CN106460547B - 具有可调节叶片的涡轮增压器 - Google Patents

具有可调节叶片的涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有可变截面涡轮的涡轮增压器，其具有带有用于排气的供应管道的涡轮机壳体；具有可旋转地安装在涡轮机壳体中的涡轮机叶轮；以及具有在外侧径向地围绕涡轮机叶轮的导向装置，导向装置具有叶片轴承环；导向装置具有多个导向叶片，每个导向叶片具有安装在叶片轴承环中的叶片轴；导向装置具有调节环，调节环通过在其一端固定到叶片轴上的相关联的叶片杆操作性地连接到导向叶片，其中每个叶片杆在另一端具有杆头，所述杆头可设置成与调节环的相关联的接合凹部接合，并且具有致动装置，所述致动装置具有设置在涡轮机壳体中并且通过调节销连接到调节环的内部杆，其中调节销具有焊接螺栓，耐磨套筒设置在焊接螺栓上。

Description

具有可调节叶片的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压器。
背景技术
从EP 1 564 380 A1已知这种类型的涡轮增压器。
为了连接致动装置的内部杆，提供了调节销，该调节销在一侧连接到调节环，并且在另一侧与内部杆接合。高级基础材质与磨损优化表面相结合，会确保耐用性。然而，在通用涡轮增压器的情况下，这可能只能通过对焊接质量方面和/或耐磨性方面进行折衷来实现。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种涡轮增压器，利用该涡轮增压器可以实现涡轮增压器导向装置的调节销的高焊接质量和高耐磨性。
因此，本发明提供了一种具有可变截面涡轮的涡轮增压器，其具有带有用于排气的供应管道的涡轮机壳体；具有可旋转地安装在涡轮机壳体中的涡轮机叶轮；并且具有在外侧径向地围绕涡轮机叶轮的导向装置，该导向装置具有叶片轴承环，该导向装置具有多个导向叶片，每个导向叶片具有安装在叶片轴承环中的叶片轴，该导向装置具有调节环，调节环通过在其一端固定在叶片轴上的相关联的叶片杆可操作地连接到导向叶片，其中每个叶片杆在另一端具有杆头，杆头可设置成与调节环的相关联的接合凹部接合，并且具有致动装置，该致动装置具有设置在涡轮机壳体中并且通过调节销连接到调节环的内部杆，其特征在于，调节销具有焊接螺栓，耐磨套筒设置在焊接螺栓上。
在一种改进中，焊接螺栓由具有良好焊接特性的材料形成。以这种方式，焊接螺栓可以无需大的耗费就焊接到调节环。
在一种改进中，焊接螺栓具有圆柱形螺栓本体，该螺栓本体在一端配备有支撑盘。支撑盘在焊接螺栓和调节环之间形成面邻接。
在进一步的改进中，支撑盘具有比螺栓本体更大的直径。支撑盘因此形成用于套筒的轴向界限。支撑表面相对于基本上平面的调节环正交地定位调节销。
在进一步的改进中，支撑盘具有螺柱销。在将调节销焊接到调节环时，螺柱销使调节销相对于调节环精确定位对中。
为了接收螺柱销，调节环可以具有可以相应地成形的接收凹部。螺柱销和/或接收凹部还可以成形为使得螺柱销可以容易地***到接收凹部中，例如通过圆锥形状和/或通过在螺柱销的轴向长度上首先急剧变窄然后朝着螺柱销的远端渐渐地变窄的直径。
在进一步的改进中，螺栓本体在与支撑盘相对布置的端部处暴露。以这种方式，焊接电极可以设置成与焊接螺栓直接接触，以便在焊接过程期间改善导电性并且为了定位焊接电极的目的。
在进一步的改进中，套筒抵靠支撑盘。相应地构造用于首次形成绿色产品的金属注射成型工具，该绿色产品用于以下面进一步描述的方式从两个部件生产调节销，其中第一部件形成焊接螺栓，第二部件形成套筒。
由于事实上调节销由两种材料形成，焊接螺栓可以由具有良好焊接特性的材料制成，另一方面，套筒可以由耐磨材料制成，使得可以以取决于应用的方式为所述两个部件选择最佳适合的材料。
调节销可以按具有以下步骤的方法制造：
a)注射成型在烧结过程之后具有良好焊接特性的第一部件，该第一部件是焊接螺栓的形式，
b)将焊接螺栓***成型到在烧结过程之后耐磨的第二部件中，并且第二部件是围绕焊接螺栓的套筒的形式，
c)通过加热来烧结在步骤a)和b)之后产出的绿色产品。
以这种方式，形成可以焊接到调节环并且在操作期间表现出低磨损的调节销。步骤c)也可以在压力作用下进行。
附图说明
图1从下面参照附图对示例性实施例的描述中，本发明的其它细节、优点和特征将变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明的涡轮增压器的基本结构的剖视立体图；
图2示出了根据本发明的导向装置的一部分的平面图；以及
图3是根据本发明的涡轮增压器的涡轮机壳体的一部分的剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的涡轮增压器1，其具有涡轮机壳体2和通过轴承壳体19连接到所述涡轮机壳体的压缩机壳体3。壳体2、3和19沿着旋转轴线R布置。涡轮机壳体2部分地以截面示出，以便示出作为径向外部导向装置18的一部分的叶片轴承环6的布置，该径向外部导向装置具有分布在圆周上并且具有枢转轴或叶片轴8的多个导向叶片7。以这种方式，根据导向叶片7的位置形成更大或更小的喷嘴横截面，并且经由供应管道9供应的以及经由中心连接管10排出的内燃机和/或燃料电池的排气经由喷嘴横截面或多或少地冲击在安装在旋转轴线R上的中心处的涡轮机叶轮4上，以便经由涡轮机叶轮4驱动安置在同一轴上的压缩机叶轮17。
为了控制导向叶片7的运动或位置，设置有致动装置11。所述致动装置可以是任何期望的设计，但是优选实施例具有控制壳体12，其控制紧固到其上的柱塞元件14的控制运动，使得所述柱塞元件的运动转换为位于叶片轴承环6后面的调节环5的轻微旋转运动。
图2以放大比例示出了导向装置18的一部分的平面图。
示出了一个叶片杆20，作为所述导向装置18的所有叶片杆的代表，其一端具有带有凹部22的紧固环21，叶片轴8的一端固定在该凹部中。
叶片杆20的杆头23设置在调节环5的接合凹部24中，并且因此与调节环5接合。
从图2连同图3可以看出，导向装置18还具有调节销25，该调节销在一侧连接到调节环5，并且在另一侧与内部杆26接合，内部杆进而通过图3中可见的控制轴34连接到外部杆35，外部杆进而操作性地连接到图1中示出的致动装置11。为此目的，控制轴34借助于轴承装置36可旋转地安装在涡轮机壳体2中。
关于调节销25的结构，图2和图3示出了所述调节销25具有内部焊接螺栓27，该内部焊接螺栓可以由具有良好焊接特性的材料制成。所述内部焊接螺栓27焊接到调节环5上。为此目的，在图2和图3所示的特别优选的实施例中，焊接螺栓27具有圆柱形螺栓本体29。所述圆柱形螺栓本体29在其整个长度上被耐磨套筒28围绕，如尤其可从图3中看到的。在一端，螺栓本体29配备有支撑盘30，在图2和图3所示的实施例中，该支撑盘具有比螺栓本体29更大的外径。在图2和图3所示的特别优选的实施例中，在面向调节环5的底侧上，支撑盘30具有可以接合到调节环5的接收凹部32中的螺柱销31。焊接螺栓27焊接到调节环5上，这在根据本发明的实施例的情况下可以特别容易地进行，因为可以将焊接螺栓27的材料选择为具有特别良好焊接特性的材料。
如图2和图3所示，焊接螺栓27在其远离调节环5的端部上设置有在一侧开口的可选的中心凹部33。
通过选择套筒28的材料，确保在引言中所讨论的另一优点，即高耐磨性。如图3所示，在其中所示的实施例中，套筒28邻接支撑盘30并且可以以适当的方式固定到焊接螺栓，例如通过过盈配合或类似的适当的连接装置。用于制造由焊接螺栓27和套筒28构成的部件组件的一种选择是MIM复合铸造工艺。这里，“MIM”代表金属注射成型(粉末注射成型)。在这种情况下，在注射成型工艺中加工设置有粘合剂的金属粉末。随后除去粘合剂，并进行烧结过程。
在MIM复合铸造工艺中，优选地，套筒28和焊接螺栓27由设置有粘合剂的金属粉末成型，并且由两个部件构成，其中，套筒28与焊接螺栓27一起形成单个绿色产品。从绿色产品中除去粘合剂。烧结除去粘合剂的棕色产品，以便制造调节销25。
成品套筒28的耐磨合金优选地包含以下成分：
25％至35％，优选28％至33％的铬，和/或
3％至20％，优选5％至15％的钨，和/或
1％至4％的碳，和/或
0.5％至3％的硅。
该合金优选地基于钴，钴含量为至少20％。
用于焊接螺栓27的具有良好焊接特性的材料的示例是1.4571/X6CrNiMoTi17-12-2。
尽管上面已经基于导向装置18的调节销25的示例讨论了本发明的原理，但是基本上可以设想的是，根据本发明的这些原理也适用于排气涡轮增压器的遇到磨损问题的其它区域。对此的一个示例是外部杆35的螺栓37(在图3中可见)。
为了补充本发明，在此明确地参考图1至图3中的本发明的说明性陈述。在上面的描述中已经给出了至少一个示例性实施例。然而不言而喻的是，进一步的变型是可能的。此外，应当注意的是，各个示例性实施例仅仅是示例，并且不应被视为限制本发明的范围、使用或配置。相反，从上面的详细描述中，本领域技术人员将会想到实现示例性实施例的至少一种可能性。同样不言而喻的是，在不脱离如所附权利要求和法律等同文件中所限定的本发明的保护范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
参考标号列表
1 涡轮增压器/排气涡轮增压器
2 涡轮机壳体
3 压缩机壳体
4 涡轮机叶轮
5 调节环
6 叶片轴承环
7 导向叶片
8 叶片轴
9 供应管道
10 轴向连接器
11 致动装置
12 控制壳体
14 柱塞元件
17 压缩机叶轮
18 导向装置
19 轴承壳体
20 叶片杆
21 紧固环
22 凹部
23 杆头
24 接合凹部
25 调节销(复合材料销或由两种材料制成的销)
26 内部杆
27 焊接螺栓
28 套筒
29 螺栓本体
30 支撑盘
31 螺柱销
32 接收凹部
33 在一侧开口的凹部
34 控制轴
35 外部杆
36 轴承装置
37 螺栓
R 旋转轴线

Claims (13)

1.一种具有可变截面涡轮的涡轮增压器(1)，
-具有带有用于排气的供应管道(9)的涡轮机壳体(2)；
-具有可旋转地安装在所述涡轮机壳体(2)中的涡轮机叶轮(4)；以及
-具有导向装置(18)，
所述导向装置在外侧径向地围绕所述涡轮机叶轮(4)，
所述导向装置具有叶片轴承环(6)，
所述导向装置具有多个导向叶片(7)，每个导向叶片具有安装在所述叶片轴承环(6)中的叶片轴(8)，
所述导向装置具有调节环(5)，所述调节环通过相关联的叶片杆(20)操作性地连接到所述导向叶片(7)，所述叶片杆在其一端固定在所述叶片轴(8)上，其中每个叶片杆(20)在另一端具有杆头(23)，
所述杆头能设置成与所述调节环(5)的相关联的接合凹部(24)接合，并且
具有致动装置(11)，所述致动装置具有设置在所述涡轮机壳体(2)中并且通过调节销(25)连接到所述调节环(5)的内部杆(26)，
其特征在于，
所述调节销(25)焊接到所述调节环(5)；
所述调节销(25)具有焊接螺栓(27)，耐磨套筒(28)固定地设置在所述焊接螺栓上；并且
所述焊接螺栓(27)由具有良好焊接特性的材料制成，所述耐磨套筒(28)由具有良好耐磨性的材料制成；并且
所述焊接螺栓(27)具有圆柱形螺栓本体(29)，所述圆柱形螺栓本体在一端配备有支撑盘(30)；并且
所述支撑盘(30)具有螺柱销(31)。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述支撑盘(30)具有比所述螺栓本体(29)更大的直径。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述调节环(5)具有用于所述螺柱销(31)的接收凹部(32)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述螺栓本体(29)在与所述支撑盘(30)相对布置的端部处暴露。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述套筒(28)在所述螺栓本体(29)的整个长度上围绕所述螺栓本体。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述套筒(28)支承在所述支撑盘(30)上。
7.一种用于具有可变截面涡轮的涡轮增压器(1)的导向装置(18)，所述导向装置在外侧径向地围绕所述涡轮增压器(1)的涡轮机叶轮(4)，并具有以下部件：
-叶片轴承环(6)，
-多个导向叶片(7)，每个导向叶片具有安装在所述叶片轴承环(6)中的叶片轴(8)，
-调节环(5)，所述调节环通过相关联的叶片杆(20)操作性地连接到所述导向叶片(7)，所述叶片杆在其一端固定在所述叶片轴(8)上，其中每个叶片杆(20)在另一端具有杆头(23)，所述杆头能设置成与所述调节环(5)的相关联的接合凹部(24)接合，以及
-调节销(25)，
其特征在于，
-所述调节销(25)焊接到所述调节环(5)；
-所述调节销(25)具有焊接螺栓(27)，耐磨套筒(28)固定地设置在所述焊接螺栓上；并且
所述焊接螺栓(27)由具有良好焊接特性的材料制成，所述耐磨套筒(28)由具有良好耐磨性的材料制成；并且
所述焊接螺栓(27)具有圆柱形螺栓本体(29)，所述圆柱形螺栓本体在一端配备有支撑盘(30)；并且
所述支撑盘(30)具有螺柱销(31)。
8.根据权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述支撑盘(30)具有比所述螺栓本体(29)更大的直径。
9.根据权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述调节环(5)具有用于所述螺柱销(31)的接收凹部(32)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的导向装置，其特征在于，所述螺栓本体(29)在与所述支撑盘(30)相对布置的端部处暴露。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的导向装置，其特征在于，所述套筒(28)在所述螺栓本体(29)的整个长度上围绕所述螺栓本体。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的导向装置，其特征在于，所述套筒(28)支承在所述支撑盘(30)上。
13.一种用于制造用于根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮增压器的调节装置的调节销(25)的方法，具有以下步骤：
a)注射成型在烧结过程之后具有良好焊接特性的第一部件，所述第一部件是焊接螺栓(27)的形式，
b)将所述焊接螺栓(27)***成型到在烧结过程之后耐磨的第二部件中，并且所述第二部件是围绕所述焊接螺栓(27)的套筒(28)的形式，
c)通过加热来烧结在步骤a)和b)之后产出的生坯产品。
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