Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie für eine Ladeeinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Herstellverfahren für eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung mit einer derartigen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie.

Zur Leistungsregulierung weisen Ladeeinrichtungen häufig variable Turbinen- Λ/erdichtergeometrien auf, die durch eine Variation eines Querschnittes für ein die Ladeeinrichtung antreibendes Fluid die Leistung der Ladeeinrichtung verändern. Dazu weisen gattungsgemäße variable Turbinen-/Verdichtergeometrien Leitschaufeln auf, die jeweils über einen Schaufelzapfen in einem Schaufellagerring angeordnet sind. Nachteilig dabei ist, dass die Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, also insbesondere die Leitschaufeln, die Schaufelzapfen und der Schaufellagerring und gegebenenfalls eine Deckscheibe, durch ein Gussverfahren hergestellt werden. Dieses Gussverfahren macht dabei eine weitere Verarbeitung dieser Bestandteile, beispielsweise das Schleifen, notwendig. Dies führt insbesondere zu hohen Herstellungskosten der variablen Turbi- nen-/Verdichtergeometrie.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine wirtschaftliche Herstellung auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit jeweils über einen Schaufelzapfen in einem Schaufellagerring angeordneten Leitschaufeln, zumindest einen Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie durch ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM elektro chemical machining) herzustellen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass das elektrochemische Abtragverfahren zu einer präzisen Herstellung der Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie führt und darüber hinaus keine oder zumindest nur eine geringfügige Nachbearbeitung der mit diesem Verfahren hergestellten Bestandteile erfordert.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist eine Ausführungsform zumindest eine Leitschaufel auf, die durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt ist. Dabei können also eine oder mehrere der Leitschaufeln der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie durch ein derartiges Verfahren hergestellt sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die variable Turbinen- Λ/erdichtergeometrie ein Schaufellagerring auf, der durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt ist. Ein derartiger Schaufellagerring kann dabei auch nur teilweise durch ein derartiges Verfahren hergestellt sein. Als Beispiel für einen derartigen Schaufellagerring sei auf eine Ausführungsform hingewiesen, bei dem lediglich eine oder mehrere der Öffnungen im Schaufellagerring, in denen die Schaufelzapfen angeordnet sind, mit einem elektrochemischen Abtragverfahren hergestellt ist/sind. Die Bestandteile einer solchen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie können dabei gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden:

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere gleiche Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie gleichzeitig hergestellt. Es werden also insbesondere mehrere Leitschaufeln gleichzeitig, das heißt insbesondere im gleichen Verfahrenszyklus, durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt. Gleiches gilt für Schaufellagerringe und Deckscheiben. Dabei kann das gleichzeitige elektrochemische Abtragverfahren auch einen Teil der Herstellung der entsprechenden Bestandteile betreffen. Hierbei sei auf die gleichzeitige Herstellung von Schaufelzapfenöffnungen eines Schaufellagerringes bzw. mehrerer Schaufellagerringe hingewiesen. Hierbei wird also der entsprechende Schaufellagerring durch ein elektrochemisches Abtragverfahren insbesondere bearbeitet. Es sind auch Verfahren vorstellbar, bei denen mehrere Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, beispielsweise der Schaufellagerring und die zugehörigen Leitschaufeln, gleichzeitig durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt werden, wobei der Schaufellagerring und die Leitschaufeln beim elektrochemischen Abtragverfahren räumlich getrennt sein können oder optional aus einem zusammenhängenden Ausgangsmaterial hergestellt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellten Bestandteile der variablen Turbinen- Λ/erdichtergeometrie entgratet, wobei die Entgratung vorzugsweise mechanisch erfolgt. Dies dient insbesondere dem Zweck, etwaige unerwünschte Kanten des entsprechenden Bestandteiles zu beseitigen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient ein Blech als Ausgangsmaterial für die durch das elektrochemische Abtragverfahren herge- stellten Bestandteile der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie. Die entsprechenden Bestandteile werden also insbesondere aus Blechtafeln oder Ronden hergestellt, die einer Vorrichtung zum elektrochemischen Abtragverfahren zugeführt werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass beim elektrochemischen Abtragverfahren ein entsprechendes Elektrolyt verwendet wird. Dabei sei insbesondere auf Salzlösungen, beispielsweise auf Natriumchlorid oder Natriumnitrat hingewiesen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das elektrochemische Abtragverfahren einem Erodierverfahren äquivalent ist und der Erfindungsgedanke entsprechend auf ein derartiges Erodierverfahren übertragen werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie auf. Dies führt insbesondere zu einer wirtschaftlichen, weil kostengünstigen, Herstellung der Ladeeinrichtung.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinen- /Verdichtergeometrie,

Fig. 2a, c eine Schnittdarstellung durch einen Schaufellagerring im Bereich einer erfindungsgemäß mittels ECM-Verfahren hergestellten Schaufellagerringöffnung in kaltem Zustand,

Fig. 2b, d eine Darstellung wie in Fig. 2a, jedoch im Betriebszustand,

Fig. 3a eine Schnittdarstellung durch einen Schaufellagerring im Bereich einer erfindungsgemäß mittels ECM-Verfahren hergestellten, gestuften Schaufellagerringöffnung,

Fig. 3b eine Darstellung wie in Fig. 3a, jedoch mit mehreren Stufen,

Fig. 4a eine Schnittdarstellung durch einen Schaufellagerring im Bereich einer erfindungsgemäß mittels ECM-Verfahren hergestellten konvexen Schaufellagerringöffnung,

Fig. 4b eine Schnittdarstellung durch einen Schaufellagerring im Bereich einer erfindungsgemäß mittels ECM-Verfahren hergestellten konkaven Schaufellagerringöffnung,

Fig. 5 eine Schaufellagerringöffnung mit Sternform. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Ladeeinrichtung 1 eine variable Turbinen- A/erdichtergeometrie 2 auf. Dabei umfasst die variable Turbinen- A/erdichtergeometrie 2 einen Schaufellagerring 3 und gegebenenfalls eine dem Schaufellagerring 3 gegenüberliegend angeordnete Deckscheibe (nicht dargestellt), wobei eine Turbine 4 der Ladeeinrichtung 1 in der Öffnung 5 der variablen Turbinen-A/erdichtergeometrie 2 koaxial angeordnet ist. Eine Welle 6 der Turbine 4 ist dabei mit Schaufeln 7 verbunden, die radial um die Welle 6 angeordnet sind. Die variable Turbinen- oder Verdichtergeometrie 2 weist dabei Leitschaufeln 8 auf, von denen exemplarisch zwei gezeigt sind. Die Leitschaufeln 8 sind jeweils über einen Schaufelzapfen 9, die in Schaufellageröffnungen 10 des Schaufellagerrings 3 angeordnet sind. Zur besseren Veranschaulichung weist die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform Schaufellagerringöffnungen 10 auf, in denen keine Schaufelzapfen 9 bzw. Leitschaufeln 8 angeordnet ist. Die Schaufellagerringöffnungen 10 sind radial zu einem Mittelpunkt 1 1 des Schaufellagerrings 3, also entlang eines Kreises 12 mit dem Mittelpunkt 1 1 angeordnet. Damit weisen auch die Leitschaufeln 8 eine derartige Anordnung bezüglich des Schaufellagerrings 3 bzw. des Mittelpunktes 1 1 auf.

Die variable Turbinen-A erdichtergeometrie 2 weist nun Leitschaufeln 8 auf, die durch ein elektrochemisches Abtragverfahren hergestellt sind. Zusätzlich ist der Schaufellagerring inkl. der Öffnung 5 und der Schaufelzapfenöffnungen 10 mit einem derartigen Verfahren hergestellt. Dabei können alle Leitschaufeln 8 der variablen Turbinen-A erdichtergeometrie 2 gleichzeitig durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt werden.

Die Deckscheibe bildet mit dem Schaufellagerring 3 eine axiale Begrenzung des Leitschaufelraumes. Die Deckscheibe kann mit einer Strukturierung versehen werden, die z.B. eine axial zurückweichende Fläche im Bereich der Leitschaufeln 8 darstellt. Diese Strukturierung kann durch das elektrochemische Abtragverfahren hergestellt werden.

Fig. 2a zeigt einen Schaufellagerring 3 in kaltem Zustand, das heißt bei Raumtemperatur. Die Schaufelzapfenöffnung 10 weist dabei eine konische Form auf, die eine Kantenlagerung des Schaufellzapfens 9 an einer Kante 13 bedingt. Im Betriebszustand (vgl. Fig. 2b) hingegen ist diese unerwünschte Kantenlagerung aufgehoben und eine flächige und dadurch leichtgängige Lagerung des Schaufelzapfens 9 möglich. Ähnlich verhält es sich auch bei den gemäß den Fig. 2c und 2d gezeigten Schaufelzapfenöffnungen 10 und den zugehörigen Schaufelzapfen 9. Die Schaufelzapfenöffnungen 10 sind demzufolge derart ausgebildet, dass sie im Betriebszustand eine kantenfreie Lagerung des Schaufelzapfens 9 ermöglichen. Die Kanten 13 können sich dabei insbesondere durch unterschiedliche Oberflächentemperaturen T1 , T2, T3 ergeben. Durch die bisher oftmals unvermeidliche Kantenlagerung wird zudem nicht nur die Lebensdauer reduziert, sondern auch ein unerwünschter Leckagepfad geschaffen. Durch beispielsweise die konvexe Form bleiben die Lagerbelastungen konstant. Es entsteht keine Kantenlagerung und dadurch auch keine plastische Verformung in Folge zu hoher Belastung. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass das Reibmoment über die Lebensdauer nahezu konstant bleibt, was für die Hysterese der variablen Turbinengeometrie 1 sehr vorteilhaft ist.

In den Fig. 3a und 3b sind weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäß mittels ECM-Verfahren hergestellten Schaufelzapfenöffnungen 10 gezeigt, die eine nicht durchgehend zylindrische Form, hier eine gestufte Form aufweisen. In Fig. 3a ist dabei eine mittige Erweiterung 14 der Schaufelzapfenöffnung 10 vorgesehen, wogegen in Fig. 3b zwei Erweiterungen 14 und damit mehrere Stufen vorgesehen sind. Beide Ausführungsformen reduzieren die Lagerreibung und führen zu einer Verwirbelung der Strömung, wodurch ein unerwünschter Leckagestrom minimiert werden kann.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Schaufelzapfenöffnung 10 eine konkave Form (vgl. Fig. 4b), eine elliptische, eine sternförmige Form (vgl. Fig. 5) oder eine konvexe Form (vgl. Fig. 4a) aufweist. Ziel ist es bei allen Ausführungsformen, dass bei einem Übergang von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur eine reibungsreduzierte Lagerung ergibt. Dieses Prinzip kann dabei generell auch auf sämtliche beweglichen Bauteile, insbesondere Rollen, Wellen, Buchsen, etc. übertragen werden.