Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt einer Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der Offenlegungsschrift DE 36 06 944 A1 geht ein Abgasführungsabschnitt einer Turbine, insbesondere für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einer

Regelvorrichtung 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. Die

Regelvorrichtung weist eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement auf, wobei die Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen ist. Mit Hilfe einer derartigen Regel Vorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere bei Betriebspunkten aufweisend große

Strömungsmengen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist.

Das Abdeckelement der Regelvorrichtung bewirkt mit Hilfe einer Rotationsbewegung des Abdeckelementes um eine Rotationsachse des Abdeckelementes ein Öffnen oder Schließen eines Strömungsquerschnittes des Umgehungskanals, wobei das Öffnen oder Schließen an einer Einmündung des Umgehungskanals in einen Austrittskanal des Abgasführungsabschnitts erfolgt. Der Austrittskanal ist stromab des Turbinenrades, bzw. der Radkammer im Abgasführungsabschnitt vorgesehen und dient dem Austritt des durch den Abgasführungsabschnitt strömenden Fluids. Der Umgehungskanal selbst weist eine Eintrittsöffnung stromauf der Radkammer und eine Austrittsöffnung stromab der

Radkammer auf, das heißt, da der Umgehungskanal in den Austrittskanal einmündet, ist die Austrittsöffnung des Umgehungskanals stromab der Radkammer angeordnet. Die Rotationsachse des Abdeckelementes ist koaxial zum Austrittskanal angeordnet, wobei das Abdeckelement den Austrittskanal teilweise oder vollständig umfassend ausgebildet ist. Somit ist die Rotationsachse außerhalb des Umgehungskanals angeordnet. Da das Abdeckelement den Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals verschließbar ausgebildet ist, bedeutet dies, dass ein Rotationsradius des

Abdeckelementes zum Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals einem

Austrittskanalradius des Austrittskanals entspricht. Üblicherweise ist der

Austrittskanalradius größer ausgebildet als ein Umgehungskanalradius, da größere Fluidmengen den Austrittskanal durchströmen müssen als den Umgehungskanal. Somit bedeutet dies, dass das Öffnen oder Schließen des Strömungsquerschnitts innerhalb einer bestimmten Zeit, einer Einstelldauer, erfolgt, welche abhängig vom

Austrittskanalradius ist. Das Abdeckelement selbst führt relativ zum

Strömungsquerschnitt eine translatorische Bewegung durch.

Grundsätzlich hat die Einstelldauer des Strömungsquerschnitts Auswirkungen auf den Betrieb der Turbine, insbesondere bei einer Kopplung eines die Turbine aufweisenden Abgasturboladers mit einer Verbrennungskraftmaschine, welche grundsätzlich

Lastwechsel und häufig schnellen Lastwechsel unterworfen ist und somit die

Einstelldauer des Strömungsquerschnitts den Anforderungen der

Verbrennungskraftmaschine anzupassen ist.

Ein weiterer Nachteil des offenbarten Abdeckelementes ist in der Positionierung des Abdeckelementes zu sehen. Das Abdeckelement der Regelvorrichtung in

Strömungsrichtung betrachtet ist an einem Austritt des Umgehungskanals positioniert und kann somit die Austrittsöffnung des Umgehungskanals öffnen oder schließen. Diese Positionierung weist den Nachteil einer Reduzierung eines Turbinenwirkungsgrades auf, denn der Umgehungskanal füllt sich auch bei geschlossenem Umgehungskanal bis zum Abdeckelement mit dem Fluid. Diese Fluidmenge steht somit dem Turbinenrad zum, Antrieb desselben nicht mehr zur Verfügung, so dass eine Reduzierung des

Turbinenwirkungsgrades erwirkt ist.

Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgasführungsabschnitt einer Turbine bereitzustellen, mit Hilfe dessen innerhalb einer kürzesten Zeit eine sichere Einstellung des Strömungsquerschnitts herbeiführt. Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Abgasführungsabschnitts einer Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit

zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist in einem Umgehungskanal eines Abgasführungsabschnitts eine quer zu einer Kanalströmungslängsrichtung angeordnete zylinderartige Öffnung vorgesehen, welche ein Abdeckelement in der Öffnung drehbar aufnehmbar ausgestaltet ist. Das Abdeckelement ist gegenüber einem Strömungsquerschnitt des

Umgehungskanals eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse des

Abdeckelementes im Umgehungskanal durchführbar ausgestaltet, wobei die

Rotationsachse den Umgehungskanal durchdringend positioniert ist. Dies bedeutet, dass das Abdeckelement im Umgehungskanal positioniert ist, dessen Strömungsquerschnitt mit Hilfe des Abdeckelementes zu öffnen oder zu schließen ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Abdeckelement aufgrund der Rotation um seine Rotationsachse innerhalb des Umgehungskanals einen Wirkradius aufweist, welcher im Wesentlichen einem Umgehungsradius des Umgehungskanals entspricht. Da dieser Wirkradius kleiner ist als ein Austrittskanalradius eines Austrittskanals des Abgasführungsabschnitts, ist das Abdeckelement wesentlich schneller in eine gewünschte Position zu bringen, somit positionierbar ist.

Der Vorteil dieser schnellen und sicheren Einstellung des Abdeckelementes ist, dass insbesondere in einem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen

Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt aufweist, eine schnelle Anpassung des Betriebs des Abgasturboladers an den Bedarf der

Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise aufgrund der schnellen Anpassung an den Bedarf der Verbrennungskraftmaschine eine Reduzierung des Kraftstoffbedarfs und damit eine Reduzierung von Emissionen der Verbrennungskraftmaschine.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts ist eine Schließfläche des Abdeckelements zum Schließen des Strömungsquerschnitts weitestgehend parallel zur Rotationsachse ausgestaltet, wobei die Rotationsachse weitestgehend lotrecht zum Umgehungskanal ausgebildet ist. Der Vorteil dieser

Ausgestaltung ist, dass die Schließfläche aufgrund eines den Umgehungskanal durchströmenden Fluids, welches üblicherweise den Umgehungskanal senkrecht zum Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals durchströmt, in einem geschlossenen Zustand, somit in einer Schließposition des Abdeckelementes durch das Fluid gegen einen Ventilsitz, welcher in dem Umgehungskanal ausgebildet ist, gedrückt werden kann. Somit ist der Strömungsquerschnitt strömungsdicht verschließbar durch das

Abdeckelement.

In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Abgasführungsabschnitts ist das Abdeckelement mindestens abschnittsweise

zylinderartig ausgestaltet. Da das Abdeckelement nicht vollständig in Form eines

Zylinders oder Hohlzylinders ausgebildet ist, ist das Abdeckelement massereduziert ausgestaltet, so dass geringere Kräfte zur Bewegung des Abdeckelementes erforderlich sind.

In einer bevorzugten und einfach herzustellenden Weise ist das Abdeckelement mit Hilfe einer Welle der Regelvorrichtung bewegbar. Die Welle ist ein Element der

Bewegungsvorrichtung, wobei eine Wellenrotationsachse koaxial zur Rotationsachse des Abdeckelementes ausgebildet ist. Somit ist eine einfache Bewegungsinitiation des Abdeckelementes herbeiführbar, die einem sicheren Betrieb der Regelvorrichtung dient.

Vorteilhafterweise weist in einer weiteren Ausgestaltung zur einfachen Lagerung des Abdeckelementes das Abdeckelement eine rotationssymmetrische und koaxial mit der Rotationsachse ausgebildete Lageröffnung auf, wobei in selbige ein komplementär ausgebildetes Aufnahmeelement des Abgasführungsabschnitts eingreifbar ausgestaltet ist. Mit Hilfe dieser rotationssymmetrischen und koaxial mit der Rotationsachse ausgebildeten Lageröffnung ist eine einfache und sichere Lagerung des

Abdeckelementes gewährleistet.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Abdeckelement aus einem keramischen Material ausgebildet. Die Regelvorrichtung und insbesondere das

Abdeckelement sind im Betrieb Temperaturschwankungen ausgesetzt, welche einen hohen Temperaturgradienten aufweisen, wobei sehr hohe absolute Temperaturen im Bereich von ca. 1000°C üblicherweise auftreten. Keramisches Material ist ein besonders temperaturbeständiges Material, so dass Bauteile, gefertigt aus diesem Material, hochtemperaturfest sind und geringe bzw. je nach Temperatur auch keine Deformationen aufweisen. Somit ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung, welche aus keramischem Material hergestellt ist, besonders betriebssicher.

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.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Teilschnitt durch einen

erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt für eine Turbine mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abdeckelementes einer

erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;

Fig. 5 eine Draufsicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;

Fig. 6 eine Unteransicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer

Abgasführungsabschnitt 1 einer Turbine 2, insbesondere einer Turbine eines

Abgasturboladers, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidstromung in den Abgasführungsabschnitt 1 , im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, einen nicht näher dargestellten Spiralkanal stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen Austrittskanal 4 stromab des Spiralkanals, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann.

Zwischen dem Spiralkanal und dem Austrittskanal 4 ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.

Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens der Turbine 2 an die Fluidströmung ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 5 zum Öffnen oder Schließen eines Umgehungskanals 6 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 1 zur Umgehung der Radkammer im Abgasführungsabschnitt 1 vorgesehen. Der Umgehungskanal 6 weist eine Eintrittsöffnung 7 mit einem Strömungsquerschnitt 8 auf, wobei die Eintrittsöffnung 7 mit Hilfe der Regelvorrichtung 5 vollständig oder teilweise verschließbar ist bzw.

vollständig oder teilweise geöffnet werden kann. Entsprechend einer Positionierung der Regelvorrichtung 5 ist es möglich dass die Fluidströmung an der Radkammer und somit an dem in der Radkammer drehbar aufgenommenen Turbinenrad vollständig oder teilweise anströmt, bzw. vollständig oder nur teilweise an dem in der Radkammer drehbar aufgenommenen Turbinenrad vorbei strömt.

Ein Abdeckelement 9 der Regelvorrichtung 5 ist in dem Umgehungskanal 6, und somit im Abgasführungsabschnitt 1 , verdrehbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 9 um eine Rotationsachse 10 des Abdeckelements 9 rotierbar im Umgehungskanal 6 und somit im Abgasführungsabschnitt 1 gelagert ist. Das heißt mit anderen Worten, das

Abdeckelement 9 ist eine Rotationsbewegung im Abgasführungsabschnitt 1 ausführbar aufgenommen, wobei mit Hilfe der Rotationsbewegung der Strömungsquerschnitt 8 der Eintrittsöffnung 7 einstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 5 weist zur rotatorischen Bewegung des

Abdeckelements 9 eine Welle 11 auf, welche mit dem Abdeckelement 9 drehfest verbunden ist, so dass das Abdeckelement 9 mit Hilfe der Welle 11 bewegbar ist, wobei die Rotationsachse 10 des Abdeckelementes 9 einer Rotationsachse der Welle 11 entspricht.

Zur rotatorischen Bewegbarkeit des Abdeckelementes 9 ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine zylinderartig ausgebildete Öffnung 12 mit einer Längsachse 13 ausgestaltet, in welcher die Regelvorrichtung 5 rotierbar aufnehmbar ist. Die Öffnung 12 ist quasi senkrecht zu einer Eintrittsachse 14 der Eintrittsöffnung 7 in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet. Allerdings könnte die Längsachse 13 auch in einem von 90° abweichend ausgebildeten Winkel zur Eintrittsachse 14 im Abgasführungsabschnitt 1 vorliegen.

Das Abdeckelement 9 ist gegenüber dem Strömungsquerschnitt 8 eine

Rotationsbewegung um die Rotationsachse 10 im Umgehungskanal 6 durchführbar ausgestaltet, wobei die Rotationsachse 10 den Umgehungskanal 6 durchdringend positioniert ist.

Das gemäß den Figuren 1 bis 6 ausgebildete Abdeckelement 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 5 ist mindestens abschnittsweise zylinderartig ausgestaltet. Das Abdeckelement 9 weist eine Mantelfläche 15 sowie eine an einem ersten Ende 16 die Mantelfläche 15 quer zur Rotationsachse 10 begrenzende erste Deckfläche 17 und eine die Mantelfläche 15 quer zur Rotationsachse 10 begrenzende zweite Deckfläche 18 auf, wobei die zweite Deckfläche 18 von der ersten Deckfläche 17 am Abdeckelement 9 abgewandt ausgebildet ist. Die abschnittsweise zylinderartige Ausgestaltung ist dabei so zu verstehen, dass das Abdeckelement 9 im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet ist, wobei quer zur Rotationsachse 10 des Zylinders eine das Abdeckelement 9 vollständig durchdringende Durchströmöffnung 19 ausgebildet ist. Die Mantelfläche 15 dient überwiegend als Schließfläche 20 zum Verschließen des Strömungsquerschnitts 8.

Die Durchströmöffnung 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Winkel oc von 90° quer zur Rotationsachse 10 ausgebildet. Sofern das Abdeckelement 9 abweichend von einer lotrechten Positionierung im Umgehungskanal 6 angeordnet ist, ist der Winkel α so zu wählen, dass eine dem Umgehungskanal 6 angepasste Durchströmung des

Abdeckelementes 9 erfolgen kann. Mit anderen Worten sind kantige Übergänge oder Hinterschneidungen zu vermeiden, da dies zu Störungen und somit zu einem Abriss der Strömungen führen kann und Strömungsverluste erzeugt.

Die Schließfläche 20 des Abdeckelements 9 ist parallel zur Rotationsachse 10

ausgestaltet. Das bedeutet, dass durch Rotation des Abdeckelementes 9 um seine Rotationsachse 10 der Umgehungskanal 6 und somit der Strömungsquerschnitt 8 geöffnet oder freigegeben bzw. teilweise freigegeben werden kann. Das Abdeckelement 9 weist an seiner ersten Deckfläche 17 eine kreisförmige Vertiefung 21 auf, welche zu Aufnahme eines Befestigungsmittels 22 einer Bewegungsvorrichtung zur Initiierung der Rotationsbewegung des Abdeckelementes 9 vorgesehen ist, wie in Fig. 5 dargestellt. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 21 quadratisch ausgebildet, sie kann allerdings auch eine beliebige Anzahl von Ecken aufweisen, das heißt polygonal sein, oder anderweitig gestaltet sein, wobei darauf zu achten ist, dass das Befestigungsmittel 22 komplementär zur Kontur der Vertiefung ausgebildet ist. Das Befestigungsmittel 22 ist drehfest mit dem Abdeckelement 9 verbunden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abdeckelement 9 einstückig mit dem Befestigungsmittel 22 ausgebildet. Bevorzugterweise sind das Befestigungsmittel 22 und die Vertiefung 21 symmetrisch zur Rotationsachse 10 ausgebildet

Das in Fig. 6 beispielhaft gezeigte Abdeckelement 9 weist zur Lagerung im

Abgasführungsabschnitt 1 eine Lageröffnung 23 auf, welche idealerweise symmetrisch zur Rotationsachse 10 vorgesehen ist. Das im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildete Aufnahmeelement 24 ist komplementär mit der Lageröffnung 23 ausgestaltet. Zur Vermeidung eines Verkantens sind die Lageröffnung 23 und entsprechend das

Aufnahmeelement 24 rotationssymmetrisch ausgeformt.

Zur Initiierung der Rotation ist aufgrund eines geringen Bauraumbedarfs ein

elektronischer Aktuator vorgesehen, wobei auch eine stangengeführte

Bewegungsvorrichtung zur Bewegungsinitiierung ausgebildet sein kann. Mit Hilfe von stangengeführten Bewegungsvorrichtungen ist eine lineare Bewegung des

Abdeckelementes herbeizuführen, wohingegen vorteilhafterweise mit einem

elektronischen Aktivierungselement beliebige Bewegungen des Abdeckelementes realisierbar sind. Das elektronische Aktivierungselement ist vorteilhafterweise direkt an der Welle der Regelvorrichtung anzubringen, sodass aufgrund der direkten Verbindung zwischen Welle und elektronischem Aktivierungselement neben einer

Verschleißverringerung auch eine wesentliche Bauraumreduzierung erreichbar ist.

Idealerweise ist eine thermische Trennung zwischen der Welle und dem elektronischen Aktivierungselement ausgebildet, wobei das elektronische Aktivierungselement bevorzugt von einem keramischen Gehäuse ummantelt ist. Das Abdeckelement ist aus einem keramischen Material ausgebildet, da dieses gegenüber hohen Temperaturen, die im Betrieb eines Abgasturboladers Werte von ca. 1000°C aufweisen, weniger zum Verzug neigt, als ein Metall.