DE102011086507A1 - Flap mechanism i.e. waste gate flap mechanism, for turbo supercharger system, has spindle welded in region of upper end section by forming welding or soldering portion with lever element, where side of section of spindle comprises recess - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Klappenmechanismus, insbesondere Wastegate-Klappenmechanismus, für ein Turbolader-System, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Turbolader-System mit einem derartigen Klappenmechanismus. The invention relates to a flap mechanism, in particular wastegate flap mechanism, for a turbocharger system, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a turbocharger system with such a flap mechanism.
Aus dem Stand der Technik sind Klappenmechanismen für Turbolader-Systeme in vielfältiger Art und Weise bekannt. Ein derartiger Klappenmechanismus besteht aus einer in einer Buchse schwenkbar angeordneten Spindel, wobei die Buchse in einem Turbinengehäuse befestigt ist. Innerhalb des Turbinengehäuses ist an der Spindel eine Klappe befestigt, und außerhalb des Turbinengehäuses ist an der Spindel ein Kipphebel befestigt. Mittels eines derartigen Klappenmechanismus kann der Ladedruck in einem Turbolader-System präzise gesteuert werden. Insbesondere wird mittels der Ladedruckregelung verhindert, dass eine zu große Menge an Luft verdichtet wird, was unter Umständen zu einer Überlastung des von dem Turbolader-System aufgeladenen Motors führen würde. Die Ladedruckregelung eines Turbolader-Systems erfolgt unter Verwendung eines Klappenmechanismus, bei dem an der Spindel eine Klappe angebracht ist, welche ein Ventil durch Schwenkung der Spindel bei Bedarf öffnet und wieder schließt. Die Schwenkung der Spindel erfolgt mittels eines an einem Endabschnitt der Spindel angebrachten Hebelelements. From the prior art, flap mechanisms for turbocharger systems are known in a variety of ways. Such a flap mechanism consists of a pivotally mounted in a socket spindle, wherein the sleeve is mounted in a turbine housing. Within the turbine housing, a flap is attached to the spindle, and outside the turbine housing, a rocker arm is attached to the spindle. By means of such a flap mechanism, the boost pressure in a turbocharger system can be precisely controlled. In particular, it is prevented by means of the boost pressure control that an excessive amount of air is compressed, which would possibly lead to an overload of the supercharged by the turbocharger engine. The boost pressure control of a turbocharger system is carried out using a flap mechanism in which a flap is attached to the spindle, which opens a valve by pivoting the spindle when needed and closes again. The pivoting of the spindle is effected by means of a mounted on an end portion of the spindle lever member.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Klappenmechanismen ist ein Endabschnitt der Spindel mit dem Hebelelement verschweißt oder verlötet. Als Folge der beim Verschweißen bzw. Verlöten entstehenden hohen Temperaturen bilden sich bei der Verschweißung bzw. Verlötung von Spindel und Hebelelement häufig Risse in der Schweiß- bzw. Lötnaht, was die Festigkeit der Schweiß- bzw. Lötverbindung reduzieren kann. Derartige Risse entstehen durch Schrumpfspannungen, welche durch die Spindel aufgrund der hohen Festigkeit bzw. Härte und des geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des die Spindel bildenden Werkstoffs nicht hinreichend ausgeglichen werden können. In known from the prior art flap mechanisms, an end portion of the spindle is welded or soldered to the lever member. As a result of the high temperatures that occur during welding or soldering, cracks in the weld or solder seam often form during welding or soldering of the spindle and the lever element, which can reduce the strength of the weld or solder joint. Such cracks are caused by shrinkage stresses, which can not be sufficiently compensated by the spindle due to the high strength or hardness and the low thermal expansion coefficient of the material forming the spindle.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Klappenmechanismus bereitzustellen, bei welchem eine besonders stabile Schweiß- bzw. Lötverbindung zwischen Spindel und Hebelelement sichergestellt ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweiß- bzw. Lötnaht bereitzustellen, bei der die Ausbildung von Rissen vermieden wird. It is therefore an object of the present invention to provide a flap mechanism in which a particularly stable welding or soldering connection between the spindle and the lever element is ensured. In particular, it is an object of the present invention to provide a weld seam in which the formation of cracks is avoided.
Obengenannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The above object is achieved by the device according to independent claim 1. Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch die Bereitstellung einer Ausnehmung auf einer Stirnseite eines oberen Endabschnitts einer Spindel die Materialstärke der Spindel zu reduzieren. Auf diese Weise können in den die Spindel ausbildenden Werkstoff mechanische Spannungen aufgrund von beim Verschweißen bzw. Verlöten auftretenden hohen Temperaturen besser kompensiert werden. Somit wird auch die Rissbildung in dem Verschweißungs- bzw. Verlötungsbereich zwischen Spindel und Hebelelement weitgehend vermieden, was zu einer Erhöhung der Festigkeit der Schweiß- bzw. Lötverbindung zwischen Spindel und Hebelelement führt. The invention is based on the general idea to reduce the material thickness of the spindle by providing a recess on an end face of an upper end portion of a spindle. In this way, mechanical stresses due to high temperatures occurring during welding or soldering can be better compensated in the material forming the spindle. Thus, the formation of cracks in the welding or soldering between the spindle and lever element is largely avoided, which leads to an increase in the strength of the weld or solder joint between the spindle and lever member.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schweiß- oder Verlötungsabschnitt im Wesentlichen ringförmig, insbesondere als Schweißnaht, mit einem Innenund einem Außendurchmesser ausgebildet. Auf diese Weise wird eine besonders homogene Verschweißung bzw. Verlötung von Spindel mit dem Hebelelement möglich. In a preferred embodiment, the welding or soldering portion is substantially annular, in particular as a weld, formed with an inner and an outer diameter. In this way, a particularly homogeneous welding or soldering of spindle with the lever element is possible.
Bevorzugt ist die Ausnehmung als im Wesentlichen konzentrische Bohrung ausgebildet, welche sich insbesondere in Richtung des unteren Endabschnitts der Spindel verjüngt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Steifigkeit der Spindel in einem von dem Verschweißungs- bzw. Verlötungsabschnitt abgewandten Abschnitt durch das Vorhandensein einer Bohrung nicht reduziert ist. Preferably, the recess is formed as a substantially concentric bore, which tapers in particular in the direction of the lower end portion of the spindle. In this way, it is ensured that the rigidity of the spindle in a section facing away from the welding or soldering section is not reduced by the presence of a bore.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist die Ausnehmung als Durchgangsbohrung ausgebildet. Eine derartige Ausführungsform bietet sich dann an, wenn das Gewicht der Spindel möglichst klein gehalten werden soll. In a further embodiment, the recess is formed as a through hole. Such an embodiment is useful when the weight of the spindle should be kept as small as possible.
Um eine möglichst effektive Vermeidung von mechanischen Spannungen im Verschweißungs- bzw. Verlötungsbereich zwischen Spindel und Hebelelement zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung auf der Stirnseite des Endabschnitts einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Verschweißungs- bzw. Verlötungsabschnitts ist. Auf diese Weise kann die Materialstärke der Spindel im Bereich des Verschweißungs- bzw. Verlötungsabschnitts relativ gering gehalten werden, so dass temperaturbedingte mechanische Spannungen beim Verschweißen bzw. Verlöten besonders gut ausgeglichen werden können. In order to achieve the most effective possible avoidance of mechanical stresses in the welding or soldering between spindle and lever element, it is proposed that the recess has on the end face of the end portion has a diameter which is substantially equal to the inner diameter of the annular welding or soldering , In this way, the material thickness of the spindle in the region of the welding or soldering portion can be kept relatively low, so that temperature-induced mechanical stresses during welding or soldering can be compensated particularly well.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung als wenigstens eine sich in eine radiale Richtung erstreckende Nut, insbesondere als Durchgangsnut, ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache und damit kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Ausnehmung in der Spindel. Furthermore, it is proposed that the recess is designed as at least one groove extending in a radial direction, in particular as a through-groove. This allows a Particularly simple and thus cost-effective production of the recess according to the invention in the spindle.
Um die mechanischen Spannungen beim Verschweißen bzw. Verlöten besonders gering zu halten, wird in einer weiterbildenden Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Nut, insbesondere die Durchgangsnut, als Kreuzschlitz ausgebildet ist. In order to keep the mechanical stresses during welding or soldering particularly low, it is proposed in a further embodiment that the groove, in particular the through-groove, is designed as a cross-slot.
Vorzugsweise ist der Verschweißungsabschnitt bzw. der Verlötungsabschnitt mittels Elektronenstrahl-Schweißen oder Laser-Schweißen oder Vakuum-Löten oder Schutzgas-Löten oder Hartlöten hergestellt. Dies ermöglicht die Anwendung einer Vielzahl von kostengünstigen Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Klappenmechanismus. Preferably, the weld portion is made by electron beam welding or laser welding or vacuum soldering or inert gas soldering or brazing. This allows the use of a variety of low-cost methods for producing the flap mechanism according to the invention.
Ebenso wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass die Ausnehmung mittels wenigstens einem der folgenden Verfahren hergestellt ist: Zerspanen, Gießen, Pressen, Erodieren, Material-drücken, Schmieden, Sägen. Auch auf diese Weise ist eine besonders kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Ausnehmung in dem Klappenmechanismus möglich. It is also preferably proposed that the recess be made by at least one of the following methods: machining, casting, pressing, eroding, material pressing, forging, sawing. Also in this way a particularly cost-effective production of the recess according to the invention in the flap mechanism is possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Turbolader-System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Klappenmechanismus mit einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale. The present invention further relates to a turbocharger system, in particular for a motor vehicle, having a flap mechanism with one or more of the foregoing features.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
In der
Der Verschweißungsabschnitt
In Varianten zum ersten Ausführungsbeispiel kann die Ausnehmung
In der
Der erfindungsgemäße Klappenmechanismus kann in einem Turbolader-System zum Einsatz kommen. Ein solches Turbolader-System ist üblicherweise in einem Turbinengehäuse angebracht. Dazu ist das Turbinengehäuse mit einer Buchse versehen, in welcher die Spindel
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