Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers

Die Erfindung betrifft einen Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen, die mit einem oder mehreren Abgasturboladern aufgeladen werden, bekannt. Das Betriebsverhalten des Abgasturboladers wird über eine Verstelleinheit, einem sog. Leitapparat, bzw. eine variable Abgasdrossel auf der Turbinenseite, bestimmt. Die Verstelleinheit besteht grundsätzlich aus verstellbaren Leitschaufeln, die verschwenkbar zwischen zwei Gleitplatten gelagert sind. Der Leitapparat ist meistens durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse in axialer Richtung befestigt. Weiter ist der Leitapparat gegen Verdrehen durch zumindest einen im Umfang befindlichen Verdrehpin mit dem Turbinengehäuse formschlüssig verbunden.

Eine weitere Ausführungsform ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 1 574 673 B1 bekannt. In dieser Schrift wird der Leitapparat durch einen hohlen, abgasführenden Zentralschraubenverbund in das Turbinengehäuse eingeschraubt. Zur Verdrehsicherung sind wiederum Stifte vorgesehen, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse eingesteckt werden. Um einer thermischen Verformung

entgegenzuwirken ist zwischen dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse ein Federelement angeordnet.

Eine weitere gattungsgemäße Ausführungsform ist aus der deutschen Offen- legungsschrift DE 10 2004 038 748 A1 bekannt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird der Leitapparat gegen Verdrehen durch Stifte gesichert, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat sowie in dem Turbinengehäuse angeordnet werden. Zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse ist ein als Federelement ausgebildeter thermischer Hitzeschild angeordnet.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten konstruktiven Ausgestaltungen ergeben sich folgende Nachteile:

=> Eine temperaturabhängige Verformung des Turbinengehäuses bewirkt eine Verformung des Leitapparates, was zu einer Fehlfunktion führen kann.

=> Es entsteht eine starke Rissempfindlichkeit im Bereich der Verdrehsicherungen im Turbinengehäuse.

=> Die axiale Verbesserung des Leitapparates ist verformungsabhängig vom Lagergehäuse, Turbinengehäuse, Leitapparat und dessen Toleranzkette.

=> Die axiale Verpressung des Leitapparates ist verformungsabhängig von dem Lagergehäuse, dem Turbinengehäuse und dem Leitapparat selbst, sowie deren unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß mit dem Merkmal aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Entkoppelung der Lei- tapparatverpressung von dem Turbinengehäuse und der Lagergehäusever- schraubung erzielt. Darüber hinaus wird eine Entkoppelung der Leitapparat- verpressung von der thermischen Dehnung des Turbinengehäuses erzielt. Weiter wird das Kraftniveau am Leitapparat durch Ersatz der Leitapparatver- pressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung reduziert. Darüber hinaus resultiert eine Robustheitssteigerung bezüglich einer Leitschaufelver- klemmung durch die Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen. Weiter führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Kostenreduzierung durch eine Vereinfachung der Turbinengehäusebearbeitung. Darüber hinaus ist eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch Materialminimierung im Turbinengehäuse im Vergleich zum Stand der Technik möglich. In vorteilhafter Weise dient die Verschraubung gleichzeitig in einfacher Weise auch als Verdrehsicherung des Leitapparates.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 entspricht einem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 entspricht einem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 können thermische Formabweichungen nochmals deutlich minimiert werden. Außerdem ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat durch die Verwendung des Federelementes, bevorzugt einer Tellerfeder, möglich (Toleranzausgleich).

Im Folgenden ist die Erfindung anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele in vier Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Leitapparat, eingebaut in einem Turbinengehäuse.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes, besonders bevorzugtes

Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites, besonders bevorzugtes

Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden gelten in allen Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.

Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat 1. Der Leitapparat 1 besteht im Wesentlichen aus zwei, über vier Distanzbolzen 4 beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden 5, 6, zwischen denen mehrere Leitschaufeln 7 (drei sind beziffert) verschwenkbar angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit vier Schrauben 8 an einem in Fig. 2 dargestellten Lagergehäuse 1 " eines Abgasturboladers anschraubbar.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Leitapparat 1 aus Fig. 1 , eingebaut in einem Abgasturbolader 3, von dem ein Turbinengehäuse Y und ein Lagergehäuse 1" aufweist. Das Turbinengehäuse 1 ' ist zur besseren Darstellung geschnitten dargestellt. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit der dem Lagergehäuse 1" zugewandten Gleitwand 6 an das Lagergehäuse 1" mit meh-

reren, einer erkennbar dargestellten Schraube 8 angeschraubt. Im Inneren des Leitapparates 1 ist eine Turbine 2 des Abgasturboladers 3 angeordnet. Beim Betrieb einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Betriebsverhalten des Abgasturboladers 3 über den Leitapparat 1 , einer variablen Abgasdrossel, auf der Turbinenseite, bestimmt. Durch Verschwenken der Leitschaufeln 7 zwischen den Gleitwänden 5, 6 wird der Abgasmassenstrom auf das Turbinenrad 2 variiert. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Schrauben 8 sowie die Anzahl der Leitschaufeln 7 bzw. der Distanzbolzen 4 von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichen.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3. Da der Abgasturbolader 3 weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut ist, ist nur eine Hälfte dargestellt. Zwischen dem Turbinengehäuse 1' und dem Lagergehäuse 1" ist der Leitapparat 1 angeordnet. Zwischen der turbinenge- häuseseitigen Gleitwand 5 und der lagergehäuseseitigen Gleitwand 6 ist eine Leitschaufel 7 schwenkbar angeordnet. Die Leitschaufel 7 ist von einem Verstellmechanismus 14 verschwenkbar. Der Verstellmechanismus 14 wird nicht weiter erläutert, da er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Erfindungs- gemäß ist die lagergehäuseseitige Gleitwand 6 mit der Schraube 8 an das Lagergehäuse 1" angeschraubt. Hierfür weist die Gleitwand 6 eine Durchgangsbohrung 9 auf, die zu einer Gewindebohrung 10 in dem Lagergehäuse 1" korrespondiert. Da der Leitapparat 1 an das Lagergehäuse 1 " angeschraubt ist, kann bei diesem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel auf eine Verdrehsicherung des Leitapparates 1 verzichtet werden. Um thermischen Verspannungen entgegenzuwirken ist der Leitapparat 1 im Bereich der Turbine 2 von einem Federelement 13 vorgespannt eingebaut. Das Federelement 13 ist besonders bevorzugt eine Tellerfeder.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfϊndungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3.

Fig. 4 zeigt im Wesentlichen die gleichen geometrischen Verhältnisse wie Fig. 3, jedoch wird in diesem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Leitapparat 1 über einen Klemmring 11 gegen das Lagergehäuse 1 " gedrückt. Hierfür ist der Klemmring 11 mit in Fig. 4, auf Grund der Schnittlage nicht sichtbaren Schrauben an das Lagergehäuse 1" geschraubt. Als Verdrehsicherung ist für den Leitapparat 1 ein Klemmelement 12 vorgesehen, im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel ein Stift.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann der Leitapparat 1 unmittelbar (erstes Ausführungsbeispiel) oder mittelbar (zweites Ausführungsbeispiel) an das Lagergehäuse 1" angebunden sein.

In Summe ergeben sich somit folgende Vorteile durch die erfindungsgemäße

Ausgestaltung:

Es resultiert

❖ eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von Turbinengehäuse 1' und Lagergehäuseverschraubung 1",

❖ eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von einer thermischen Dehnung des Turbinengehäuses 1',

❖ eine Reduzierung des Kraftniveaus am Leitapparat 1 durch Ersatz der Leitapparatverpressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung,

❖ eine Robustheitssteigerung bezüglich einem Leitschaufelstecken (Verklemmen) durch Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen,

❖ eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch ein Materialminimierung im Turbinengehäuse 1',

❖ eine Reduzierung der Rissempfindlichkeit des Turbinengehäuses 1 ' durch Entfall der Verdrehsicherung im Turbinengehäuse V

^♦ > Es ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat 1 durch die Verwendung des Federelementes 13 zum Toleranzausgleich möglich.

Es erfolgt eine Kostenreduzierung durch Vereinfachung der Turbinen- gehäusebearbeitung.

Durch die Verwendung der Verschraubung dient diese im ersten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Verdrehsicherung des Leitapparates 1.

Bezugszeichenliste:

1. Leitapparat r Turbinengehäuse

1 " Lagergehäuse

2. Turbinenrad

3. Abgasturbolader

4. Distanzbolzen

5. Gleitwand

6. Gleitwand

7. Leitschaufel

8. Schraube

9. Durchgangsbohrung

10. Gewindebohrung

11. Klemmring

12. Klemmelement

13. Federelement

14. Verstellmechanismus