WO2022156853A1

WO2022156853A1 - Verstellvorrichtung eines abgasturboladers

Info

Publication number: WO2022156853A1
Application number: PCT/DE2022/100018
Authority: WO
Inventors: Farhad Haddadian
Original assignee: Ihi Charging Systems International Gmbh
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2022-07-28
Also published as: DE102021101510A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers, wobei der Abgasturbolader (1) einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (3) aufweist, mit einem zur Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt (3) angeordneten Turbinenrades ausgebildeten Zuströmkanal, wobei die Verstellvorrichtung (2) zur Bewegung eines eine Durchströmung des Zuström Kanals regelnden Ventilelementes (9) ausgebildet ist, welches mit Hilfe einer Kinematik (11 ) der Verstellvorrichtung (2) mit einem Aktuator (10) der Verstellvorrichtung (2) wirkverbunden ausgebildet ist, wobei die Kinematik (11) ein erstes Kinematikglied (16) und ein zweites Kinematikglied (17) aufweist, die relativ zueinander bewegbar verbunden sind, wobei die bewegbare Verbindung in Form einer Stift-Loch-Verbindung ausgebildet ist, wobei das erste Kinematikglied (16) ein Loch (18) aufweist, welches einen fest mit dem zweiten Kinematikglied (17) verbunden ausgebildeten Stift (19) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei ein Federelement (35) zur radialen Positionierung des Stiftes (19) im Loch (18) vorgesehen ist, und wobei das Federelement (35) den Stift (19) zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Federelement (35) vollständig in einer das Loch (18) umfassend ausgebildeten Nut (51) des ersten Kinematikglieds (16) aufgenommen, wobei es sich in radialer Richtung an einer Nutwandung (52) der Nut (51 ) abstützend ausgebildet ist.

Description

Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Verstellvorrichtungen von Abgasturboladern, die eine Beeinflussung eines auf ein Turbinenrad des Abgasturboladers strömende Fluidmenge, insbesondere in Form von Abgas, haben, sind bekannt. Diese Verstellvorrichtungen umfassen üblicherweise ein Ventil, welches einen zur Fluidführung ausgebildeten Kanal sperren oder öffnen kann, sowie einen mit dem Ventil in Wirkverbindung stehenden Aktuator zur Bewegung des Ventils. Zwischen dem Ventil und dem Aktuator ist eine Kinematik ausgebildet, die mehrere relativ zueinander bewegbare Bauteile umfasst, wobei diese Bauteile üblicherweise mit Hilfe einer Loch-Stift-Verbindung relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind.

Problematisch ist, dass bedingt durch den Betrieb des Abgasturboladers, insbesondere in Verbindung des Abgasturboladers mit einer Brennkraftmaschine, der Abgasturbolader Temperaturschwankungen und Körperschwingungen ausgesetzt ist. Die Temperaturschwankungen führen zu einem ständigen Erwärmen und Abkühlen der einzelnen Komponenten des Abgasturboladers, wobei insbesondere im Bereich der Turbine des Abgasturboladers, aufgrund des den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Verbrennungsprodukts der Brennkraftmaschine, die größten Temperaturschwankungen vorliegen. Je näher ein Bauteil des Abgasturboladers somit an einem das durchströmende Verbrennungsprodukt aufweisenden Kanal des Abgasführungsabschnitts angeordnet ist, desto höher ist eine Ausfallwahrscheinlichkeit dieses Bauteils. Denn die sich ständig wiederholenden Temperaturänderungen führen zu einer ständigen Änderung der Ausdehnung der Bauteile, wodurch es zu Lockerungen, Spannungen oder Materialermüdungen kommen kann. Da die bewegbare Verbindung mit Hilfe des Druckspannung ausübenden Sicherungselementes, somit die zu verbindenden Verstellglieder umfassend, ausgestaltet ist, ist eine Außenseite des Sicherungselementes nahe dem das Verbrennungsprodukt aufweisenden Kanal positioniert und unterliegt folglich den zuvor genannten Temperaturschwankungen.

Aufgrund von im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Bauteilbewegungen, wie bspw. eine Hubbewegung der Kolben, eine damit verbundene Drehbewegung der Kurbelwelle, oder Drehbewegungen der Nockenwelle, kann es ebenso zu Festkörperschwingungen kommen. Da der Abgasturbolader mit der Brennkraftmaschine mechanisch verbunden ist, können diese Festkörperschwingungen störende Geräusche in Form von Klappern oder Rasseln der Verstellvorrichtung des Abgasturboladers mit sich bringen. Zudem üben Pulsationen und Schwingungen von Verbrennungsgasen der Brennkraftmaschine aufgrund ihrer Durchströmung des Abgasturboladers und insbesondere aufgrund der Durchströmung dessen Umgehungskanals auf das Ventilelement und damit auf die mit ihm verbundenen Verstellglieder zusätzliche Kräfte aus, die diese Festkörperschwingungen der Verstellvorrichtung und die damit verbundenen Rasselund Klappergeräusche noch verstärken.

Aus der Offenlegungsschrift DE 11 2015 003 960 T5 geht eine Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers mit einer Turbine hervor, wobei die Turbine einen durchström baren Abgasführungsabschnitt und einen Umgehungskanal, welcher der Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt angeordneten Turbinenrades dient, aufweist. Die Verstellvorrichtung umfasst ein Ventilelement zum Öffnen oder Sperren des Umgehungskanals, sowie eine Aktuatorstange eines Aktuators zur Bewegung des Ventilelementes. Die Aktuatorstange ist mit Hilfe eines Verbindungselementes mit dem Ventilelement wirkverbunden. Das Verbindungselement weist ein Loch auf, welches von einem Stift, der fest mit der Aktuatorstange verbunden ist, durchdrungen ist. Im Loch ist ein Federelement den Stift umfassend aufgenommen, wobei der Stift zur Herbeiführung einer Vorspannung des Federelementes eine Nut aufweist, die der Aufnahme des Federelementes dient. Das Federelement ist zur Zentrierung des Stiftes im Loch ausgebildet. Dies bedeutet, dass ein hoher Fertigungsaufwand zu betreiben ist, damit das Federelement positionsgerecht in der Nut aufgenommen werden kann, damit eine Betriebssicherheit vorliegt. Der Offenlegungsschrift DE 11 2015 003 936 T5 kann eine Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers mit einem in einem Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Umgehungskanal entnommen werden, wobei ein Ventilelement der Verstellvorrichtung mit Hilfe einer Kinematik mit einem Aktuator zur Positionierung wirkverbunden ist. Ein in der Kinematik ausgebildetes Federelement zur Positionierung eines Stiftes relativ zu einem den Stift aufnehmenden Loch ist zur dezentralen Positionierung des Stiftes ausgeführt. Mit anderen Worten gesagt, ist eine Längsachse des Stiftes mit Hilfe des Federelementes beabstandet von einer in Richtung der Längsachse sich erstreckenden Lochachse angeordnet. Hierbei ist das Federelement zumindest teilweise außerhalb des Loches angeordnet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine kostengünstige Verstellvorrichtung für einen Abgasturbolader bereitzustellen, welche zugleich eine Steigerung der Betriebssicherheit sowie der Lebensdauer aufgrund der Reduzierung des Verschleißes aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Verstellvorrichtung für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers, welcher einen durchström baren Abgasführungsabschnitt aufweist, mit einem zur Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt angeordneten Turbinenrades ausgebildeten Zuströmkanal, ist zur Bewegung eines eine Durchströmung des Zuströmkanals regelnden Ventilelementes ausgebildet. Das Ventilelement ist mit Hilfe einer Kinematik der Verstellvorrichtung mit einem Aktuator der Verstellvorrichtung wirkverbunden ausgebildet, wobei die Kinematik ein erstes Kinematikglied und ein zweites Kinematikglied aufweist. Das erste Kinematikglied und das zweite Kinematikglied sind relativ zueinander bewegbar verbunden, wobei die bewegbare Verbindung in Form einer Stift-Loch-Verbindung ausgebildet ist, wobei das erste Kinematikglied ein Loch aufweist, welches einen fest mit dem zweiten Kinematikglied verbunden ausgebildeten Stift aufnehmend ausgebildet ist. Zur radialen Positionierung des Stiftes im Loch ist ein Federelement vorgesehen, wobei das Federelement den Stift zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Federelement vollständig in einer das Loch umfassend ausgebildeten Nut des ersten Kinematikglieds aufgenommen, wobei es sich in radialer Richtung an einer Nutwandung der Nut abstützend ausgebildet ist. Der Vorteil ist in der Sicherung einer Federkraft des Federelementes auf den Stift zu sehen, wobei das Federelement aufgrund der Aufnahme in der Nut gesichert zum Stift positioniert werden kann, so dass dieser in seiner Position sicher gehalten werden kann. Dadurch wird ein Verschleiß eliminiert, zumindest wesentlich reduziert, und Geräusche, insbesondere Klappergeräusche, welche verschleiß- und/oder toleranzabhängig in Erscheinung treten, können vollständig unterbunden werden. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, dass das Federelement vollständig in der Nut aufgenommen ist, somit vollständig gegenüber der Umgebung umhüllt werden kann, damit Verunreinigungen, die ebenfalls zu Verschleiß führen können, unterbunden sind. Ebenso ist dadurch die Betriebssicherheit gegeben.

Das Federelement kann sowohl zur Herbeiführung einer achsparallelen Anordnung von Loch und Stift als auch zur Herbeiführung einer koaxialen Anordnung der beiden Bauteile ausgebildet sein. Dadurch ist eine kostengünstige Verstellvorrichtung bereit gestellt.

Festkörperschwingungen, die sich aufgrund eines Verschleißes von sich relativ zueinander bewegenden Bauteilen der Verstellvorrichtung ergeben können, können auch zu einer Lockerung ursprünglich fester Verbindungen führen, welche letztendlich zu einer verminderten Betriebssicherheit führen kann, mindestens jedoch eine Einschränkung einer Funktionstüchtigkeit zur Folge haben kann. Diese Effekte können besonders dann auftreten, wenn insbesondere das zweite Kinematikglied seine bezogen auf eine Längsachse des Stiftes nahezu rechtwinklige Position verliert und gegenüber dieser Längsachse geneigt ist. Diese Neigung führt zu einem Festkörperkontakt zwischen dem ersten Kinematikglied und dem Stift, so dass hier ein signifikanter Verschleiß und damit einhergehend eine Reduzierung der Lebensdauer der Verstellvorrichtung auftreten kann. Dies ist vermieden, da das Federelement vollständig in der Nut aufgenommen ist und somit, da das zweite Kinematikglied somit dem Federelement gegenüberliegend ausgebildet ist, das Federelement an einem Stiftansatz des Stiftes am zweiten Kinematikglied angreifen kann. Das heißt mit anderen Worten, dass die Kraft des Federelementes, welches eine Radialkraft ist, kein Moment, mit anderen Worten keine Biegemoment am Stift hervorrufen kann, wodurch der Stift relativ zum Loch in seiner durch das Federelement hervorgerufenen Kraft achsparallel oder koaxial positioniert bleibt.

In einer Ausgestaltung weist das Federelement eine erste Kontaktstelle und eine zweite Kontaktstelle mit der Nutwandung auf, wobei zwischen der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle eine den Stift kontaktierende Berührungsstelle ausgebildet ist.

Die Kontaktstelle und/oder die Berührungsstelle sind vorteilhaft bogenförmig ausgebildet. Sie könnten zwar auch in Form eines Knickes ausgeführt sein, jedoch ist der Vorteil einer Bogenform eine Reduzierung einer Spannung im Federelement im Bereich der Kontaktstelle und/oder Berührungsstelle im Vergleich zu einem Knick.

Vorteilhaft sind zumindest drei Kontaktstellen ausgebildet. Somit kann auch bei einer Desachsierung des Stiftes im Loch eine Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung herbeigeführt werden, da somit zumindest zwei

Berührungsstellen des Federelementes am Stift ausgebildet sind und die Abstützung des Federelementes an der Nutwandung auf drei Stellen verteilt ist.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Positionierung der Kontaktstellen und/oder Berührungsstellen des Federelementes nicht zwingend symmetrisch über eine Umfangserstreckung des Federelementes ausgebildet sein muss.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Federelement bandförmig ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass das Federelement aus einem Endlosband kostengünstig hergestellt werden kann und in Abhängigkeit der gewünschten Form des Federelementes das Band geformt werden kann. Das heißt, es können aus einem Band unterschiedliche Formen des Federelementes hergestellt werden. Das Band kann einen runden Querschnitt aufweisen oder es kann einen mehreckigen Querschnitt besitzen. Zu bevorzugen ist ein rechteckiger Querschnitt, da damit zur gesicherten Kraftübertragung eine gesicherte Anlage des Federelementes an der Nutwandung und an dem Stift realisiert werden kann.

Das Federelement ist vorteilhaft den Stift vollständig umfassend ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass es ringförmig ausgeführt ist. Ein Vorteil ist die Vermeidung einer Öffnung im Federelement, wodurch eine Federvorspannung des Federelementes weitestgehend über eine lange Betriebsdauer erhalten bleibt.

Zur Realisierung einer weiter verschleißreduzierten Verstellvorrichtung ist das Federelement aus einem hochtemperaturfesten Material hergestellt. Die Kinematik kann an unterschiedlichen Lagerstellen der Verstellvorrichtung ausgebildet sein, wobei zumindest eine der Lagerstellen teilweise oder vollständig innerhalb des Abgasturboladers, welcher mit heißem Abgas durchströmbar ist, ausgebildet ist. Somit ist es vorteilhaft für eine eine hohe Betriebsdauer aufweisende Verstellvorrichtung ein hochtemperaturfestes Material einzusetzen, insbesondere ein Material, welches eine Nickelbasislegierung ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Rastelement in der Nut oder an der Nutwandung ausgebildet. Der Vorteil ist, dass das Federelement keine Drehbewegung über einen Umfang des Stiftes ausüben kann, wodurch sich der Verschleiß weiter reduzieren lässt. Das Rastelement kann bspw. in Form eines Stiftes ausgeführt sein, welcher in der Nut zwischen dem Stift und dem Federelement angeordnet ist. Ebenso kann das Rastelement bspw. als Ausbuchtung an der Nutwandung ausgeführt sein, damit das Federelement in die Ausbuchtung eingreifend angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung kann in einer hohen Stückzahl kostengünstig hergestellt werden, da das Ventilelement, welches die Durchströmung des Zuströmkanals regelt, unterschiedlich ausgebildet sein kann. So kann es bspw. zum Öffnen und Schließen eines zur Umgehung des Turbinenrades ausgebildeten Umgehungskanals und/oder zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts ausgebildet sein. Ebenso kann das Ventilelement in Form einer Leitschaufel eines verstellbaren Leitapparates ausgebildet sein, welche mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung bewegt wird, wobei der verstellbare Leitapparat im Abgasführungsabschnitt angeordnet ist. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung zur Bewegung eines Axialschiebers eingesetzt werden, wobei sie mit dem Axialschieber verbunden ist.

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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Abgasturbolader mit einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung in Anbindung an einen Abgaskrümmer einer Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 2 in einer Explosionsdarstellung eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einem Federelement in unterschiedlichen Varianten und einem Ventilelement in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung im Bereich eines ersten Kinematikgliedes und eines zweiten Kinematikgliedes mit einem Federelement in einer ersten Variante,

Fig. 4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung im Bereich des ersten Kinematikgliedes und des zweiten Kinematikgliedes mit dem Federelement in einer zweiten Variante,

Fig. 5 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen

Verstellvorrichtung im Bereich des ersten Kinematikgliedes und des zweiten Kinematikgliedes mit dem Federelement in einer dritten Variante,

Fig. 6 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung im Bereich des ersten Kinematikgliedes und des zweiten Kinematikgliedes mit dem Federelement in einer vierten Variante,

Fig. 7 in einer perspektivischen Abbildung die Verstellvorrichtung gern. Fig. 4,

Fig. 8 in einem Längsschnitt die Verstellvorrichtung gern. Fig. 4,

Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung im Bereich eines ersten Kinematikgliedes in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit dem Federelement gern, der zweiten Variante, Fig. 10 in einer Explosionsdarstellung die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einem Ventilelement in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 11 in einer Explosionsdarstellung die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einem Ventilelement in einem dritten Ausführungsbeispiel.

Ein Abgasturbolader 1 mit einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 2 ist wie in Fig. 1 abgebildet aufgebaut. Der Abgasturbolader 1 weist eine durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 3 auf, welcher im Betrieb des Abgasturboladers 1 von einem Fluid, in der Regel von Abgas durchströmt wird. Das Abgas ist im Allgemeinen ein Verbrennungsprodukt einer Verbrennungskraftmaschine 4, welche in Fig. 1 nur abschnittsweise mit Hilfe eines Abgaskrümmers 5 der Verbrennungskraftmaschine 4 illustriert ist.

Dem Abgasturbolader 1 ist ein durchström barer Luftführungsabschnitt 6 sowie ein zwischen dem Abgasführungsabschnitt 3 und dem Luftführungsabschnitt 6 positionierter Lagerabschnitt 7 zugeordnet, wobei im Lagerabschnitt 7 ein nicht näher dargestelltes Laufzeug drehbar aufgenommen ist. Das Laufzeug weist ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad und ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad auf, welche miteinander mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Welle drehfest verbunden sind. Das Verdichterrad ist in einer nicht näher dargestellten ersten Radkammer des Luftführungsabschnitts 6 zum Ansaugen von im Allgemeinen Frischluft und das Turbinenrad ist in einer nicht näher dargestellten zweiten Radkammer des Abgasführungsabschnitts 3 drehbar aufgenommen. Das Turbinenrad wird im Betrieb des Abgasturboladers 1 von dem den Abgasführungsabschnitt 3 durchströmenden Abgas beaufschlagt und angetrieben, wobei es eine Drehbewegung ausführen kann. Diese Drehbewegung ist mit Hilfe der Welle auf das Verdichterrad übertragbar, welches somit simultan zur Drehbewegung des Turbinenrads eine Drehbewegung ausführen kann. Mit Hilfe des Verdichterrades und dessen Drehbewegung wird Frischluft angesaugt, welche im Luftführungsabschnitt 6 verdichtet wird.

Der Abgasführungsabschnitt 3 weist einen zur Anströmung des Turbinenrades ausgebildeten Zuströmkanal auf, welcher mit der zweiten Radkammer, an diese angrenzend, durchströmbar verbunden ist. Eine Durchströmung des Zuströmkanals kann auf unterschiedliche Weisen geregelt werden, wobei zur Regelung der Durchströmung ein Ventilelement 9 im Abgasführungsabschnitt 3 angeordnet ist.

So kann das Ventilelement 9 in einem ersten Ausführungsbeispiel in Form eines so genannten Wastegate-Ventils oder einer Wastegate-Klappe ausgebildet sein. Hierzu weist der Abgasturbolader 1 eine Umgehungseinrichtung 8 zur vollständigen oder teilweisen Umgehung des Turbinenrades auf. Diese Umgehungseinrichtung 8 umfasst neben einem nicht näher dargestellten Umgehungskanal im Abgasführungsabschnitt 3 das den Umgehungskanal verschließbar ausgebildetes, in Fig. 2 abgebildetes Ventilelement 9, sowie die Verstellvorrichtung 2 zur Betätigung dieses Ventilelementes 9.

Die Verstellvorrichtung 2 weist einen Aktuator 10 zur Initiierung einer Bewegung des Ventilelementes 9 auf, der mit Hilfe einer Kinematik 11 der Verstellvorrichtung 2 mit dem Ventilelement 9 wirkverbunden ist. Der Aktuator 10 ist in Form eines elektrischen Aktuators ausgebildet, welcher zur Bewegungsinitiierung des Ventilelementes 9 ausgeführt ist. Ebenso könnte er in Form einer so genannten Druckdose ausgeführt sein, welche mit Hilfe eines dem Luftführungsabschnitt 6 entnehmbaren Ladedruckes ein Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals mit Hilfe des Ventilelementes 9 initiiert. Somit ist mit Hilfe des Ventilelementes 9 ein

Variieren eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals des Abgasführungsabschnitts 3 realisierbar.

Die Kinematik 11 ist zur Übertragung einer Bewegung eines Stellglieds 50 des Aktuators 10 auf das Ventilelement 9 ausgebildet, wobei sie überwiegend außerhalb des Abgasführungsabschnitts 3 und des Luftführungsabschnitts 6 in Form eines Gestänges ausgeführt ist, wie sie beispielhaft in Fig. 2 illustriert ist.

Die Kinematik 11 umfasst unterschiedliche Lagerstellen, eine erste Lagerstelle 12, eine zweite Lagerstelle 13, eine dritte Lagerstelle 14 und eine vierte Lagerstelle 15, welche quasi in Form eines Gleitlagers ausgeführt sind. Jede Lagerstelle 12; 13; 14; 15 dient einer bewegbaren Verbindung zweier Kinematikglieder, eines ersten Kinematikgliedes 16 und eines zweiten Kinematikgliedes 17, wobei die Verbindung in Form einer Stift-Loch-Verbindung ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass die Lagerstelle 12; 13; 14; 15 einen in einem Loch 18 positionierten Stift 19 aufweist, wobei das Loch 18 dem ersten Kinematikglied 16 und der Stift 19 dem zweiten Kinematikglied 17 zugeordnet ist. Die Kinematikglieder 16, 17 sind relativ zueinander bewegbar ausgeführt.

Der Aktuator 10 ist vorteilhaft am Luftführungsabschnitt 6 angeordnet, wohingegen das Ventilelement 9 im Abgasführungsabschnitt 3 aufgenommen ist. Zur gesicherten Bewegung des Ventilelementes 9 ist eine Buchsenaufnahme 20 im Abgasführungsabschnitt 3 ausgeführt, welche der Aufnahme einer in der Buchsenaufnahme 20 aufgenommenen Buchse 21 dient, die zur bewegbaren Aufnahme einer Stellwelle 22 des Ventilelementes 9 ausgebildet ist. An der Stellwelle 22 ist ein Schließelement 23 des Ventilelementes 9 angeordnet, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel fest mit der Stellwelle 22 verbunden ist. Das Schließelement 23 ist einem ersten Buchsenende 24 der Buchse 21 benachbart angeordnet.

Die erste Lagerstelle 12 ist zwischen dem ersten Buchsenende 24 und dem Schließelement 23 ausgebildet, welches sich am ersten Buchsenende 24 abstützt. Somit ist das erste Kinematikglied 16 der ersten Lagerstelle 12 in Form der Buchse 21 ausgebildet, da diese zur Aufnahme der Stellwelle 22 hohlzylindrisch ausgeführt ist und das Loch 18 aufweist. Das zweite Kinematikglied 17, welches den Stift 19 aufweist, ist an der ersten Lagerstelle 12 in Form der Stellwelle 22 ausgebildet, welche quasi stiftförmig ist.

Die zweite Lagerstelle 13 ist an der Buchse 21 von der ersten Lagerstelle 12 abgewandt an einem zweiten Buchsenende 25 der Buchse 21 ausgebildet. Die Lagerstelle 13 weist das erste Kinematikglied 16 in Form der Buchse 21 auf, welches das Loch 18 besitzt. Das zweite Kinematikglied 17 ist in Form eines ersten Verbindungselementes 26 der Verstellvorrichtung 2 ausgebildet, welches aufgrund seiner festen Verbindung mit der Stellwelle 22 den Stift 19 in Form der Stellwelle 22 besitzt. Die Stellwelle 22, welche dem Stift 19 entspricht, ist an einem ersten Verbindungselementende 27 angebunden.

Die dritte Lagerstelle 14 weist das erste Kinematikglied 16 in Form eines zweiten Verbindungselementes 28 der Verstellvorrichtung 2 und das zweite Kinematikglied 17 in Form des ersten Verbindungselementes 26 auf, wobei der Stift 19 an einem vom ersten Verbindungselementende 27 abgewandt ausgebildeten zweiten Verbindungselementende 29 des ersten Verbindungselementes 26 und das Loch 18 an einem dem zweiten Verbindungselementende 29 zugewandt ausgebildeten dritten Verbindungselementende 30 des zweiten Verbindungselementes 28 ausgebildet ist.

Die vierte Lagerstelle 15 weist das erste Kinematikglied 16 in Form des zweiten Verbindungselementes 28 und das zweite Kinematikglied 17 in Form eines dritten Verbindungselementes 31 der Verstellvorrichtung 2 auf, wobei das Loch 18 an einem vom dritten Verbindungselementende 30 abgewandt ausgebildeten vierten Verbindungselementende 32 des zweiten Verbindungselementes 28 und der Stift 19 an einem dem vierten Verbindungselementende 32 zugewandt ausgebildeten fünften Verbindungselementende 33 des dritten Verbindungselementes 31 ausgebildet ist. Ein vom fünften Verbindungselementende 33 abgewandt ausgebildetes sechstes Verbindungselementende 34 des dritten Verbindungselementes 31 ist mit dem Stellglied 50 zumindest wirkverbunden ausgeführt. Selbstredend sind in der dritten Lagerstelle 14 und der vierten Lagerstelle 15 die Kinematikglieder 16, 17 vertauschbar. Das heißt mit anderen Worten, dass der Stift 19 an dem dritten Verbindungselementende 30 und das Loch 18 am zweiten Verbindungselementende 29 ausgebildet sein könnten bzw. könnte der Stift 19 am vierten Verbindungselementende 32 und das Loch 18 am fünften Verbindungselementende 33 ausgebildet sein. Ebenso könnte das zweite Verbindungselement 28 an seinen Verbindungselementenden 30, 32 den Stift 19 bzw. das Loch 18 aufweisen oder vice versa. Selbstredend weisen die das zweite Verbindungselementende 29 und das fünfte Verbindungselementende 33 das Loch 18 bzw. den Stift 19 oder vice versa auf.

Zur Dämpfung und Verschleißreduzierung, sowie zur Geräuschreduzierung und zur Erhaltung der Betriebssicherheit weist die Lagerstelle 12; 13; 14; 15 ein Federelement 35 in Form eines Vorspannelementes auf, wobei das Federelement 35 zur Positionierung des Stiftes 19 in dem Loch 18 ausgebildet ist und hierzu eine auf den Stift 19 wirkende radiale Kraft F ausübt. Das heißt mit anderen Worten, dass der Stift 19 innerhalb des Loches 18 mit Hilfe des Federelementes 35 positioniert wird. So kann es für eine der Lagerstellen 12, 13, 14, 15 vorteilhaft sein, den Stift 19 desachsiert zu einer Lochlängsachse 36 des Loches 18 anzuordnen, oder es kann vorteilhaft sein den Stift 19 koaxial mit dem Loch 18 zu positionieren, wobei im ersten Fall ein Kontakt 37 und ein Spalt 38 zwischen dem ersten Kinematikglied 16 und dem Stift 19 ausgebildet ist, wohingegen im zweiten Fall zwischen dem Stift 19 und dem ersten Kinematikglied 16 der Spalt 38 den Stift 19 vollständig umfassend vorliegt.

In den Figuren 3 bis 6 ist das Federelement 35 in vier Varianten abgebildet, wobei die erste Variante und die zweite Variante gern. Fig. 3 bzw. gern. Fig. 4 jeweils eine desachsierte Positionierung des Stiftes 19 im Loch 18 erwirken und die dritte Variante und die vierte Variante gern. Fig. 5 bzw. Fig. 6 erwirken eine koaxiale Positionierung des Stiftes 19 und des Loches 18. Das heißt mit anderen Worten, dass bei der desachsierten Positionierung des Stiftes 19 eine Stiftachse 39 des Stiftes 19 von der Lochlängsachse 36 mit einem Abstand A beabstandet liegt. Das Federelement 35 ist in Form eines Bandes, eine Höhe H aufweisend ausgebildet, wie es den Figuren 7 bis 9 entnommen werden kann. In den ersten beiden Varianten ist es den Stift 19 nur teilweise umfassend ausgebildet, wohingegen es in den beiden letzten Varianten den Stift 19 nahezu vollständig umfassend ausgeführt ist, wobei ein Elementspalt 40 zwischen einem ersten Ende 41 des Federelementes 35 und einem zweiten Ende 42 des Federelementes 35 auch geschlossen sein könnte, so dass eine vollständige Umfassung des Stiftes 19 durch das Federelement 35 ausgebildet wäre.

Das Federelement 35 stützt sich mit zumindest einer ersten Kontaktstelle 43 und einer zweiten Kontaktstelle 44 an dem ersten Kinematikglied 16 ab, wobei das Federelement 35 gemäß der in Fig. 3 abgebildeten ersten Variante die erste Kontaktstelle 43 an einem das erste Ende 41 aufweisenden ersten Endbereich 45 und die zweite Kontaktstelle 44 an einem das zweite Ende 42 aufweisenden zweiten Endbereich 46 besitzt. Das in der zweiten Variante ausgebildete Federelement 35 gern. Fig. 4 weist eine weitere Kontaktstelle 47 auf, welche symmetrisch zwischen den beiden Kontaktstellen 43, 44 ausgebildet ist. Das Federelement 35 in der dritten Variante, welches gern. Fig. 5 ausgebildet ist, weist ebenfalls drei Kontaktstellen 43, 44, 47 mit dem ersten Kinematikglied 16 auf. Des Weiteren können zusätzliche Kontaktstellen ausgeführt sein, derart, dass das Federelement 35 mehr als drei Kontaktstellen besitzt, wie es das Federelement 35 in der vierten Variante, welche in Fig. 6 abgebildet ist, besitzt.

Mit Hilfe der Kontaktstelle 43; 44; 47 stützt sich somit das Federelement 35 in radialer Richtung am ersten Kinematikglied 16 ab, wobei die Kontaktstelle 43; 44; 47 punkt-, linien- oder flächenförmig ausgeführt sein kann. In einem zwischen zwei Kontaktstellen 43, 44; 47 liegenden Elementbereich 48 des Federelementes 35 stützt sich das Federelement 35 am Stift 19 ab, wobei auf diesen dadurch die Federkraft F wirkt. Der Stift 19 wird relativ zum Loch 18 positioniert. Das bedeutet, dass zwischen jeweils zwei Kontaktstellen 43; 44; 47 ein Elementbereich 48 ausgebildet ist, der sich am Stift 19 abstützt.

In Abhängigkeit der Anzahl der Kontaktstellen 43; 44; 47 bzw. der Elementbereiche

48 wird eine auf den Stift 19 wirkende Federkraft F erwirkt. Je höher die Anzahl der Elementbereiche 48 ist, desto weicher kann das Federelement 35 ausgebildet sein, damit eine notwendige Federkraft F zur Positionierung herbeigeführt werden kann. Mit anderen Worten gesagt, ist das Federelement 35 gern. Fig. 3 härter bzw. aus einem härteren Material auszubilden als das Federelement 35 gern. Fig. 5, sofern die gleiche Federkraft F erwirkt werden soll.

Die Kontaktstelle 43; 44; 47 ist bogenförmig ausgebildet. Ebenso könnte sie in Form eines spitzen Winkels mit Hilfe eines Knickes im Federelement 35 ausgeführt sein. Auch der Elementbereich 48, welche bogenförmig ausgeführt sind, könnten an seine Berührungsstelle 49 mit dem Stift 19 geknickt ausgeführt sein. Jedoch erscheint es für die Reduzierung des Verschleißes von Vorteil die Kontaktstelle 43; 44; 47 und/oder den Elementbereich 48 bogenförmig, oder mit anderen Worten gekrümmt, auszuführen, damit eine über einem Umfang des Stiftes 19 wellenartige Bewegung des Federelementes 35 möglich ist.

In Fig. 7 ist das Federelement 35 gern, der zweiten Variante, s. Fig. 4, welches in der vierten Lagerstelle 15 aufgenommen ist, abgebildet. Das erste Kinematikglied 16, welches das Loch 18 aufweist, besitzt eine das Loch 18 umfassende Nut 51 , wobei zur Abstützung des Federelementes 35 an seiner Kontaktstelle 43; 44; 47 eine das Loch 18 umfassende Nutwandung 52 der Nut 51 , welche sich entlang der Richtung der Lochlängsachse 36 erstreckt, ausgebildet ist.

In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind Rastelemente in der Nut 51 oder an der Nutwandung 52 vorgesehen, in denen die Kontaktstelle 43; 44; 47 fixiert werden kann, damit eine Rotationsbewegung des Federelementes 35 vermieden ist.

In Fig. 8 ist in einem Schnitt die dritte Lagerstelle 14 umfassend das erste Kinematikglied 16 und das zweite Kinematikglied 17 abgebildet. Der Stift 19 ist vollständig im Loch 18 aufgenommen, wobei ein Sicherungselement 53 zur Sicherung der Position des Stiftes 19 angebracht ist, wobei das erste Kinematikglied 16 zwischen dem Sicherungselement 53 und dem zweiten Kinematikglied 17 angeordnet ist. Die Nut 51 weist eine das Loch 18 umfassende Nutfläche 54 auf, welche bevorzugt orthogonal zur Nutwandung 52 ausgebildet ist. Der Nutfläche 54 gegenüberliegend ist das zweite Kinematikglied 17, welches somit eine entlang der Lochlängsachse 36 ausgebildete axiale Begrenzung für das Federelement 35 bildet.

Das Federelement 35 ist einen zwischen dem Federelement 35 und der Nutfläche 54 ersten Bewegungsspalt 55 und einen zwischen dem Federelement 35 und dem zweiten Kinematikglied 17 zweiten Bewegungsspalt 56 ausbildend in der Nut 51 aufgenommen. Das heißt mit anderen Worten, dass ein Kontakt des Federelementes 35 mit dem ersten Kinematikglied 16 und dem zweiten Kinematikglied 17 vermieden ist, da ein Kontakt zu einer Funktionsunfähigkeit des Federelementes 35 führen kann.

In Fig. 9 ist das erste Kinematikglied 16 in einem weiteren Ausführungsbeispiel in Form der Buchse 21 abgebildet, welche an ihrem hier beispielhaft ersten Buchsenende 24 die Nut 51 aufweist, welche das Loch 18 umfassend ausgebildet ist.

Das Federelement 35 kann in jeder seiner Varianten an jeder Lagerstelle 12; 13; 14; 15 eingesetzt werden, abhängig von seiner Funktion. Das heißt mit anderen Worten, sofern ein Kontakt zwischen dem Stift 19 und dem ersten Kinematikglied 16 erwünscht ist, ist das Federelement 35 gemäß der ersten und zweiten Variante einzusetzen. Sofern jedoch ein den Stift 19 vollständig umfassender Spalt 38 ausgebildet sein soll, ist die Variante drei oder vier des Federelementes 35 einzusetzen.

Es ist selbstredend, dass das Federelement 35 gemäß der dritten und vierten Variante vollständig geschlossen sein kann. Ebenso selbstredend ist es, dass die Anzahl der Kontaktstellen 43; 44; 47 und der Berührungsstellen 49 in Abhängigkeit von einer Größe der Nut 51 , von einer Materialwahl und/oder zu übertragenden Kräften der Verstellvorrichtung 2 ist.

Das Ventilelement 9 kann in einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 10 abgebildet ist, in Form eines zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts 3 ausgebildet sein. Hierzu weist der Abgasführungsabschnitt 3 des Abgasturboladers 1 einen ersten Spiralkanal und einen zweiten Spiralkanal auf, die mit Hilfe des Ventilelementes 9 zur Durchströmung getrennt oder verbunden werden können. Ebenso könnte zusätzlich mit Hilfe des Ventilelementes 9 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Umgehungskanal geöffnet oder geschlossen werden.

In einem dritten Ausführungsbeispiel des Ventilelementes 9, welches in Fig. 11 illustriert ist, ist das Ventilelement 9 in Form einer Leitschaufel eines verstellbaren Leitapparates 57 ausgebildet. Der verstellbare Leitapparat 57 ist im Abgasführungsabschnitt 3 stromauf der zweiten Radkammer angeordnet, wobei die Leitschaufel 9 im Zuströmkanal, in diesem bewegbar, positioniert ist. Die Leitschaufel 9 wird mit Hilfe eines Verstellringes 58 bewegt, welcher zur rotatorischen Bewegung mit der Stellwelle 22 verbunden ist.

Ebenso könnte in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel das Ventilelement 9 auch in Form eines Axialschiebers zur Veränderung der Durchströmung des Zuströmkanals ausgeführt sein, der mit der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 2 zur Ausübung einer axialen und/oder rotatorischen Bewegung verbunden ist.

Bezugszeichenliste

1 Abgasturbolader

2 Verstellvorrichtung

3 Abgasführungsabschnitt

4 Verbrennungskraftmaschine

5 Abgaskrümmer

6 Luftführungsabschnitt

7 Lagerabschnitt

8 Umgehungseinrichtung

9 Ventilelement

10 Aktuator

11 Kinematik

12 Erste Lagerstelle

13 Zweite Lagerstelle

14 Dritte Lagerstelle

15 Vierte Lagerstelle

16 Erstes Kinematikglied

17 Zweites Kinematikglied

18 Loch

19 Stift

20 Buchsenaufnahme

21 Buchse

22 Stellwelle

23 Schließelement

24 Erstes Buchsenende

25 Zweites Buchsenende

26 Erstes Verbindungselement

27 Erstes Verbindungselementende

28 Zweites Verbindungselement

29 Zweites Verbindungselementende

30 Drittes Verbindungselementende

31 Drittes Verbindungselement

32 Viertes Verbindungselementende 33 Fünftes Verbindungselementende

34 Sechstes Verbindungselementende

35 Federelement

36 Lochlängsachse

37 Kontakt

38 Spalt

39 Stiftachse

40 Elementspalt

41 Erstes Ende

42 Zweites Ende

43 Erste Kontaktstelle

44 Zweite Kontaktstelle

45 Erster Endbereich

46 Zweiter Endbereich

47 Weitere Kontaktstelle

48 Elementbereich

49 Berührungsstelle

50 Stellglied

51 Nut

52 Nutwandung

53 Sicherungselement

54 Nutfläche

55 Erster Bewegungsspalt

56 Zweiter Bewegungsspalt

57 Verstellbarer Leitapparat

58 Verstellung

A Abstand

H Höhe

Claims

Patentansprüche Verstellvorrichtung eines Abgasturboladers, wobei der Abgasturbolader (1 ) einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (3) aufweist, mit einem zur Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt (3) angeordneten Turbinenrades ausgebildeten Zuströmkanal, wobei die Verstellvorrichtung (2) zur Bewegung eines eine Durchströmung des Zuströmkanals regelnden Ventilelementes (9) ausgebildet ist, welches mit Hilfe einer Kinematik (11 ) der Verstellvorrichtung (2) mit einem Aktuator (10) der Verstellvorrichtung (2) wirkverbunden ausgebildet ist, wobei die Kinematik (11 ) ein erstes Kinematikglied (16) und ein zweites Kinematikglied (17) aufweist, die relativ zueinander bewegbar verbunden sind, wobei die bewegbare Verbindung in Form einer Stift-Loch-Verbindung ausgebildet ist, wobei das erste Kinematikglied (16) ein Loch (18) aufweist, welches einen fest mit dem zweiten Kinematikglied (17) verbunden ausgebildeten Stift (19) aufnehmend ausgebildet ist, und wobei ein Federelement (35) zur radialen Positionierung des Stiftes (19) im Loch (18) vorgesehen ist, und wobei das Federelement (35) den Stift (19) zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) vollständig in einer das Loch (18) umfassend ausgebildeten Nut (51 ) des ersten Kinematikglieds (16) aufgenommen ist, wobei es sich in radialer Richtung an einer Nutwandung (52) der Nut (51 ) abstützend ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) eine erste Kontaktstelle (43) und eine zweite Kontaktstelle (44) mit der Nutwandung (52) aufweist, wobei zwischen der ersten Kontaktstelle (43) und der zweiten Kontaktstelle (44) eine den Stift (19) kontaktierende Berührungsstelle (49) ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (43; 44; 47) und/oder die Berührungsstelle (49) bogenförmig ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Kontaktstellen (43, 44, 47) ausgebildet sind. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) bandförmig ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) den Stift (19) vollständig umfassend ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) aus einem hochtemperaturfesten Material hergestellt ist. Verstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Nickelbasislegierung ist. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rastelement in der Nut (51 ) oder an der Nutwandung (52) ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9) zum Öffnen und Schließen eines zur Umgehung des Turbinenrades ausgebildeten Umgehungskanals und/oder dass das Ventilelement (9) zum Öffnen und Schließen eines als Durchströmöffnung ausgebildeten Strömungskanals zwischen einem ersten Spiralkanal und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts (3) ausgebildet ist. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9) in Form einer Leitschaufel eines verstellbaren Leitapparates ausgebildet ist, wobei der verstellbare Leitapparat im Abgasführungsabschnitt angeordnet ist. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9) in Form eines Axialschiebers ausgebildet ist.