用于可变截面涡轮的调节环的制作方法

本发明涉及一种用于可变截面涡轮的调节环、一种用于涡轮机的具有这样的调节环的可变截面涡轮、一种用于增压设备的具有这样的调节环的涡轮机、一种用于内燃发动机或燃料电池的具有这样的调节环的增压设备以及一种用于制造这样的调节环的方法。

背景技术：

1、越来越多较新一代的车辆配备有增压设备，以便实现需求目标和法律要求。在开发增压设备时，各个部件和系统整体都要在其可靠性和效率方面进行优化。

2、已知的增压设备大多具有至少一个带有压缩机叶轮的压缩机，该压缩机叶轮经由共用的轴与驱动单元相连接。压缩机对为内燃发动机或为燃料电池所吸入的新鲜空气进行压缩。由此提高可供发动机用于燃烧或者可供燃料电池用于反应的空气量或氧气量。这进而促进内燃发动机或燃料电池的功率的提升。增压设备可以配备有不同的驱动单元。在现有技术中尤其已知：电增压器(e-lader)，其中压缩机经由电动马达来驱动；以及涡轮增压器，其中压缩机经由涡轮机(尤其径流式涡轮机)来驱动。与(例如设置在航空发动机中)轴流式涡轮机(其中大体上仅实现轴向的流入)相比，在径流式涡轮机中，排气流从螺旋状的涡轮机入口大体上径向地并且在混流式径流式涡轮机的情况下半径向地(即以至少一个较小的轴向分量)被引导到涡轮机叶轮上。除了电增压器和涡轮增压器，现有技术中还描述了这两种系统的组合，其还被称为电动涡轮增压器(e-turbo)。

3、为了提高涡轮机的效率并使其适配各种运行工况点，现代的增压设备配备有功率调节装置，借助于该功率调节装置可以调节或改变增压设备所产生的功率。已知的功率调节装置例如是可变截面涡轮(vtg)或废气门阀瓣(wg)。可变截面涡轮是一种用于改变向涡轮机的涡轮机叶轮的入流的可调节的导向装置。通过改变入流(例如流动截面和流入角度)，尤其可以改变供应给涡轮机叶轮的排气流的流动速度，这促使增压设备的功率对应地发生变化。这样的系统还被称为可变导向叶片、vtg、导向格栅或vtg导向格栅。

4、已知的可变截面涡轮通常具有叶片轴承环，该叶片轴承环带有以凸缘的形式支承在该叶片轴承环上的多个可调节的导向叶片，这些可调节的导向叶片可以各自从与凸缘成大体上切向的位置向接近径向的位置进行调节。可调节的导向叶片在大多数情况下分别经由调节杆与调节环联接，该调节环与叶片轴承环同轴线地布置。通过调节环的运动、例如是沿周向方向的旋转，能够调节导向叶片并且改变到涡轮机叶轮的入流。在此，调节环沿周向方向的旋转经由致动装置来提供。尤其，致动装置被设置成用于产生将经由调节环传递至可变截面涡轮的控制运动。致动装置通常具有执行器，该执行器经由调节轴组件与调节环相联接。为了使致动装置与调节环机械联接，通常提出使内杆与调节环的调整销相接合。可变截面涡轮的多个可运动的单独部件通常需要复杂且昂贵的装配并且可能在运行中导致磨损问题。尤其，由于在进行调节时部件间发生相互作用、以及还由于脉冲式排气力及其经由导向叶片和叶片杆而被传递至接合位置，通常可能在调节环和调节杆上产生磨损问题。这可能导致调节环和调节杆损坏，并且可能导致可变截面涡轮、或在其中使用可变截面涡轮的涡轮机和/或增压设备的寿命变短。

5、本发明的目的是，提供一种经改进的用于可变截面涡轮的调节环。

技术实现思路

1、本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于可变截面涡轮的调节环。本发明还涉及一种根据权利要求17所述的用于涡轮机的可变截面涡轮，该可变截面涡轮具有这样的调节环。本发明还涉及一种根据权利要求20所述的用于增压设备的涡轮机，该涡轮机具有这样的调节环。本发明还涉及一种根据权利要求21所述的用于内燃发动机或燃料电池的增压设备，该增压设备具有这样的调节环；以及根据权利要求22的用于制造可变截面涡轮用的调节环的方法。从属权利要求描述调节环、可变截面涡轮、涡轮机、增压设备和方法的有利设计方案。

2、根据本发明的第一方面，用于可变截面涡轮的调节环包括盘状主体和在盘状主体中形成的多个联接区域。联接区域在周向方向上间隔开。每个联接区域被设计成至少部分地接纳叶片杆，该叶片杆用于调节可变截面涡轮的导向叶片。每个联接区域完全被盘状主体包围。盘状主体在一个或多个联接区域处具有至少一个加强特征，该至少一个加强特征沿轴向方向从盘状主体延伸并且至少部分地周向包围联接区域。借助处于一个或多个联接区域的该至少一个加强特征，可以在联接区域与相应的叶片杆(这些叶片杆进而与导向叶片相连接)进行联接时减小可能在通过调节环调节叶片杆时所产生的表面压力。换言之，由于该至少一个加强特征，可以增大叶片杆与调节环、尤其联接区域之间的接触表面。在此，可以实现减小叶片杆与联接区域之间的磨损。尤其可以减小调节环处和/或调节杆处的磨损。因此，通过设置该至少一个加强特征，可以改善调节环和/或包括调节环的可变截面涡轮的稳健性。此外，可以以如下方式提高调节环的稳健性：每个联接区域完全被盘状主体包围。此外，由此可以将多个功能整合到调节环中：例如在周向方向上调节叶片杆，提供第一止挡部和/或第二止挡部以调节可变截面涡轮，和/或在可变截面涡轮中对调节环进行径向支承。此外，通过将功能整合到调节环中，可以省去可变截面涡轮的另外的部件并且因此降低成本。

3、在设计方案中，盘状主体可以在多个联接区域的各个联接区域上具有该至少一个加强特征。各个联接区域可以被设计为盘状主体中的穿通部。

4、在设计方案中，该至少一个加强特征可以与盘状主体一体式地形成。该至少一个加强特征可以被设计成凸缘状。

5、在设计方案中，各个联接区域、尤其是各个穿通部可以具有环绕的壁。环绕的壁可以具有位于径向内部的壁区段和位于径向外部的壁区段，这些壁区段大体上切向地和/或沿周向方向延伸。环绕的壁可以具有侧向第一壁区段和侧向第二壁区段，这些侧向壁区段大体上沿径向方向延伸。当调节环在周向方向上相对于叶片轴承环运动时，可以借助这两个侧向壁区段来调节该多个导向叶片。

6、在设计方案中，该至少一个加强特征可以具有第一加强区段和至少一个第二加强区段。第一加强区段可以包围侧向第一壁区段。该至少一个第二加强区段可以包围侧向第二壁区段。

7、在设计方案中，该至少一个加强特征可以完全包围联接区域。

8、盘状主体可以具有第一侧面和第二侧面。该至少一个加强特征可以从第一侧面和/或第二侧面延伸。在设计方案中，该至少一个加强特征可以包括第一加强特征和第二加强特征。第一加强特征可以从第一侧面延伸。第二加强特征可以从第二侧面延伸。

9、该至少一个加强特征可以沿轴向方向延伸直至达轴向距离。盘状主体可以具有在轴向方向上测得的主体厚度。轴向距离与主体厚度之比可以介于0.25至1.0之间，尤其介于0.40与0.70之间，优选地介于0.45与0.60之间。基于该比值，可以通过该至少一个加强特征、尤其通过增大接触表面来在与叶片杆进行联接时减小表面压力。此外，可以提升调节环和/或vtg的稳健性。

10、在设计方案中，该至少一个加强特征可以具有例如在径向方向上测得的最小宽度。最小宽度与主体厚度之比可以介于0.10与0.70之间，尤其介于0.15与0.50之间，优选地介于0.20与0.35之间。基于该比值，可以提供该至少一个加强特征的稳健性和/或耐久性。

11、在设计方案中，该至少一个加强特征可以在背离联接区域的一侧被设计为朝向第一侧面和/或第二侧面是修圆的。修圆部尤其可以具有半径。可以基于该半径减小或避免该至少一个加强特征与盘状主体之间的应力峰值。

12、盘状主体可以在每个联接位置的区域中均具有径向外接片和径向内接片。径向外接片可以限定第一接片宽度。径向内接片可以限定第二接片宽度。第一接片宽度和/或第二接片宽度与主体厚度之比可以介于0.15与0.60之间，尤其介于0.20与0.50之间，优选地介于0.25与0.35之间。基于该比值，可以更稳健和/或更稳定地提供调节环。此外，径向内接片因而可以用作针对可变截面涡轮的止挡部，和/或径向外接片可以提供用于调节环在可变截面涡轮中的径向支承。

13、根据本发明的第二方面，用于涡轮机的可变截面涡轮包括叶片轴承环和多个可调节的导向叶片，这些导向叶片各自经由叶片轴可旋转地支承在叶片轴承环中。此外，可变截面涡轮包括根据本发明的第一方面的调节环。该多个可调节的导向叶片中的各个导向叶片各自与一个叶片杆不可相对旋转地相连接。每个叶片杆至少部分地各自接纳在一个联接区域中，以用于调节相应的导向叶片。由于在可变截面涡轮中设置有根据本发明的第一方面的调节环，因此可以实现减小叶片杆与相应的联接区域之间的磨损。尤其可以减小调节环处和/或调节杆处的磨损。通过在一个或多个联接区域处设置该至少一个加强特征，因此同样可以提升置入有调节环的可变截面涡轮的稳健性。此外，可以以如下方式提高可变截面涡轮的稳健性：每个联接区域完全被盘状主体包围。此外，由此可以将多个功能整合到调节环中：例如在周向方向上调节叶片杆，提供第一止挡部和/或第二止挡部以调节可变截面涡轮，和/或在可变截面涡轮中对调节环进行径向支承。此外，通过功能整合可以省去可变截面涡轮的另外的部件并且因此降低成本。因此可以更稳健地提供可变截面涡轮。此外，可以更耐久地提供可变截面涡轮。

14、在设计方案中，导向叶片、尤其各个导向叶片可以在叶片轴的第一端部处与叶片轴不可相对旋转地相连接。叶片杆可以在叶片轴的与第一端部相反的第二端部处与叶片轴相连接。

15、在设计方案中，各个叶片杆均可以具有从叶片轴径向延伸的径向叶片杆区段。各个叶片杆均可以具有从径向叶片杆区段轴向朝调节环延伸的轴向叶片杆区段。轴向叶片杆区段尤其可以在轴向上至少部分地延伸到相应的联接区域中。

16、在设计方案中，可变截面涡轮可以包括盖盘，该盖盘与叶片轴承环平行地布置。该多个可调节的导向叶片可以布置在盖盘与叶片轴承环之间。

17、可调节的导向叶片可以经由叶片轴承以在周向方向上均匀分布的方式可旋转地支承在叶片轴承环中。

18、在设计方案中，可变截面涡轮可以包括多个间隔元件。该多个间隔元件可以以沿周向方向分布的方式布置在叶片轴承环上，使得这些间隔元件限定叶片轴承环距盖盘的轴向间距。该多个间隔元件尤其可以包括至少三个间隔元件。

19、调节环可以主要布置在叶片轴承环的径向之外。在设计方案中，叶片轴承环可以在背离该多个可调节的导向叶片的一侧具有支承部，以轴向支承调节环。

20、尤其借助调节环在周向方向上的运动，该多个可调节的导向叶片能够在与可变截面涡轮的最大打开位置相对应的第一位置和与可变截面涡轮的最小打开位置相对应的第二位置之间进行调节。由于每个联接区域完全被盘状主体包围，因此位于径向内部的壁可以用作用于第一位置或第二位置的第一止挡部。此外，位于径向内部的壁还可以用作用于相应另外的第一位置或第二位置的第二止挡部。

21、根据本发明的第三方面，用于增压设备的涡轮机包括涡轮机壳体，该涡轮机壳体限定供应通道和排出通道。此外，涡轮机包括涡轮机叶轮和根据本发明的第二方面的可变截面涡轮，该涡轮机叶轮在涡轮机壳体中布置在供应通道与排出通道之间。可变截面涡轮布置在涡轮机叶轮的径向之外。由于在涡轮机、尤其可变截面涡轮中设置有根据本发明的第一方面的调节环，因此可以实现减小叶片杆与相应的联接区域之间的磨损。尤其可以减小调节环处和/或调节杆处的磨损。通过在一个或多个联接区域处设置该至少一个加强特征，因此同样可以提升涡轮机的稳健性。此外，可以以如下方式提高涡轮机的稳健性：每个联接区域完全被盘状主体包围。此外，由此可以将多个功能整合到调节环中：例如在周向方向上调节叶片杆，提供第一止挡部和/或第二止挡部以调节可变截面涡轮，和/或在可变截面涡轮中对调节环进行径向支承。此外，通过功能整合可以省去可变截面涡轮和/或涡轮机的另外的部件并且因此降低成本。因此，可以更稳健地提供具有可变截面涡轮的涡轮机。此外，可以更耐久地提供涡轮机。

22、在设计方案中，涡轮机可以包括致动装置，该致动装置与调节环操作性联接。致动装置可以被设计成使调节环沿周向方向运动。致动装置尤其可以经由一个或多个杆和/或调控拉杆与调节环相联接。

23、涡轮机可以是径流式涡轮机。在设计方案中，涡轮机可以包括张紧器件。张紧器件可以在轴向方向上布置在可变截面涡轮、尤其叶片轴承环与涡轮机后壁之间。张紧器件可以被设计成将可变截面涡轮张紧到涡轮机壳体上。在设计方案中，张紧器件可以在径向外端部处贴靠叶片轴承环并且在径向内端部处贴靠涡轮机后壁。

24、在设计方案中，可以在张紧器件与叶片轴承环之间夹紧有隔热罩。涡轮机后壁可以被设计为支承壳体的一部分。

25、根据本发明的第四方面，用于内燃发动机或燃料电池的增压设备包括支承壳体、可旋转地支承在支承壳体中的轴、以及具有压缩机叶轮的压缩机。此外，增压设备包括根据本发明的第三方面的涡轮机。涡轮机叶轮和压缩机叶轮在轴的相反端部处与轴不可相对旋转地联接。由于在增压设备所包括的涡轮机、尤其可变截面涡轮中设置有根据本发明的第一方面的调节环，因此可以更稳健和/或更耐久地提供增压设备。这尤其可以通过减小叶片杆与相应的联接区域之间的磨损来实现。在此，可以减小调节环处和/或调节杆处的磨损。此外，可以以如下方式提高增压设备的稳健性：各个联接区域完全被调节环的盘状主体包围。此外，由此可以将多个功能整合到调节环中：例如在周向方向上调节叶片杆，提供第一止挡部和/或第二止挡部以调节可变截面涡轮，和/或在可变截面涡轮中对调节环进行径向支承。通过功能整合可以省去增压设备、尤其可变截面涡轮和/或增压设备所包括的涡轮机中的某些部件。因此能够降低增压设备的成本。

26、压缩机可以包括压缩机壳体，压缩机叶轮布置在该压缩机壳体中。支承壳体可以与涡轮机壳体和压缩机壳体相连接。

27、在设计方案中，增压设备可以包括电动马达，该电动马达可以布置在支承壳体中的马达空间中。涡轮机叶轮和/或压缩机叶轮可以经由轴与电动马达相联接。

28、根据本发明的第五方面，一种用于制造可变截面涡轮用的调节环的方法包括如下步骤：

29、a)提供盘状主体；

30、b)在盘状主体中形成多个联接区域，其方式为使得这些联接区域在周向方向上间隔开，并且每个联接区域被设计成至少部分地接纳叶片杆，该叶片杆用于调节可变截面涡轮的导向叶片，并且每个联接区域完全被盘状主体包围；以及

31、c)在一个或多个联接区域处形成至少一个加强特征，其方式为使得该至少一个加强特征沿轴向方向从盘状主体延伸，并且至少部分地周向包围联接区域。

32、调节环在此可以具有所有上述设计方案。借助处于一个或多个联接区域的该至少一个加强特征，可以在联接区域与相应的叶片杆进行联接时减小可能在通过调节环调节叶片杆时所产生的表面压力。换言之，由于该至少一个加强特征，可以增大叶片杆与调节环、尤其联接区域之间的接触表面。在此，可以实现减小叶片杆与联接区域之间的磨损。尤其可以减小调节环处和/或调节杆处的磨损。因此，通过设置该至少一个加强特征，可以改善调节环和包括调节环的可变截面涡轮的稳健性。此外，可以以如下方式提高调节环的稳健性：每个联接区域完全被盘状主体包围。此外，由此可以将多个功能整合到调节环中：例如在周向方向上调节叶片杆，提供第一止挡部和/或第二止挡部以调节可变截面涡轮，和/或在可变截面涡轮中对调节环进行径向支承。此外，通过将功能整合到调节环中，可以省去可变截面涡轮的另外的部件并且因此降低成本。

33、在设计方案中，在一个或多个联接区域处形成至少一个加强特征可以包括：使联接区域的至少一个区段成型，其方式为使得该区段沿轴向方向从盘状主体延伸并且至少部分地周向包围联接区域。成型尤其可以包括深拉。通过成型工艺可以在各个联接区域中提供对材料的挤压，这可以实现材料硬化、尤其冷作硬化，并且因此可以提升耐磨损性和/或稳健性。

34、在设计方案中，在一个或多个联接区域处形成该至少一个加强特征可以包括：对该至少一个已成型区段进行磨削，使得该至少一个已成型区段构成第三侧面，该第三侧面与盘状主体的第一侧面或第二侧面大体上平行。

35、在设计方案中，该方法还可以包括对调节环进行热处理。借助热处理可以消除调节环中的应力。

36、在设计方案中，该方法还可以包括对调节环、尤其该多个联接区域和/或该至少一个加强特征和/或盘状主体进行镦锻。由此可以实现相应区域的材料压实、尤其冷作硬化。此外，可以提供强度和/或稳健性更高的调节环或相应区域。