(57)【要約】  本発明は、固定エレメント（１）であって、ヘッド区分（２）を有しており、軸部（３）を有しており、軸部（３）は軸部（３）の軸線方向において変化している横断面を有しており、軸部（３）の横断面は、軸部（３）における質的及び／又は量的に規定された曲げモーメントの推移（４）を考慮しつつ、軸部（３）において一定の軸部横断面を有する固定エレメントに対して十分に均等な曲げ応力の推移（５）を有しているように、変化のある横断面を持って構成されている。さらに、本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（１１）であって、排ガスターボチャージャ（１１）においてＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）が、少なくとも１つの上記固定エレメント（１）によって排ガスターボチャージャのケーシング構成部材（１２）に固定されている。
2011518289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定エレメント（１）において、
ヘッド区分（２）を有しており、
軸部（３）を有しており、該軸部（３）は該軸部（３）の軸線方向に変化している横断面を有しており、
軸部（３）の前記横断面は、軸部（３）における質的及び／又は量的に規定された曲げモーメントの推移（４）に基づいて、一定の軸部横断面を有する固定エレメントに比べて十分に均等な曲げ応力の推移（５）を軸部（３）に有しているように、変化のある横断面を持って構成されていることを特徴とする、固定エレメント。
【請求項２】
固定エレメント（１）の軸部（３）は少なくとも１つの局所的な収縮部（６）を有していることを特徴とする、請求項１記載の固定エレメント。
【請求項３】
固定エレメント（１）の軸部（３）は少なくとも１つの局所的な増幅部（７）を有していることを特徴とする、請求項１又は２記載の固定エレメント。
【請求項４】
固定エレメント（１）の軸部（３）は少なくとも部分的にねじ山（８）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の固定エレメント。
【請求項５】
ヘッド区分（２）は固定エレメント（１）に一体成形されたねじ頭（９）として形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の固定エレメント。
【請求項６】
ヘッド区分（２）はナット（１０）として形成されており、該ナット（１０）は固定エレメント（１）の軸部（３）に螺嵌されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の固定エレメント。
【請求項７】
固定エレメント（１）は快削鋼、又は冷間据込み鋼、又は冷間押出し鋼、又は一般的な構造用鋼、又は熱処理鋼、有利には耐熱オーステナイト鋼、さらに有利には超合金から製造されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の固定エレメント。
【請求項８】
固定エレメント（１）は冷間成形又は熱間成形、有利には旋削、さらに有利には研削により製造されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の固定エレメント。
【請求項９】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（１１）において、
少なくとも１つのケーシング構成部材（１２，１３）を有しており、該ケーシング構成部材（１２，１３）は、請求項１から８までのいずれか一項記載の固定エレメント（１）を接合するための少なくとも１つの接合個所（１４）を有しており、
タービン流れ横断面を変更するための変位可能なＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）を有しており、該ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は少なくとも１つの切欠き（１６）を有しており、
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）をケーシング構成部材（１２，１３）に固定するために、請求項１から８までのいずれか一項記載の少なくとも１つの固定エレメント（１）を有しており、該固定エレメント（１）はＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）の切欠き（１６）を通ってケーシング構成部材（１２，１３）の接合個所（１４）に固定されていることを特徴とする、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ。
【請求項１０】
固定エレメント（１）は接合個所（１４）内に螺入されていることを特徴とする、請求項９記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１１】
少なくとも接合個所（１４）の領域において、軸部（３）とＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）の切欠き（１６）との間に、軸部（３）への負荷導入を回避するために半径方向の遊びが設けられていることを特徴とする、請求項９又は１０記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１２】
軸部（３）は少なくとも固定エレメント（１）のヘッド区分（２）の領域において、軸部（３）への負荷導入のために及び／又は軸部（３）におけるＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）の構成部材の半径方向の支承のために、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）の切欠き（１６）の壁に当接していることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１３】
ケーシング構成部材（１２，１３）は排ガスターボチャージャ（１１）の支承ケーシング（１２）又はタービンケーシング（１３）であることを特徴とする、請求項９から１２までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１４】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は少なくとも１つのキャリアリング（１７）と、複数のＶＴＧ案内羽根（１８）とを有しており、ＶＴＧ案内羽根（１８）はキャリアリング（１７）において回動可能に支承されていることを特徴とする、請求項９から１３までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１５】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は少なくとも２つのキャリアリング（１７）を有しており、ＶＴＧ案内羽根（１８）は第１及び第２のキャリアリング（１７）の間においてサンドイッチ状に配置されており、かつ、第１及び第２のキャリアリング（１７）において回動可能に支承されていることを特徴とする、請求項９から１４までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１６】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は、少なくとも１つのキャリアリング（１７）に当接している少なくとも１つのスペースホルダ（１９）を有しており、該スペースホルダ（１９）は組付けられた状態において、ＶＴＧ案内羽根（１８）のための間隙を保持することを特徴とする、請求項９から１５までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１７】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）はＶＴＧ案内羽根（１８）の状態の変更のために少なくとも１つの変位リング（２０）を有していることを特徴とする、請求項９から１６までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１８】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は少なくとも１つの転動体（２１）を有しており、該転動体（２１）において変位リング（２０）はＶＴＧ案内羽根（１８）の変位のために回動可能に支承されていることを特徴とする、請求項１７記載の排ガスターボチャージャ。
【請求項１９】
ＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）は少なくとも１つのスペーサ（２２）を有しており、該スペーサ（２２）は組み込まれた状態においてケーシング構成部材（１２，１３）に当接しており、スペーサ（２２）によりＶＴＧ案内翼アッセンブリ（１５）の他の構成部材はケーシング構成部材（１２，１３）から離間されていることを特徴とする、請求項９から１８までのいずれか一項記載の排ガスターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのための固定エレメント、及びこのような固定エレメントを有する可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャに関する。
【０００２】
以下に、本発明の動機付け及びアイディアを、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）を備えた排ガスターボチャージャの案内翼を固定するための固定ねじを例にして説明するが、本発明はそのような固定ねじにも、そのような排ガスターボチャージャにおける案内翼の固定のための固定ねじの使用にも限定されない。
【０００３】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャは、固定されたタービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャと比べて、高温の排ガスを排ガスターボチャージャのタービンホイールに案内する入口の横断面を、変位可能な案内装置によって調節することができる、という利点を有している。この手段により、チャージ圧形成の動力を、各エンジン運転点にほぼ最適に合わせることができる。
【０００４】
ドイツ特許出願明細書ＤＥ１０２００４０３３８８４Ａ１において、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャが開示されている。可変タービンジオメトリは、変位可能な案内翼により実現される。案内翼は可変配向の案内羽根のリムから成っている。案内羽根はタービンの排ガス供給通路と、タービンロータとの間の羽根室と称呼される狭幅な領域に配置されている。案内羽根はキャリアリングに回動可能に支承されている。案内翼の案内羽根の変位は変位リングによって行われる。
【０００５】
さらに上記刊行物には、以下にＶＴＧ案内翼アッセンブリと称呼される、キャリアリングと、複数の間隔スリーブと、フランジ区分と称呼される他の環状の構成部材から成る構成群が、ねじによって排ガスターボチャージャの支承ケーシングに固定されている。
【０００６】
キャリアリングとフランジ区分とは高温の排ガス流に曝されており、ひいてはケーシング構成部材に比べて高められた温度を有していることに起因し、かつ使用される原材料がケーシング構成部材よりも高い熱膨張係数を有しているので、キャリアリングとフランジ区分とは運転中、ケーシング構成部材よりも温度に起因する大きな膨張を有する。
【０００７】
互いに緊締された構成部材の温度に起因した均等でない膨張の結果、個々のねじは夫々、半径方向の不都合なせん断負荷に曝されている。さらに、導入される横力はねじにおける曲げ応力を引き起こす曲げモーメントをもたらす。ねじに発生する曲げ応力の推移は、不都合なことに極めて不均一である。ケーシング構成部材における螺入個所及びねじ頭の領域は、不動の緊締個所のように作用するという事実に基づき、ケーシング構成部材における螺入個所及びねじ頭の領域には極めて大きな曲げ応力が存在する。これに対してケーシング構成部材における螺入個所及びねじ頭の領域の間に位置するねじ軸部の領域は、意味もなく曲げ負荷されるだけである。
【０００８】
変化する排ガス温度又は排ガス流量によるターボチャージャの一定でない運転時には、ねじに交番する曲げ応力が付加的に発生する。その結果、ねじは、特に螺入個所及びねじ頭における高負荷された領域において脆化及び塑性化する傾向がある。これによりねじ予負荷の損失、又は最悪の場合には、ねじの疲労破壊に繋がる。ねじ予負荷の損失時には、ＶＴＧ案内翼アッセンブリの寸法安定性はもはや保証されていない。羽根室における案内羽根の遊びは増大し、その結果、増大した流れ損失が案内羽根に発生する。流れ損失は排ガスターボチャージャの全効率に不都合に作用することになる。ねじ予負荷の損失に起因して、さらにねじが振動により完全に緩むという危険性がある。これにより最終的にはＶＴＧ案内翼アッセンブリの完全故障が起こる。ねじの疲労破壊は結果的にＶＴＧ案内翼アッセンブリの即座の完全故障に繋がる。
【０００９】
本発明の目的は、特に可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのための改良された固定エレメントを提供することである。
【００１０】
上記目的は本発明によれば、請求項１の特徴を備えた固定エレメント、及び請求項９の特徴を備えた可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャにより達成される。
【００１１】
したがって、固定エレメントであって、ヘッド区分と、軸部の軸線方向において変化している横断面を有する軸部とを備え、軸部の横断面が、軸部における質及び／又は量に関して規定された曲げモーメントの推移を考慮して、一定の軸部横断面を備えた固定エレメントに対して、軸部おける十分に均一な曲げ応力の推移を有しているように、変化した横断面を持って構成されている。
【００１２】
さらに可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャであって、上記固定エレメントの接合のために少なくとも１つの接合個所を有する少なくとも１つのケーシング構成部材を備え、少なくとも１つの切欠きを有する、タービン流れ横断面を変更するための変位可能なＶＴＧ案内翼アッセンブリを備え、ケーシング構成部材にＶＴＧ案内翼アッセンブリを固定するために少なくとも１つの固定エレメントを備え、固定エレメントがＶＴＧ案内翼アッセンブリの切欠きを貫通して、ケーシング構成部材の接合個所に固定されている。
【００１３】
本発明の根底にある思想は、軸部における曲げモーメントの推移に適した軸部を備えた固定エレメントを提供することである。その結果、固定エレメントの軸部に、曲げ応力に基づく均一な材料負荷が発生する。このために本発明に係る固定エレメントは、軸部の軸線方向において変化している横断面を備えた軸部を有している。軸部の曲げ剛性モーメントは軸部の各個所において、軸部に加わる曲げモーメントに合わされている。したがって、均一な曲げ応力分配が固定エレメントの軸部にもたらされる。
【００１４】
本発明に係る他の思想は、ＶＴＧ案内翼アッセンブリを本発明に係る固定エレメントによって可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのケーシング構成部材に固定することである。これにより温度に起因する膨張によりもたらされるＶＴＧ案内翼アッセンブリの曲げ応力が、固定エレメントにおいて均一化される。固定エレメントにおける、局所的に過度に高められた曲げ応力の回避により、固定エレメントの塑性化の危険及び脆化の危険は減じられる。したがって、固定エレメントにおける構成部材損壊の可能性は明らかに減じられる。またこれによりＶＴＧ案内翼アッセンブリ及びターボチャージャ全体の比較的高い運転確実性が結果としてもたらされる。
【００１５】
本発明に係る有利な構成及び改良形が、従属請求項及び図面に基づく説明の対象となっている。
【００１６】
本発明に係る別の構成において、固定エレメントの軸部は１つ又は複数の個所に収縮した横断面を有している。これにより軸部における曲げモーメントの推移の局所的な降下が補整される。その結果、一定の曲げ応力の推移がもたらされる。
【００１７】
本発明に係るさらに別の構成において、固定エレメントの軸部は１つ又は複数の個所に局所的に肉厚化された横断面を有する。これにより曲げモーメントの推移の局所的な上昇が補整され、その結果、軸部における一定の曲げ応力の推移がもたらされる。
【００１８】
本発明に係るさらに別の構成において、固定エレメントの軸部はねじ山を有しており、固定エレメントを他の構成部材内に螺入することができるか、又は、例えばナットのような他の固定エレメントを本発明に係る固定エレメントに螺嵌することができる。
【００１９】
本発明に係るさらに別の構成において、固定エレメントのヘッド区分は、ヘッド区分に一体成形されたねじ頭として構成されている。
【００２０】
本発明に係るさらに別の構成において、固定エレメントのヘッド区分はナットとして構成されており、ナットは固定エレメントの軸部に螺嵌されている。
【００２１】
本発明に係る固定エレメントは、快削鋼、冷間据込み鋼、冷間押出し鋼、一般的な構造用鋼又は熱処理鋼から製造されていてよい。例えば排ガスターボチャージャといった高温の環境において使用可能であるように、本発明に係る固定エレメントは、有利な構成においては、耐熱オーステナイト鋼から製造されている。本発明に係る特に有利な構成において、固定エレメントは、鉄基、ニッケル基、白金基、クロム基及び／又はコバルト基超合金から製造されている。このような超合金の使用は、例えば排ガスターボチャージャといった極めて高温な環境における固定エレメントの使用を許容する。このような超合金の例として、以下の原材料、即ちステライト、トリバロイ、ハステロイ、インコロイ、インコネル、ニモニック及びＲ８８ＤＴがある。
【００２２】
軸形状の固定エレメントの場合、本発明に係る固定エレメントは冷間成形又は熱間成形により製造することができる。本発明に係る固定エレメントの軸横断面が場合によって極めて変化しているということに起因して、本発明に係る固定エレメントは、有利な構成において、旋削により製造されている。このように製造された固定エレメントによって、複雑な軸部幾何学形状を表現できる。本発明のさらに別の特に有利な構成において、固定エレメントは研削により製造されている。このような固定エレメントは、複雑な軸部幾何学形状を表現することができる一方で、厳しい製造公差を維持することができるので同様に特に有利である。
【００２３】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャの本発明に係る構成において、本発明に係る固定エレメントは排ガスターボチャージャのケーシング構成部材に設けられている接合個所に螺入されている。固定エレメントをターボチャージャのケーシング構成部材に上述のように接合することにより、ＶＴＧ案内翼アッセンブリを排ガスターボチャージャのケーシング構成部材へ確実に固定することを特に簡単に実現することができる。これに対して択一的には、本発明に係る固定エレメントは、例えばケーシング構成部材に設けられている接合個所に圧入されていてもよいか、又はろう接又は溶接結合によって接合個所に固定されていてもよい。
【００２４】
本発明に係る排ガスターボチャージャの別の有利な構成において、固定エレメントの軸部とＶＴＧ案内翼アッセンブリの切欠きとの間に、半径方向の遊びが部分的に設けられている。半径方向の遊びにより、固定エレメントの軸部への不都合な負荷導入を避けることができる。特に、ケーシング構成部材の接合個所の領域において、上記半径方向の遊びにより、固定エレメントの軸部の不都合なせん断負荷を回避することができる。本構成により、接合個所の領域におけるせん断によってもたらされる、軸部の著しい撓曲に基づく軸部の塑性化及び脆化の危険は回避される。
【００２５】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の有利な構成において、固定エレメントの軸部はＶＴＧ案内翼アッセンブリの切欠きの壁に部分的に直接当接している。これにより、特に固定エレメントのヘッド区分の領域において、固定エレメントの軸部の局所的な負荷導入を行うことができる。上記構成のさらに別の利点は、ＶＴＧ案内翼アッセンブリの個々の構成部材を固定エレメントの軸部において、半径方向に支承することができるという点にある。
【００２６】
本発明に係るターボチャージャの特徴的なさらに別の構成において、本発明に係る固定エレメントによってＶＴＧ案内翼アッセンブリが固定されているケーシング構成部材は、排ガスターボチャージャの支承ケーシングである。本発明に係る排ガスターボチャージャの択一的な特徴的な構成において、本発明に係る固定エレメントによってＶＴＧ案内翼アッセンブリが固定されているケーシング構成部材は、排ガスターボチャージャのタービンケーシングである。
【００２７】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の特徴的な構成において、本発明に係る固定エレメントによって排ガスターボチャージャのケーシング構成部材に固定されているＶＴＧ案内翼アッセンブリは、少なくとも１つのキャリアリングと、キャリアリングに回動可能に支承されている複数のＶＴＧ案内羽根を有している。
【００２８】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の有利な構成において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリは２つのキャリアリングを有している。ＶＴＧ案内羽根は第１のキャリアリングと第２のキャリアリングとの間においてサンドイッチ状に配置されており、第１及び第２のキャリアリングにおいて回動可能に支承されている。単に１つのキャリアリングによるＶＴＧ案内翼の支承に比べて、ＶＴＧ案内翼の二面側からの支承は比較的大きな支承支持幅という利点を有している。
【００２９】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の特徴的な構成において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリは、組付けられた状態においてＶＴＧ案内羽根の自由な可動性を保証する１つ又は複数のスペーサを有している。このようなスペーサは固定エレメントによってＶＴＧ案内翼アッセンブリに加えられる緊締力を、ＶＴＧ案内羽根から排除している。その結果、ＶＴＧ案内羽根の回動性は組付けられた状態においても保持されたままである。
【００３０】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の特徴的な構成において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリはＶＴＧ案内羽根の位置を変更するための変位リングを有している。キャリアリングに対して平行及び同軸的に取り付けられている上記変位リングの回動により、ＶＴＧ案内羽根の変位が実現される。変位リングの回動性を保証するために、変位リングは組付けられた状態において、固定エレメントによってＶＴＧ案内翼アッセンブリに加えられる緊締力に曝されていない。
【００３１】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の有利な構成において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリは１つ又は複数の転動体を有している。ＶＴＧ案内羽根の変位のために変位リングは転動体上に回動可能に支承されている。上記転動体の使用により、変位リングのスムーズな回動性が保証される。
【００３２】
本発明に係る排ガスターボチャージャのさらに別の有利な構成において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリはスペーサを有している。スペーサは組付けられた状態において、排ガスターボチャージャのケーシング構成部材に当接しており、本発明に係る固定エレメントによってＶＴＧ案内翼アッセンブリにもたらされる緊締力に曝されている。このようなスペーサは、ＶＴＧ案内翼アッセンブリの他の構成部材を、ケーシング構成部材から所定の間隔を置いて取り付けることができるという利点を有している。特に、このようなスペーサにより、高温のキャリアリングの温度に起因した膨張に基づく、ケーシング構成部材の接合個所の領域における固定エレメントの軸部の特に破壊的なせん断は回避される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る固定エレメントの第１の実施の形態の側面図である。
【図１ａ】本発明に係る固定エレメントの第１の実施の形態における曲げモーメントの推移を示すグラフである。
【図１ｂ】本発明に係る固定エレメントの第１の実施の形態における曲げ応力の推移を示すグラフである。
【図２】本発明に係る固定エレメントの第２の実施の形態の側面図である。
【図２ａ】本発明に係る固定エレメントの第２の実施の形態における曲げモーメントの推移を示すグラフである。
【図２ｂ】本発明に係る固定エレメントの第２の実施の形態における曲げ応力の推移を示すグラフである。
【図３】本発明に係る排ガスターボチャージャの第１の実施の形態の部分断面図である。
【図４】本発明に係る排ガスターボチャージャの第２の実施の形態の部分断面図である。
【図５】本発明に係る排ガスターボチャージャの第３の実施の形態の断面図である。
【００３４】
以下に、概略的に図示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００３５】
全ての図面において、変化形態が特定されない限りは、同じ部材若しくは機能に関して同じ部材に同じ符号が付されている。
【００３６】
図１には、本発明に係る固定エレメント１の第１の実施の形態が示されている。固定エレメント１はヘッド区分２と軸部３とを有している。ヘッド区分２は、本実施の形態では固定エレメントに一体に成形されたねじ頭９として形成されている。ヘッド区分２とは反対の側において、固定エレメント１の軸部３はねじ山８を有している。固定エレメント１の軸部３は、例えば局所的な収縮部６を有する。
【００３７】
図１ａには、本発明に係る固定エレメントの第１の実施の形態における曲げモーメントの推移を示すグラフが示されている。曲げモーメントの推移Ｍ（ｘ）は軸部３の縦座標ｘの関数として記載されている。
【００３８】
図１ｂには、本発明に係る固定エレメント１の第１の実施の形態における曲げ応力の推移σ（ｘ）を示すグラフが示されている。曲げ応力の推移σ（ｘ）は軸部３の縦座標ｘの関数として記載されている。曲げ応力の推移σ（ｘ）は、本実施の形態においては、軸部３の中立線（neutrale Faser）に対して最大の間隔を置いて生じる曲げ応力の推移σ（ｘ）であると理解することができる。
【００３９】
図１，１ａ，１ｂの概観から判るように、軸部３の局所的な収縮部６は、図１ａに記載の曲げモーメントの推移Ｍ（ｘ）の局所的な降下を考慮して、図１ｂに記載の固定エレメント１の軸部３における一定の曲げ応力の推移σ（ｘ）がもたらされるように形成されている。
【００４０】
図２には、本発明に係る固定エレメント１の第２の実施の形態の側面図が示されている。図１に記載のねじ頭９とは異なり、本実施の形態において使用されるねじ頭９は六角頭の代わりに、六角穴を有している。さらに本実施の形態において固定エレメント１は、固定エレメント１の軸部３が局所的な収縮部６の他に付加的に局所的な増幅部７を有している点で異なる。
【００４１】
図２ａには、本発明に係る固定エレメントの第２の実施の形態における曲げモーメントの推移Ｍ（ｘ）を示すグラフが示されている。
【００４２】
図２ｂには、本発明に係る固定エレメント１の第２の実施の形態における曲げ応力の推移σ（ｘ）を示すグラフが示されている。曲げ応力の推移σ（ｘ）は本実施の形態において、軸部３の中立線に対して最大の間隔を置いて生じる曲げ応力の推移σ（ｘ）であると理解することができる。
【００４３】
図２，２ａ，２ｂの概観から判るように、固定エレメント１の軸部３の局所的な収縮部６若しくは増幅部７は、図２ａに記載された固定エレメント１の軸部３における曲げモーメントの推移Ｍ（ｘ）の局所的な降下若しくは局所的な上昇を考慮して、図２ｂに記載された一定の曲げ応力の推移σ（ｘ）がもたらされるように形成されている。
【００４４】
図１，２に記載された固定エレメント１は、例えば快削鋼、冷間据込み鋼（Kaltstauchstahl）又は冷間押出し鋼（Kaltfliesspressstahl）から製造されている。高温の環境において使用するために固定エレメント１は、有利には耐熱オーステナイト鋼から製造されており、特に高温の環境において使用するために、理想的には超合金から製造されている。
【００４５】
本発明に係る固定エレメント１は、例えば冷間成形又は熱間成形により製造されている。固定エレメント１の複雑な軸部形状を実現するために、有利には固定エレメント１は旋削により製造されていてよい。厳しい製造公差を維持しつつ同時に複雑な軸部の幾何学的形状を達成するために、有利には本発明に係る固定エレメント１は研削により製造されていてよい。
【００４６】
図３には、本発明に係る排ガスターボチャージャ１１の第１の実施の形態の部分断面図が示されている。図３に例示的に記載されているように、支承ケーシング１２とタービンケーシング１３との間に配置されているＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は、本発明に係る固定エレメント１により可変タービンジオメトリを有する排ガスターボチャージャ１１の支承ケーシング１２に固定されている。このために、ねじ頭９を持って構成されている本発明に係る固定エレメント１は、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５の切欠き１６を通って、支承ケーシング１２の接合個所１４に固定されている。図示の固定エレメント１の軸部３は、ねじ頭９とは反対の側にねじ山８を有している。ねじ山８により固定エレメント１は支承ケーシング１２の接合個所１４に螺入されている。
【００４７】
以下に、例示の案内翼アッセンブリ１５を形成する構成部材を記載する。
【００４８】
支承ケーシング１２の接合個所１４と固定エレメント１のヘッド区分２との間において、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は、固定エレメント１によって貫通して係合されている以下の構成部材を有している。即ち、スペーサ２２、転動体２１、第１のキャリアリング１７、スペースホルダ１９及び第２のキャリアリング１７である。これに対して付加的に、複数のＶＴＧ案内羽根１８のうち１つが記載されている。ＶＴＧ案内羽根１８は２つのキャリアリング１７の間に回動可能に支承されている。さらに、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５はＶＴＧ案内羽根１８の変位のために変位リング２０を有している。変位リング２０は図示の転動体２１に回動可能に支承されている。転動体２１自体は、固定エレメント１の軸部３が転動体２１の切欠き１６の壁に当接していることにより、固定エレメント１に回動可能に支承されている。さらにスペースホルダ１９の半径方向の支承のために、固定エレメント１の軸部３は、スペースホルダ１９の切欠き１６の壁に当接している。キャリアリング１７の熱膨張によりもたらされる横方向力を、支承ケーシング１２の収容個所１４に対して可能な限り大きな間隔を置いて、固定エレメント１の軸部３に導入するために、固定エレメント１の軸部３と第１のキャリアリング１７の切欠きとの間に半径方向の遊びが設けられている。これに対して固定エレメント１の軸部３は第２のキャリアリング１７の切欠き１６の壁に当接している。支承ケーシング１２における接合個所１４の領域において、不都合かつ固定エレメント１の寿命に関して有害なせん断負荷を回避するために、固定エレメント１の軸部３とスペーサ２２の切欠き１６との間に半径方向の遊びが設けられている。上述のように、本発明に係る固定エレメント１は、軸線方向において変化している横断面を備えた軸部３を有している。その結果、曲げ応力は固定エレメント１の軸部３において均一化される。
【００４９】
図４には、本発明に係る排ガスターボチャージャ１１の第２の実施の形態の部分断面図が示されている。ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は構造において、図３に図示したＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５とは異なる点はない。また案内翼アッセンブリ１５は本発明に係る固定エレメント１により、支承ケーシング１２の接合個所１４に固定されている。記載の固定エレメント１の軸部３は、図３に記載されている実施の形態のように、固定エレメント１のヘッド区分２とは反対の側にねじ山８を有している。ねじ山８によって、固定エレメント１は支承ケーシング１２の接合個所１４内に螺入されている。図３に記載された実施の形態とは異なり、例示されている固定エレメント１のヘッド区分２は、固定エレメント１の軸部３に螺嵌されているナット１０として構成されている。
【００５０】
図５には、本発明に係る排ガスターボチャージャ１１の第３の実施の形態の断面図が示されている。従来の実施の形態とは異なり、図示のＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は、排ガスターボチャージャ１１において支承ケーシング１２にではなく、タービンケーシング１３に固定されている。ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は、タービンケーシング１３の接合個所１４と固定エレメント１のヘッド区分２との間に位置している、固定エレメント１によって貫通して係合されている以下の構成部材を有している。即ち、第１のキャリアリング１７、スペースホルダ１９及び第２のキャリアリング１７である。これに対して付加的に、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５は、第１及び第２のキャリアリング１７の間において回動可能に支承されているＶＴＧ案内羽根１８を有している。さらに、ＶＴＧ案内翼アッセンブリ１５はＶＴＧ案内羽根１８の位置を調整するために変位リング２０を有している。変位リング２０が回動性を保証するために、変位リング２０は、排ガスターボチャージャ１１のタービンケーシング１３に支承されている転動体２１において転動する。図示の固定エレメント１のヘッド区分２は、固定エレメント１の軸部３に螺嵌されているナット１０として形成されている。タービンケーシング１３における接合個所１４付近のせん断負荷を回避するために、固定エレメント１の軸部３と、第１のキャリアリング１７の切欠き１６の壁との間に半径方向の遊びが設けられている。キャリアリング１７の熱膨張によりもたらされる横方向力を、タービンケーシング１３における接合個所１４に対して可能な限り間隔を置いて固定エレメント１の軸部３内に導入するために、軸部３は第２のキャリアリング１７の切欠き１６の壁に直接当接している。スペースホルダ１９を半径方向において固定するために、固定エレメント１の軸部３はスペースホルダ１９の切欠き１６の壁に当接している。本発明によれば、固定エレメント１の軸部３は、軸部３の軸線方向において変化している横断面を有している。これにより、固定エレメント１の軸部３における曲げ応力の推移は均一化される。
【００５１】
本発明について上記有利な実施の形態に基づいて記載してきたが、これに本発明は限定されるのではなく、多様に変更可能である。
【００５２】
したがって、本発明は固定エレメントの図示の上記特別な構成に限定されない。むしろ、まさに固定エレメントは任意に、本発明の根底にある原則から逸れることなく変更することができる。
【００５３】
特に、本発明に係る固定エレメントの軸部は、必ず円形に形成する必要はない。したがって、本発明に係る固定エレメントの原理は、例えば楕円形、四角形又は多角形の軸部の横断面を使用する場合であっても実現することができる。さらに、軸部の横断面の幾何学的な基本形状は軸部の軸線方向において変化していることを考慮可能である。したがって、例えば本発明に係る固定エレメントは、ヘッド区分付近において円形の軸部の横断面、及びヘッド区分とは反対側において方形の軸部の横断面を有することができる。
【００５４】
本発明に係る固定エレメントのヘッド区分を多様に構成することができるということは自明である。固定エレメントのヘッド区分が固定エレメントに一体成形されているねじ頭として構成されている場合、ねじ頭は、例えば六角頭、シリンダヘッド、平頭（Senkschraubenkopf）、丸頭（Rundschraubenkopf）、丸平頭又は六角穴頭として構成されていてよい。固定エレメントのヘッド区分が固定エレメントに螺嵌されているナットとして構成されている場合には、ナットは、例えば普通の六角ナット、袋ナット、溝付きナット、蝶ナット、スリット付きナット、六角溶接ナット、十字穴ナット、スピゴットを備えた六角ナット又はキャップナットとして構成されていてよい。したがって、本発明に係る固定エレメントのヘッド区分が、固定エレメントにおける軸線方向の緊締力を伝達することに適している限りは、任意に固定エレメントに一体的に成形されていてよいか、又は別体の部材として構成されていてよい。
【００５５】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのための図示の実施の形態は、単に、例示の実施の形態であると理解されたい。したがって、本発明に係る排ガスターボチャージャにおけるＶＴＧ案内翼アッセンブリが、実施の形態において示された構成形態とは著しく異なり得るということは自明である。ＶＴＧ案内翼アッセンブリという概念は、本発明においては、可変に配向されるＶＴＧ案内羽根と、ＶＴＧ案内羽根の配向を変更させるための変位機構とを有する構成群であることが極めて普通に理解できる。
【００５６】
本発明に係る排ガスターボチャージャのケーシング構成部材へのＶＴＧ案内翼アッセンブリの固定は、当然に、１つ又は任意に複数の本発明に係る固定エレメントによって行うことができる。実施の形態において既に記述したように、本発明に係る固定エレメントはこのために必ずしもＶＴＧ案内翼アッセンブリの全構成部材を貫通して係合している必要はない。
【００５７】
本発明が、排ガスターボチャージャのケーシング構成部材に案内翼アッセンブリを固定するために固定エレメントを例にして説明されたとしても、本発明に係る固定エレメントの可能な適用範囲は排ガスターボチャージャに限定されていないことは自明である。むしろ、本発明に係る固定エレメントは、シャフト状の固定エレメントにおける曲げ応力の推移を均一化することが有効であるあらゆる場所において使用することができる。
【図１−１ｂ】
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【図２−２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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