DE112014003080T5

DE112014003080T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112014003080T5
Application number: DE112014003080.5T
Authority: DE
Inventors: Peter Keller
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-04-14
Also published as: US10087826B2; US20160169093A1; JP2016523328A; JP6055959B2; CN105339626A; CN105339626B; WO2015013061A1; KR20160028476A

Abstract

Offenbart ist ein Abgasturbolader (1), aufweisend einen Verdichter (5) mit einem Verdichterrad (7), eine Turbine (2) mit einem Turbinenrad (4), eine Ladedruck-Regeleinrichtung (9), einen Aktuator (13) zur Betätigung der Ladedruck-Regeleinrichtung (9), eine vom Aktuator (13) bewegbare Regelstangenanordnung (12), und einen mit der Ladedruck-Regeleinrichtung (9) verbundenen Hebel (11) zum Öffnen und Schließen der Ladedruck-Regeleinrichtung (9), wobei die Regelstangenanordnung (12) mit dem Hebel (11) schwenkbar verbunden ist, wobei die Regelstangenanordnung (12) eine Buchse (16) aufweist und der Hebel (11) einen Pin (18) aufweist, wobei der Pin (18) schwenkbar in der Buchse (16) steckt, und wobei die Regelstangenanordnung (12) eine Stange (14) aufweist, an deren Ende eine Führungsstück (15) angeordnet ist, wobei die Buchse (16) Bestandteil des Führungsstücks (15) ist oder wobei die Buchse (16) mit dem Führungsstück (15) direkt und fest verbunden, insbesondere eingepresst, ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsstück (15) eine teilweise wannenförmige Aussparung (20) aufweist, wobei die Stange (14) in die Aussparung (20) eingelegt und mit dem Führungsstück (15) verschweißt, verpresst oder verlötet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Ladedruckregelung kann ein gattungsgemäßer Abgasturbolader verdichterseitig mit einer Ladedruck-Regeleinrichtung in Form einer Verdichter-Bypass-Anordnung und/oder turbinenseitig mit einem Wastegate-Kanal versehen sein, der unter Umgehung des Turbinenrades den Turbineneintritt mit dem Turbinenaustritt verbindet. Durch diesen Wastegate- oder Bypass-Kanal kann bei Erreichen des erforderlichen Ladedrucks zumindest ein Teil der Abgasmenge um die Turbine bzw. das Turbinenrad herum geleitet werden. Zum Öffnen und Schließen des Wastegate-Kanals ist eine Wastegate-Klappe vorgesehen, die auch als Ladedruck-Regelklappe bezeichnet wird. Diese Ladedruck-Regelklappe ist über ein Gestänge mit einem Aktuator verbunden, der beispielsweise als pneumatische Steuerdose oder elektrischer Stellmotor ausgebildet sein kann. Ebenfallss kann zur Ladedruckregelung eine verstellbare Turbinengeometrie vorgesehen sein, bei der am Turbineneintritt Leitelemente zur gerichteten, massenstrom- bzw. druckabhängigen Führung der Strömung vorgesehen sind, wobei die Leitelemente über eine Anordnung betätigbar ist.
Die DE 10 2009 029 880 A1 zeigt den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Abgasturbolader bereitzustellen, der bei kostengünstiger Herstellung und Montage wartungsarm funktioniert. Insbesondere soll die mechanische Verbindung zwischen dem Aktuator und der Ladedruck-Regeleinrichtung verschleißarm funktionieren und möglichst einfach montierbar sein. Des Weiteren ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Im Rahmen der Erfindung ist ein Aktuator vorgesehen, der eine Regelstangenanordnung bewegt. Diese Regelstangenanordnung ist wiederum drehbar mit einem Hebel verbunden. Über den Hebel wird die Ladedruck-Regeleinrichtung betätigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Hebel ein Pin angeordnet ist. Die Regelstangenanordnung aufweist eine Buchse, die auf den Pin aufgesteckt ist. Diese Verbindung zwischen Pin und Buchse stellt eine drehbare Verbindung dar, um somit den Hebel über die Regelstangenanordnung zu betätigen. Diese Anordnung ist sehr einfach herstellbar und kann einfach montiert werden, da die Buchse lediglich auf den Pin aufgesteckt werden muss.
Die Regelstangenanordnung ist dreiteilig aufgebaut und weist zumindest eine Stange, an deren Ende ein Führungsstück aufgesteckt ist, auf. Die Stange und das Führungsstück werden vorzugsweise miteinander verschweißt, verpresst oder verlötet. Ebenfalls bei diesem Arbeitsgang erfolgt die Einstellung der Vorspannung des Aktuators. Das Führungsstück kann aus einem relativ günstigen Material, beispielsweise als Gussteil, gefertigt werden. In das Führungsstück wird die Buchse aus einem hochwertigen Material eingesetzt. Beispielsweise wird die Buchse in das Führungsstück eingepresst. Die Stange ist in eine teilweise wannenförmige Aussparung im Führungsstück eingelegt. Die teilweise wannenförmige Aussparung ist insbesondere eine halbrunde, sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung.
Der Pin ist an seinem Umfang bevorzugt ballig ausgebildet. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Pin nicht zu rund ausgebildet ist, d. h. nicht die Form einer Kugel aufweist. Hierzu wird definiert, dass die Buchse einen Durchmesser aufweist und der Pin mit einem Radius ballig ausgebildet ist. Der Radius beträgt dabei zumindest 100%, vorzugsweise zumindest 150%, besonders vorzugsweise zumindest 200%, des Durchmessers.
Die Buchse und/oder der Pin werden bevorzugt gehärtet, beispielsweise durch Plasmanitrieren oder Induktivhärten. Durch die ballige Ausgestaltung des Pins wird ein Verkanten des Pins in der Buchse weitestgehend vermieden. Dies hat den Vorteil, dass die gehärteten Schichten dadurch länger halten, da es zu keiner punktuellen Belastung zwischen Pin und Buchse kommt.
Die Erfindung aufweist des Weiteren ein Verfahren zur Montage eines Abgasturboladers. Dabei erfolgt zunächst die Montage des Turbinengehäuses. In dem Turbinengehäuse wird die Ladedruck-Regelklappe montiert. Des Weiteren befindet sich auf dem Turbinengehäuse der Hebel zum Betätigen der Ladedruck-Regelklappe und der vom Hebel abstehende Pin. Auf diesen Pin wird das Führungsstück inklusive der Buchse aufgesteckt. Erste während der Montage des Turbinengehäuses mit dem Verdichtergehäuse wird die Regelstangenanordnung vollständig zusammengesetzt. In diesem Schritt erfolgt nämlich das feste Verbinden, insbesondere das Verschweißen, der Stange mit dem Führungsstück.
Zu diesem Zeitpunkt ist bevorzugt die Stange bereits mit dem Aktuator verbunden und der Aktuator ist bereits auf dem Abgasturbolader montiert. Während der Montage des Turbinengehäuses am Verdichtergehäuse erfolgt eine Einstellung der Länge der Stange. Die Stange wird hierzu bevorzugt in eine teilweise wannenförmige Aussparung im Führungsstück eingelegt. Dabei kann die effektive Länge der Stange und die Position der Ladedruck-Regeleinrichtung justiert werden. Daraufhin erfolgt das Verschweißen oder Verlöten der Stange mit dem Führungsstück.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch herkömmliche Stangen verwendet werden, die an ihren Enden ein Gewinde aufweisen. Selbst Stangen mit solch einem Gewinde können in die teilweise wannenförmige Aussparung eingelegt werden und mit dem Führungsstück verschweißt werden.
Für das Führungsstück wird bevorzugt ein schweißfreundlicher, insbesondere Cr(VI)freier Werkstoff gewählt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Regelstangenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel,
3 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
4 eine Detailansicht der Regelstangenanordnung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen Abgasturbolader 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Der Abgasturbolader 1 aufweist eine Turbine 2. Die Turbine 2 aufweist ein Turbinengehäuse 3, in dem ein Turbinenrad 4 angeordnet ist. Des Weiteren aufweist der Abgasturbolader 1 einen Verdichter 5 mit einem Verdichtergehäuse 6 und einem darin angeordneten Verdichterrad 7. Das Turbinenrad 6 ist über eine Welle 8 mit dem Verdichterrad 7 verbunden.
Im Turbinengehäuse 3 ist eine als Regelklappe ausgebildete Ladedruck-Regeleinrichtung 9 vorgesehen, die eine direkte Verbindung zwischen dem Turbineneinlass und dem Turbinenauslass öffnet und schließt. Die Ladedruck-Regeleinrichtung 9 kann auch als Wastegate-Klappe bezeichnet werden. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, sie kann ohne weiteres auch zum Verstellen eines Verstellringes mit daran angeordneten Leitelementen an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie (VTG) angewendet werden.
Über einen Bolzen 10 ist die Ladedruck-Regeleinrichtug 9 mit einem Hebel 11 verbunden. Der Hebel 11 wiederum ist über eine Regelstangenanordnung 12 mit einem Aktuator 13 verbunden. Der Aktuator 13 bewegt die Regelstangenanordnung 12. Diese wiederum bewegt den Hebel 11, so dass mittels des Aktuators 13 die Ladedruck-Regeleinrichtung 9 geöffnet und geschlossen werden kann.
2 zeigt einen Detailausschnitt der Regelstangenanordnung 12. Gezeigt ist das dem Hebel 11 zugewandte Ende. Die Regelstangenanordnung 12 aufweist eine Stange 14, an deren Ende ein Führungsstück 15 angeordnet ist. Die Stange 14 und das Führungsstück 15 sind über eine Schweißverbindung 17 miteinander verbunden.
Das Führungsstück 15 ist aus einem schweißfreundlichen Gusswerkstoff gefertigt. In das Führungsstück 15 ist eine Buchse 16 aus gehärtetem Stahl eingepresst. Die Buchse 16 weist einen Durchmesser D auf.
3 zeigt im Detail die Verbindung zwischen der Regelstangenanordnung 12 und dem Hebel 11. Der Hebel 11 weist einen fest auf dem Hebel 11 angeordneten Pin 18 auf. Der Pin 18 steckt in der Buchse 16. Dadurch ist eine drehbare Verbindung zwischen der Regelstangenanordnung 12 und dem Hebel 11 gegeben. Mittels eines Sicherungsrings 19 ist der Pin 18 in der Buchse 16 fixiert.
Der Pin 18 ist mit einem Radius R ausgestaltet. Der Radius R ist gleich oder größer dem Durchmesser D der Buchse 16.
4 zeigt eine weitere Ansicht der Regelstangenanordnung 12. Hierbei ist gut zu sehen, dass im Führungsstück 15 eine teilweise wannenförmige Aussparung 20 vorgesehen ist. In diese teilweise wannenförmige Aussparung 20 wirde die Stange 14 bei der Montage in einem ersten Montageschritt eingelegt. Durch diese Aussparung 20 kann das Führungsstück 15 als sehr einfaches Gussteil gestaltet werden. In einem zweiten Montageschritt kann eine Vorspannung des Aktuators 13 eingestellt werden, indem die Stange 14 relativ zu dem Führungsstück 15 bewegt wird, bis die Ladedruck-Regeleinrichtung 9 in Bezug auf die bei der Montage herrschende Lage des Aktuators 13 eine gewünschte Relativposition einnimmt (Einstellung des Aktuators 13). In dieser Lage wird die Stange 14 mit dem Führungsstück 15 verschweißt, verpresst oder verlötet.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur Ergänzung der Offenbarung der Erfindung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Turbine
3: Turbinengehäuse
4: Turbinenrad
5: Verdichter
6: Verdichtergehäuse
7: Verdichterrad
8: Welle
9: Regeleinrichtung
10: Bolzen
11: Hebel
12: Regelstangenanordnung
13: Aktuator
14: Stange
15: Führungsstück
16: Buchse
17: Schweißverbindung
18: Pin
19: Sicherungsring
20: teilweise wannenförmige Aussparung
R: Radius
D: Durchmesser

Claims

Abgasturbolader (1), aufweisend: – einen Verdichter (5) mit einem Verdichterrad (7), – eine Turbine (2) mit einem Turbinenrad (4), – eine Ladedruck-Regeleinrichtung (9), – einen Aktuator (13) zur Betätigung der Ladedruck-Regeleinrichtung (9), – eine vom Aktuator (13) bewegbare Regelstangenanordnung (12), und – einen mit der Ladedruck-Regeleinrichtung (9) verbundenen Hebel (11) zum Öffnen und Schließen der Ladedruck-Regeleinrichtung (9), – wobei die Regelstangenanordnung (12) mit dem Hebel (11) schwenkbar verbunden ist, – wobei die Regelstangenanordnung (12) eine Buchse (16) aufweist und der Hebel (11) einen Pin (18) aufweist, wobei der Pin (18) schwenkbar in der Buchse (16) steckt, und – wobei die Regelstangenanordnung (12) eine Stange (14) aufweist, an deren Ende eine Führungsstück (15) angeordnet ist, wobei die Buchse (16) Bestandteil des Führungsstücks (15) ist oder wobei die Buchse (16) mit dem Führungsstück (15) direkt und fest verbunden, insbesondere eingepresst, ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsstück (15) eine teilweise wannenförmige Aussparung (20) aufweist, wobei die Stange (14) in die Aussparung (20) eingelegt und mit dem Führungsstück (15) verschweißt, verpresst oder verlötet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pin (18) an seinem Umfang ballig ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pin (18) mit einem Radius (R) ballig ausgebildet ist, und dass die Buchse einen Durchmesser (D) aufweist, wobei der Radius (R) zumindest 100%, vorzugsweise zumindest 150%, besonders vorzugsweise zumindest 200%, des Durchmessers beträgt.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (16) ein separat gefertigtes Bauteil der Regelstangenanordnung (12) ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsstück (15) ein Gussteil ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (16) und/oder der Pin (18) gehärtet, vorzugsweise plasmanitriert oder induktivgehärtet, sind.
Verfahren zur Montage eines Abgasturboladers (1) umfassend die folgenden Schritte in gegebener Reihenfolge: – Bereitstellen eines Turbinengehäuses (3) zur Aufnahme eines Turbinenrades (4), – Montage einer Ladedruck-Regeleinrichtung (9), welche einen Hebel (11) aufweist, – Aufsetzen eines Führungsstückes (15) auf einen mit dem Hebel (11) verbundenen Pin (18), – Einlegen einer Stange (14) in eine, vorzugsweise teilweise wannenförmige, Aussparung (20) am Führungsstück (15), und – Verschweißen oder Verlöten der Stange (14) mit dem Führungsstück (15).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschweißen oder Verlöten der Stange (14) mit dem Führungsstück (15) die Stange (14) bereits mit einem Aktuator (13) verbunden ist, und der Aktuator (13) auf ein mit dem Turbinengehäuse (3) zu verbindendes Verdichtergehäuse (6) montiert ist.