduziert.

In einer Ausgestaltung sind im Abgasführungsabschnitt eine erste Nut und/oder eine zweite Nut vorgesehen, wobei die erste Nut und/oder die zweite Nut der Welle gegenüber geöffnet sind. Der Vorteil ist, dass die Nut zu einer

Querschnittsvergrößerung eines Strömungsquerschnitts von an der Welle entlang strömendem Abgas führt. Diese Querschnittsvergrößerung bewirkt eine

Druckreduzierung.

In einer weiteren Ausgestaltung liegt zwischen dem Verbindungselement und einer dem Verbindungselement gegenüberliegend angeordneten Wandung, welche an die erste Nut angrenzend ausgebildet ist, ein Bewegungsspalt vor. Der Vorteil ist eine

Reduzierung von Reibungsverlusten, da das Verbindungselement bewegbar der Wandung gegenüberliegend angeordnet ist.

Der Bewegungsspalt weist in axialer Richtung bevorzugt einen Wert von 0,2 bis 0,3mm auf.

Zur weiteren Verhinderung einer Leckage im Bereich der Regelvorrichtung weist die Welle einen Absatz auf, welcher vom ersten Ende der Welle abgewandt ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass an dem dem Abdeckelement zugewandt

ausgebildeten Ende der Welle der Absatz ausgebildet ist. Der Vorteil des Absatzes ist die Herbeiführung eines optimierten Fläche-Kraftverhältnisses, so dass eine erhöhte Anpresskraft der Welle an den Abgasführungsabschnitt und damit eine verbesserte Dichtwirkung ausgebildet werden kann. Ein weiterer Vorteil des Absatzes ist darin zu sehen, dass aufgrund des Absatzes eine der Welle zugewandt positionierte

Umlenkkante ausgebildet ist, welche zu einem weiteren Druckverlust führt.

Bevorzugt ist der Absatz dergestalt, dass ein Außendurchmesser des Absatzes größer ist als ein zweiter Durchmesser der Welle. Somit ergibt sich keine Schwächung der Welle aufgrund der zur Ausbildung des Absatzes notwendigen unterschiedlichen Durchmesser.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem Absatz und einer dem Absatz gegenüberliegenden Wandung ein weiterer Bewegungsspalt ausgebildet, wodurch eine weitere reibungsreduzierte Bewegung der Welle realisiert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste Nut und/oder die zweite Nut als Halbnut ausgebildet. In einer weiteren Ausgestaltung ist in der ersten Nut und/oder in der zweiten Nut ein Dichtelement angeordnet. Das Dichtelement ist zur zusätzlichen Sicherung der

Vermeidung der Leckage in der Regelvorrichtung angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Dichtelement einen v-förmigen Querschnitt auf. Der Vorteil ist, dass es insbesondere bei als Halbnuten ausgebildeten Nuten eine zusätzliche Abdichtung realisiert, da es vorgespannt eingebaut werden kann.

Vergrößert sich bspw. die Nut aufgrund einer Wärmedehnung kann sich das

Dichtelement entspannen, wobei es seine axiale Erstreckung vergrößert und somit weiterhin an seinen gegenüberliegenden Querschnittsenden an die Nut und an die Wandung anliegend ausgebildet ist. Zusätzlich bildet der v-förmige Querschnitt eine Art Tasche, in welcher sich zusätzlich Leckageabgas ansammeln kann.

In einer weiteren Ausgestaltung ist in einem Mittelabschnitt der Welle zwischen dem ersten Ende der Welle und dem zweiten Ende der Welle der Welle gegenüberliegend zumindest eine Vollnut ausgebildet. Der Vorteil dieser Vollnut ist in der Herbeiführung einer weiteren Druckabsenkung zu sehen. Ein weiterer Vorteil ist eine zusätzliche Reduzierung einer Reibleistung.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Verbindungselement am ersten Ende der Welle mit der Welle stoffschlüssig verbunden. Der Vorteil ist, dass aufgrund der

stoffschlüssigen Verbindung ein über einem Umfang der Welle zwischen der Welle und dem Verbindungselement ausgebildeter Spalt, welcher aufgrund der beiden von einander getrennt ausgebildeten Bauteile besteht, vollständig strömungsdicht geschlossen wird. Bevorzugt ist die stoffschlüssige Verbindung eine

Schweißverbindung.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste Nut und/oder die zweite Nut und/oder die Vollnuten in einer die Welle umfassenden Buchse ausgebildet, wobei die Buchse im Abgasführungsabschnitt aufgenommen ist. Der Vorteil der Buchse ist zum einen in einer Reduzierung eines Reibungsverlustes zu sehen, da unabhängig vom Material des Abgasführungsabschnitts entsprechendes Material eingesetzt werden kann. Des Weiteren liegt der Vorteil einer Buchse in der Möglichkeit der einfacheren Bearbeitung einer Innenfläche der Buchse, welche der Welle gegenüberliegend angeordnet ist, und dementsprechend eine sehr geringe Rauhtiefe aufweisen sollte. Ein zusätzlicher Vorteil ist die vereinfachte Bearbeitungsmöglichkeit der Buchse und damit eines so genannten Handlings der Buchse im Vergleich zum Abgasführungsabschnitt. Die Buchse

druckreduzierend mit bspw. Nuten zu versehen gestaltet sich im Herstellungsprozess einfacher als die bspw. Nuten in eine entsprechende für die Welle vorgesehene

Aufnahmeöffnung im Abgasführungsabschnitt einzubringen.

Ein weiterer Vorteil insbesondere in einer Serienherstellung ist es die Buchse

symmetrisch auszubilden. Mit anderen Worten ist die Buchse relativ zu einer quer zu ihrer Längsachse ausgebildeten Mittellinie symmetrisch ausgebildet. Damit ist ihr Einbau in den Abgasführungsabschnitt unabhängig von ihrer entlang ihrer Längsachse ausgebildeten Form. Der Vorteil ist die Vermeidung eines falschen Einbaus der Buchse.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Abgasturbolader mit einem

Verstellelement gem. dem Stand der Technik, und

Fig. 2 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter, gemäß Fig. 1 ausgebildeter

Abgasturbolader 1 weist einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 2 auf. Dieser umfasst einen Eintrittskanal 4 zum Eintritt einer Fluidströmung in den

Abgasführungsabschnitt 2, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, einen Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 4 zur Konditionierung der Strömung und einen Austrittskanal 3 stromab des Spiralkanals 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 2 gezielt entweichen kann. Zwischen dem Spiralkanal 5 und dem Austrittskanal 3 ist eine Radkammer 6 ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.

Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens der Turbine 2 an die Fluidströmung ist im Abgasführungsabschnitt 2 eine Regelvorrichtung 7 zum Öffnen oder Schließen eines Umgehungskanals 8 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 2 zur Umgehung der Radkammer 6 im Abgasführungsabschnitt 2 vorgesehen. Der Umgehungskanal 8 weist eine Eintrittsöffnung 9 auf, wobei die Eintrittsöffnung 9 mit Hilfe der Regelvorrichtung 7 vollständig oder teilweise verschließbar ist bzw. vollständig oder teilweise geöffnet werden kann. Entsprechend einer Positionierung der Regelvorrichtung 7 ist es möglich, dass die Fluidströmung die Radkammer 6 und somit das in der Radkammer 6 drehbar aufgenommene Turbinenrad vollständig oder teilweise anströmt, bzw. vollständig oder nur teilweise an dem in der Radkammer 6 drehbar aufgenommenen Turbinenrad vorbei strömt.

Ein Abdeckelement 11 der Regelvorrichtung 7 ist in dem Umgehungskanal 8, und somit im Abgasführungsabschnitt 2, bewegbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 11 im Umgehungskanal 8 zum Öffnen oder Verschließen der Eintrittsöffnung 9 eine überwiegend rotatorische Bewegung ausführbar gelagert ist. Das heißt mit anderen Worten, das Abdeckelement 11 ist zur Einstellung eines effektiven

Strömungsquerschnitts der Eintrittsöffnung 9 eine im Umgehungskanal 8 rotatorische Bewegung ausführbar positioniert.

Die Regel Vorrichtung 7 weist zur rotatorischen Bewegung des Abdeckelements 11 eine Bewegungsvorrichtung 12 auf. Die Bewegungsvorrichtung 12 umfasst neben einer Druckmessvorrichtung 10 zur Messung eines Ladedruckes eines

Luftführungsabschnitts 13 eine Regelstange 14, ein Verbindungselement 15, eine Welle 16 mit einer Rotationsachse 17 sowie einen Hebelarm 18, an welchem das Abdeckelement 1 fixiert ist.

Die erforderliche Bewegung des Abdeckelements 11 ist mit Hilfe der Regelstange 14, welche einenends mit der Druckmessvorrichtung 10 verbunden ist, auf das

Verbindungselement 15, welches anderenends mit der Regelstange 14 verbunden ist, übertragbar. Aufgrund einer Verbindung des Verbindungselements 5 mit der

Regelstange 14 und mit der Welle 16 wird die auf das Verbindungselement 15 übertragene Bewegung auf die Welle 16 weitergeleitet, welche an ihrem ersten Ende 19 mit dem Verbindungselement 15 verbunden ist. Die Welle 16 ist rotierbar im

Abgasführungsabschnitt 2 in einer Durchgangsöffnung 36 mit Hilfe einer Buchse 20 gelagert, sodass die üblicherweise translatorische Bewegung der Regelstange 14 mit Hilfe der Welle 16 in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird.

An einem zweiten Ende 21 der Welle 16 ist der Hebelarm 18 ausgebildet, welcher der Aufnahme des Abdeckelementes 11 dient. Über den Hebelarm 18 mit einer Längsachse 22, welcher fest mit der Welle 16 verbunden ist, wird die rotatorische Bewegung der Welle 16 auf das Abdeckelement 11 übertragen, so dass der Hebelarm 18 als

Verbindungselement zwischen dem Abdeckelement 11 und der Welle 16 ausgebildet ist.

Eine erfindungsgemäße Regel Vorrichtung 7 des Abgasturboladers 1 ist gemäß Fig. 2 ausgebildet. Zur Vermeidung von Leckage aus dem Umgehungskanal 8 über die Welle 16 in die Umgebung, somit zur Reduzierung einer Durchströmung der Regelvorrichtung

7 im Bereich der Welle 16, ist die Regelvorrichtung 7 ausgehend vom Umgehungskanal

8 in Richtung des Verbindungselementes 15 druckreduzierend ausgebildet.

Zur Druckreduzierung ist zwischen dem Verbindungselement 15 und der Buchse 20 eine erste Nut 24 ausgebildet, in die ein erstes Dichtelement 23 in Form eines

Dichtringes aufgenommen ist. Der Dichtring 23 weist einen v-förmigen Querschnitt auf. Die erste Nut 24 ist sich ausgehend von einer Innenfläche 25 der Buchse 20 radial über eine Nuttiefe NT erstreckend. Die erste Nut 24 ist an einem dem Verbindungselement 15 zugewandt ausgebildeten ersten Buchsenende 26 in Form einer Halbnut ausgebildet. Zur Begrenzung der ersten Nut 24 in axialer Richtung, mit anderen Worten in Richtung des Verbindungselementes 15 ist das Verbindungselement 15 die erste Nut 24 bedeckend angeordnet. Dabei ist ein Bewegungsspalt 27 zwischen dem Verbindungselement 15 und der Buchse 20 vorgesehen, welcher eine Bewegungsfreiheit der Welle 16 in der Buchse 20 unter Berücksichtigung einer thermisch bedingten Ausdehnung der Buchse 20 und des Verbindungselementes 15 zulässt. Somit ist der Bewegungsspalt 27 zwischen dem Verbindungselement 15 und einer dem Verbindungselement 15 gegenüberliegenden Wandung, in diesem Ausführungsbeispiel der Wandung der Buchse 20, ausgebildet.

Die Dichtheit gegenüber einer Leckage ist aufgrund des v-förmigen Querschnitts des ersten Dichtelementes 23 gewährleistet, da es seine axiale Ausdehnung entlang der Längsachse 22 aufgrund seiner elastischen Eigenschaft anpassbar ausgebildet ist. Der Bewegungsspalt 27 weist bevorzugt eine axiale Erstreckung von 0,2 - 0, 3mm auf.

Die Welle 16 ist mit dem Verbindungselement 15 an ihrem ersten Ende stoffschlüssig, bevorzugt mit Hilfe einer Schweißverbindung, verbunden.

An einem dem ersten Buchsenende 26 der Buchse 20 gegenüberliegenden zweiten Buchsenende 28 ist eine zweite Nut 29 ausgebildet. Diese zweite Nut 29 ist ebenfalls in Form einer Halbnut ausgestaltet, wobei zur Begrenzung der zweiten Nut 29 in axialer Richtung die Welle 16 sich über die zweite Nut 29 radial erstreckt. Mit anderen Worten weist die Welle 16 im Bereich der zweiten Nut 29 einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher größer als ein sich im überwiegenden Bereich der Buchse 20 ausgebildeter zweiter Durchmesser D2 ist.

In der zweiten Nut 29 ist ein zweites Dichtelement 30 angeordnet, welches in Form eines Dichtringes und ebenfalls einen v-förmigen Querschnitt aufweisend ausgebildet ist.

Zur weiteren Sicherung der Leckagereduzierung weist die Welle 16 im Bereich des zweiten Buchsenendes 28 einen Absatz 31 mit einem Außendurchmesser DA auf, der unter Berücksichtigung eines weiteren Bewegungsspaltes 33 einer Nuttiefe NT der zweiten Nut 29 entspricht. Die Nuttiefe NT der ersten Nut 24 entspricht nicht

zwangsläufig der Nuttiefe NT der zweiten Nut 29. Die Nuttiefe NT ist abhängig von einer Leistung des Abgasturboladers 1 , bzw. einer maximalen den Abgasführungsabschnitt 2 durchströmenden Abgasmenge.

Die erste Nut 24 und die zweite Nut 29 sind somit der Welle 16 gegenüberliegend geöffnet ausgebildet, wobei sich durch die Nuten 24, 29 eine Querschnittsvergrößerung eines Strömungsquerschnitts eines entlang der Welle 16, aus dem Umgehungskanal 8 ausströmenden Abgasleckagestromes ergibt. Diese Querschnittsvergrößerung führt zu einer Druckreduzierung.

Die Buchse 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Nut 24 und der zweiten Nut 29, somit in einem Mittelabschnitt 34, drei weitere ringförmige Vollnuten 32 auf, welche als druckmindernde Kammern ausgebildet sind.

Quer zur Längsachse 22 weist die Buchse 20 eine Mittellinie 35 auf, relativ zu welcher die Buchse 20 symmetrisch ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die erste Nut 24 in ihrer Größe und Orientierung ihrer Ausrichtung in der Buchse 20 der zweiten Nut 29 entspricht, wobei sie spiegelbildlich zur Mittellinie 35 in der Buchse 20 ausgebildet sind. Ebenso sind die Vollnuten 32 relativ zur Mittellinie 35 symmetrisch angeordnet.

In einem nicht näher dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind die erste Nut 24, die zweite Nut 29 sowie die Vollnuten 32 unmittelbar im Abgasführungsabschnitt 2 ausgebildet, da die Regelvorrichtung 7 buchsenlos ausgeführt ist.