CH711753B1 - Intake system for retrofitting an existing turbocharger and exhaust gas turbocharger. - Google Patents
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Abstract
Ansaugsystem (10) zur Nachrüstung eines bestehenden Abgasturboladers, mit einem Ansaugschalldämpfer (12) zum Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft und mit einem Ansaugrohr (13) zum Leiten der zu verdichtenden Ladeluft vom Ansaugschalldämpfer (12) in Richtung auf einen Verdichter (11) des Abgasturboladers, wobei das Ansaugsystem (10) als nachrüstbare Einheit ausgebildet ist, und wobei der Ansaugschalldämpfer (12) und/oder das Ansaugrohr (13) Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters nämlich des Verdichterrotors kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors abbauen und so einen Containmentschutz ausbilden.Intake system (10) for retrofitting an existing exhaust gas turbocharger, with an intake silencer (12) for sucking in charge air to be compressed and with an intake pipe (13) for guiding the charge air to be compressed from the intake silencer (12) towards a compressor (11) of the exhaust gas turbocharger , wherein the intake system (10) is designed as a retrofittable unit, and wherein the intake silencer (12) and / or the intake pipe (13) comprise means which, in the event of damage to the compressor, namely the compressor rotor, reduce kinetic energy from fragments of the compressor rotor and thus a Train containment protection.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader. The invention relates to an intake system for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger.
[0002] Ein Abgasturbolader verfügt über eine Turbine und einen Verdichter. Die Turbine des Abgasturboladers dient der Entspannung von Abgas, welches einen Motor verlässt, und der Gewinnung von Energie bei der Entspannung des Abgases. Der Verdichter eines Abgasturboladers dient der Verdichtung von dem Motor zuzuführender Ladeluft mit Hilfe der in der Turbine gewonnenen Energie. Ferner verfügt ein Abgasturbolader über ein Ansaugsystem mit einem Ansaugschalldämpfer zum Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft oder mit einem Ansaugrohr zum Leiten der zu verdichtenden Ladeluft vom Ansaugelement/-schalldämpfer in Richtung auf einen Verdichter des Abgasturboladers. [0002] An exhaust gas turbocharger has a turbine and a compressor. The turbine of the exhaust gas turbocharger is used to expand the exhaust gas leaving an engine and to generate energy when the exhaust gas is expanded. The compressor of an exhaust gas turbocharger is used to compress the charge air to be supplied to the engine with the help of the energy obtained in the turbine. Furthermore, an exhaust gas turbocharger has an intake system with an intake silencer for sucking in charge air to be compressed or with an intake pipe for guiding the charge air to be compressed from the intake element / silencer towards a compressor of the exhaust gas turbocharger.
[0003] Im Betrieb eines Abgasturboladers besteht die Gefahr, dass zum Beispiel der Verdichterrotor bricht und Bruchstücke des Verdichterrotors das Verdichtergehäuse durchschlagen und in die Umgebung des Abgasturboladers fliegen. Ein ähnlicher Schadensfall kann auch im Bereich der Turbine des Abgasturboladers auftreten. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Abgasturboladern das Verdichtergehäuse sowie ggf. das Turbinengehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadensfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst beim Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch einerseits das Gewicht des Abgasturboladers erhöht, andererseits können diese Maßnahmen nur bei neu konstruierten Abgasturboladern zum Einsatz kommen. When an exhaust gas turbocharger is in operation, there is a risk that, for example, the compressor rotor will break and fragments of the compressor rotor will break through the compressor housing and fly into the vicinity of the exhaust gas turbocharger. A similar case of damage can also occur in the area of the turbine of the exhaust gas turbocharger. In order to take this problem into account, the compressor housing and possibly the turbine housing in exhaust gas turbochargers known from practice are designed in such a way that damage to the respective housing is not to be expected and fragments of the respective rotor cannot penetrate the respective housing even if the respective rotor breaks. However, this increases the weight of the exhaust gas turbocharger on the one hand, and on the other hand these measures can only be used in newly designed exhaust gas turbochargers.
[0004] Bereits bestehende, ältere Abgasturbolader hingegen können nicht umkonstruiert werden, sodass dieselben keinen entsprechenden Schutz aufweisen und demnach im Schadensfall Bruchstücke in die Umgebung gelangen können. Already existing, older exhaust gas turbochargers, on the other hand, cannot be redesigned so that they do not have appropriate protection and therefore fragments can get into the environment in the event of damage.
[0005] Aus der DE 10 2013 013 571 A1 ist eine Lösung bekannt, mit der auch ältere, bereits bestehende Abgasturbolader im Schadensfall so geschützt werden können, dass Bruchstücke desselben nicht in die Umgebung gelangen. Dazu wird vorgeschlagen, dass das Verdichtergehäuse und/oder das Turbinengehäuse zumindest abschnittsweise von mindestens jeweils einem Metallringgewebe umhüllt ist. From DE 10 2013 013 571 A1 a solution is known with which older, already existing exhaust gas turbochargers can be protected in the event of damage so that fragments of the same do not get into the environment. For this purpose, it is proposed that the compressor housing and / or the turbine housing be enveloped at least in sections by at least one metal ring mesh.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Ansaugsystem für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader mit einem solchen Ansaugsystem zu schaffen. Proceeding from this, the present invention is based on the object of creating a new type of intake system for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger with such an intake system.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Ansaugsystem zum Nachrüstung eines bestehenden Turboladers nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Ansaugsystem ist als nachrüstbare Einheit ausgebildet, wobei der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters, nämlich des Verdichterrotors, kinetische Energie von Bruchstücken desselben abbauen und so einen Containmentschutz ausbilden. Die hier vorliegende Erfindung schlägt erstmals vor, Baugruppen eines Ansaugsystems für einen Abgasturbolader, die nach dem Stand der Technik ausschließlich der Führung von zu verdichtender Ladeluft in Richtung auf den Verdichter des Abgasturboladers dienen, zusätzlich zum Containmentschutz bzw. Berstschutz zu nutzen, und zwar dadurch, dass der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr des Ansaugsystems Mittel umfassen, die im Schadensfall des Verdichters kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors abbauen. Insbesondere können mit einem solchen Ansaugsystem bereits bestehende, ältere Abgasturbolader nachgerüstet werden, um für dieselben einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz bereitzustellen. [0007] This object is achieved by an intake system for retrofitting an existing turbocharger according to claim 1. The intake system according to the invention is designed as a retrofittable unit, the intake silencer and / or the intake pipe comprising means which, in the event of damage to the compressor, namely the compressor rotor, reduce kinetic energy from fragments of the same and thus form containment protection. The present invention proposes for the first time to use subassemblies of an intake system for an exhaust gas turbocharger, which according to the prior art exclusively serve to guide charge air to be compressed in the direction of the compressor of the exhaust gas turbocharger, in addition to containment protection or burst protection, namely by: that the intake silencer and / or the intake pipe of the intake system comprise means which, in the event of damage to the compressor, reduce kinetic energy from fragments of the compressor rotor. In particular, older exhaust gas turbochargers that are already in existence can be retrofitted with such an intake system in order to provide effective burst protection or containment protection for them.
[0008] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ansaugschalldämpfer Platten oder Rippen auf, die einerseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und andererseits im Schadensfall des Verdichters dem Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors dienen. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich weist der Ansaugschalldämpfer eine Rückwand mit einer Sollbruchstelle und/oder eine verformbare Vorderwand auf, wobei die Platten oder Rippen zwischen der Vorderwand und der Rückwand positioniert sind und sich in Axialrichtung oder Umfangsrichtung erstrecken. Diese Mittel im Bereich des Ansaugschalldämpfers erlauben alleine oder in Kombination miteinander einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz für Abgasturbolader, insbesondere zur Nachrüstung bereits bestehender, älterer Abgasturbolader. According to an advantageous development, the intake muffler has plates or ribs which serve on the one hand to guide the flow of the charge air to be compressed and, on the other hand, to reduce the kinetic energy of fragments of the compressor rotor in the event of damage to the compressor. Alternatively or preferably additionally, the intake muffler has a rear wall with a predetermined breaking point and / or a deformable front wall, the plates or ribs being positioned between the front wall and the rear wall and extending in the axial direction or circumferential direction. These means in the area of the intake muffler, alone or in combination with one another, allow effective burst protection or containment protection for exhaust gas turbochargers, in particular for retrofitting existing, older exhaust gas turbochargers.
[0009] Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Ansaugrohr mindestens ein Absorptionselement auf, welches einerseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und andererseits im Schadensfall des Verdichters dem Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors dient. Ein Absorptionselement weist eine kegelstumpfförmige Mantelfläche auf und ist außen von einer Wandung des Ansaugrohrs umgeben, wobei sich die kegelstumpfförmige Mantelfläche vorzugsweise in Richtung auf einen der Anbindung des Ansaugrohrs an ein Verdichtergehäuse dienenden Flansch verjüngt. Ein weiteres Absorptionselement kann als Ringstruktur mit Wabenkern ausgebildet sein, der mit einem ersten Abschnitt in das Ansaugrohr und mit einem zweiten Abschnitt in das Verdichtergehäuse hineinragt. Ein anderes Absorptionselement kann als faltenbalgartiger Abschnitt der Wandung des Ansaugrohrs ausgebildet sein, der sich mit einem ersten Ende an einen zylindrischen Abschnitt der Wandung des Ansaugrohrs und mit einem zweiten Ende an ein Verdichtergehäuse anschließt. Das Ansaugrohr weist einen Flansch zur Anbindung des Ansaugsystems an das Verdichtergehäuse des Verdichters auf, wobei an diesem Flansch vorzugsweise eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Diese im Bereich des Ansaugrohrs vorgesehenen Mittel erlauben alleine oder in Kombination miteinander ebenfalls die Bereitstellung eines effektiven Berstschutzes bzw. Containmentschutzes, vorzugsweise zur Nachrüstung von bereits bestehenden, älteren Abgasturboladern. According to a further advantageous development, the intake pipe has at least one absorption element which serves on the one hand to guide the flow of the charge air to be compressed and, on the other hand, to reduce the kinetic energy of fragments of the compressor rotor in the event of damage to the compressor. An absorption element has a frustoconical outer surface and is surrounded on the outside by a wall of the intake pipe, the frustoconical outer surface preferably tapers in the direction of a flange serving to connect the intake pipe to a compressor housing. A further absorption element can be designed as a ring structure with a honeycomb core, which protrudes with a first section into the intake pipe and with a second section into the compressor housing. Another absorption element can be designed as a bellows-like section of the wall of the intake pipe, which connects with a first end to a cylindrical portion of the wall of the intake pipe and with a second end to a compressor housing. The intake pipe has a flange for connecting the intake system to the compressor housing of the compressor, a predetermined breaking point preferably being formed on this flange. These means provided in the area of the intake pipe, alone or in combination with one another, also allow effective burst protection or containment protection to be provided, preferably for retrofitting existing, older exhaust gas turbochargers.
[0010] Der erfindungsgemäße Abgasturbolader ist in Anspruch 13 definiert. The exhaust gas turbocharger according to the invention is defined in claim 13.
[0011] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: <tb>Fig. 1:<SEP>einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen Abgasturbolader im Bereich eines Ansaugrohrs eines Ansaugsystems des Abgasturboladers; <tb>Fig. 2:<SEP>einen ausschnittweisen Querschnitt durch ein anderes Ansaugrohr eines Ansaugsystems des Abgasturboladers; <tb>Fig. 3:<SEP>eine Weiterbildung des Ansaugrohrs der Fig. 2; <tb>Fig. 4:<SEP>einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen Ansaugschalldämpfer eines Ansaugsystems des Abgasturboladers; <tb>Fig. 5:<SEP>einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen anderen Ansaugschalldämpfer eines Ansaugsystems des Abgasturboladers; <tb>Fig. 6<SEP>eine perspektivische Ansicht eines Ansaugschalldämpfers eines Ansaugsystems des Abgasturboladers.Preferred developments of the invention emerge from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted thereto. It shows: <tb> Fig. 1: <SEP> a partial cross section through an exhaust gas turbocharger in the area of an intake pipe of an intake system of the exhaust gas turbocharger; <tb> Fig. 2: <SEP> a partial cross-section through another intake pipe of an intake system of the exhaust gas turbocharger; <tb> Fig. 3: <SEP> a further development of the intake pipe of FIG. 2; <tb> Fig. 4: <SEP> a partial cross section through an intake silencer of an intake system of the exhaust gas turbocharger; <tb> Fig. 5: <SEP> shows a partial cross section through another intake silencer of an intake system of the exhaust gas turbocharger; <tb> Fig. 6 <SEP> is a perspective view of an intake muffler of an intake system of the exhaust gas turbocharger.
[0012] Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader. Ein Abgasturbolader verfügt über eine Turbine, einen Verdichter und ein Ansaugsystem. Die Turbine des Abgasturboladers verfügt über ein vorzugsweise mehrteiliges Turbinengehäuse mit einem Zuströmgehäuse und einem Abströmgehäuse sowie über einen im Turbinengehäuse aufgenommenen Turbinenrotor. Der Verdichter des Abgasturboladers umfasst ein vorzugsweise mehrteiliges Verdichtergehäuse mit einem Lagergehäuse, Spiralgehäuse und einem am Spiralgehäuse montierten Einsatzstück. Ferner verfügt der Verdichter über einen im Verdichtergehäuse aufgenommenen Verdichterrotor, der mit dem Turbinenrotor gekoppelt ist. [0012] The invention relates to an exhaust gas turbocharger. An exhaust gas turbocharger has a turbine, a compressor and an intake system. The turbine of the exhaust gas turbocharger has a preferably multi-part turbine housing with an inflow housing and an outflow housing and a turbine rotor accommodated in the turbine housing. The compressor of the exhaust gas turbocharger comprises a preferably multi-part compressor housing with a bearing housing, spiral housing and an insert piece mounted on the spiral housing. Furthermore, the compressor has a compressor rotor which is accommodated in the compressor housing and which is coupled to the turbine rotor.
[0013] In der Turbine wird Abgas entspannt und hierbei gewonnene Energie genutzt, um im Bereich des Verdichters Ladeluft zu verdichten. Das Ansaugsystem des Abgasturboladers dient dem Ansaugen der im Bereich des Verdichters zu verdichtenden Ladeluft. Dabei umfasst das Ansaugsystem einen Ansaugschalldämpfer oder ein Ansaugrohr, über welches die angesaugte Ladeluft ausgehend vom Ansaugelement/-schalldämpfer in Richtung auf den Verdichter geführt werden kann. In the turbine, exhaust gas is expanded and the energy obtained in this process is used to compress charge air in the area of the compressor. The intake system of the exhaust gas turbocharger is used to suck in the charge air to be compressed in the area of the compressor. In this case, the intake system comprises an intake silencer or an intake pipe, via which the sucked-in charge air can be guided, starting from the intake element / silencer, in the direction of the compressor.
[0014] Dieser grundsätzliche Aufbau eines Abgasturboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. This basic structure of an exhaust gas turbocharger is familiar to the person skilled in the art addressed here.
[0015] Im Betrieb eines Abgasturboladers besteht die Gefahr, dass insbesondere der Verdichterrotor bricht und Bruchstücke desselben das Verdichtergehäuse des Verdichters durchschlagen und in die Umgebung desselben gelangen. Dies stellt ein erhebliches Gefährdungspotenzial dar. Daher ist es von Bedeutung, für einen Abgasturbolader einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz bereitzustellen. Dies gilt insbesondere für bereits bestehende, ältere Abgasturbolader, die bereits im Feld genutzt werden. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Ansaugsystem für einen Abgasturbolader, mit welchem ein effektiver Containmentschutz bzw. Berstschutz für einen Abgasturbolader bereitgestellt werden kann, und der sich insbesondere zur Nachrüstung älterer, bereits genutzter Abgasturbolader eignet. In the operation of an exhaust gas turbocharger, there is a risk that the compressor rotor in particular breaks and fragments of the same break through the compressor housing of the compressor and get into the vicinity of the same. This represents a considerable potential risk. It is therefore important to provide an effective burst protection or containment protection for an exhaust gas turbocharger. This applies in particular to existing, older exhaust gas turbochargers that are already being used in the field. The present invention now relates to an intake system for an exhaust gas turbocharger, with which effective containment protection or burst protection can be provided for an exhaust gas turbocharger, and which is particularly suitable for retrofitting older, already used exhaust gas turbochargers.
[0016] Im Sinne der Erfindung ist das Ansaugsystem als nachrüstbare Einheit ausgebildet, wobei der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters des Abgasturboladers, nämlich im Schadensfall des Verdichterrotors desselben, kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors abbauen und so einen Containmentschutz bzw. Berstschutz ausbilden. According to the invention, the intake system is designed as a retrofittable unit, the intake muffler and / or the intake pipe comprising means that reduce kinetic energy from fragments of the compressor rotor in the event of damage to the compressor of the exhaust gas turbocharger, namely in the event of damage to the compressor rotor so train containment protection or burst protection.
[0017] Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung eingegangen, wobei die in Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen bzw. Merkmale auch in beliebiger Kombination miteinander genutzt werden können. In the following, various embodiments of the invention will be discussed with reference to FIGS. 1 to 6, wherein the embodiments or features shown in FIGS. 1 to 6 can also be used in any combination with one another.
[0018] Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Abgasturbolader im Bereich eines Ansaugsystems 10 des Abgasturboladers, wobei das Ansaugsystem 10 dem Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft und dem Leiten der zu verdichtenden Ladeluft in Richtung auf einen Verdichter 11 des Abgasturboladers dient. Vom Ansaugsystem 10 sind in Fig. 1 abschnittsweise ein Ansaugschalldämpfer 12 sowie ein Ansaugrohr 13 gezeigt. Der Ansaugschalldämpfer 12 dient dem geräuscharmen Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft, wobei das Ansaugrohr 13 dem Leiten dieser Ladeluft ausgehend vom Ansaugschalldämpfer 12 in Richtung auf den Verdichter 11 des Abgasturboladers dient. Vom Verdichter 11 ist in Fig. 1 ein Spiralgehäuse 14 sowie ein am Spiralgehäuse 14 montiertes Einsatzstück 15 gezeigt. Ferner zeigt Fig. 1 einen Verdichterrotor 16. Fig. 1 shows a section of an exhaust gas turbocharger in the area of an intake system 10 of the exhaust gas turbocharger, the intake system 10 serving to suck in charge air to be compressed and to guide the charge air to be compressed in the direction of a compressor 11 of the exhaust gas turbocharger. Of the intake system 10, an intake silencer 12 and an intake pipe 13 are shown in sections in FIG. 1. The intake silencer 12 is used to suck in the charge air to be compressed with little noise, the intake pipe 13 serving to guide this charge air starting from the intake silencer 12 in the direction of the compressor 11 of the exhaust gas turbocharger. A spiral housing 14 of the compressor 11 and an insert 15 mounted on the spiral housing 14 are shown in FIG. 1. 1 also shows a compressor rotor 16.
[0019] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Ansaugrohr 13 aus in Strömungsrichtung der Ladeluft gesehen hintereinander positionierten Abschnitten zusammengesetzt, nämlich aus einem sich unmittelbar an den Ansaugschalldämpfer 12 anschließenden ersten Abschnitt 17 mit einer zylindrischen Wandung und einem sich in Strömungsrichtung der Ladeluft gesehen an diesen Abschnitt 17 anschließenden Abschnitt 18 mit einer faltenbalgartigen Wandung. Die Abschnitte 17, 18 des Ansaugrohrs 13 sind gemäß Fig. 1 über aneinandergrenzende Flansche 19, 20 miteinander verbunden. Über einen dem Flansch 19 gegenüberliegenden Flansch 21, der aus den beiden Abschnitten 21a, 21b besteht, ist der Abschnitt 17 des Ansaugrohrs 13 mit der zylindrischen Wandung an den Ansaugschalldämpfer 12 angebunden, nämlich an einen Flansch 35 desselben. Über einen dem Flansch 20 gegenüberliegenden Flansch 22 mit den beiden Abschnitten 22a, 22b ist der Abschnitt 18 des Ansaugrohrs 13 an den Verdichter 11, nämlich einen Flansch 36 des Spiralgehäuses 14, angebunden. In the embodiment of Fig. 1, the intake pipe 13 is composed of sections positioned one behind the other as seen in the direction of flow of the charge air, namely of a first section 17 immediately adjoining the intake muffler 12 with a cylindrical wall and one as seen in the direction of flow of the charge air this section 17 adjoining section 18 with a bellows-like wall. The sections 17, 18 of the intake pipe 13 are connected to one another via adjoining flanges 19, 20 according to FIG. 1. Via a flange 21 opposite the flange 19, which consists of the two sections 21a, 21b, the cylindrical wall of the section 17 of the intake pipe 13 is connected to the intake silencer 12, namely to a flange 35 of the same. The section 18 of the suction pipe 13 is connected to the compressor 11, namely a flange 36 of the spiral housing 14, via a flange 22 opposite the flange 20 and having the two sections 22a, 22b.
[0020] Dann, wenn im Schadensfall des Verdichterrotors 16 Bruchstücke desselben entgegen der Strömungsrichtung der zu verdichtenden Ladeluft auf das sogenannte Einsatzstück 15 gelangen, bewegt sich das Einsatzstück 15 bei Versagen einer Schraubverbindung zwischen Einsatzstück 15 und Spiralgehäuse 14 in Richtung auf den faltenbalgartigen Abschnitt 18 des Ansaugrohrs 13, welches sich infolge seiner faltenbalgartigen Struktur verformt und hierbei kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 abbaut, also als Absorptionselement für die kinetische Energie der Bruchstücke dient. Then, if in the event of damage to the compressor rotor 16 fragments of the same against the flow direction of the charge air to be compressed arrive at the so-called insert 15, the insert 15 moves in the event of failure of a screw connection between insert 15 and spiral housing 14 in the direction of the bellows-like section 18 of the Suction pipe 13, which is deformed as a result of its bellows-like structure and thereby reduces kinetic energy from fragments of the compressor rotor 16, that is to say serves as an absorption element for the kinetic energy of the fragments.
[0021] Diese Schraubverbindung zwischen Einsatzstück 15 und Spiralgehäuse 14 kann über Schrauben mit Dehnschaft ausgebildet sein, um bereits über eine plastische Verformung dieser Schrauben kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 abzubauen und so diejenige Energie, die vom Ansaugsystem 10 abzubauen ist, zu reduzieren. This screw connection between the insert 15 and the volute casing 14 can be formed by screws with an elastic shank in order to reduce kinetic energy from fragments of the compressor rotor 16 via plastic deformation of these screws and thus reduce the energy that is to be reduced from the intake system 10.
[0022] Der als Absorptionselement dienende, faltenbalgartige Abschnitt 18 des Ansaugrohrs 13 dient demnach einerseits dem Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 im Schadensfall desselben und andererseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft ausgehend vom Ansaugschalldämpfer 12 in Richtung auf den Verdichter 11 des Abgasturboladers. Wie bereits ausgeführt, sind die beiden Flansche 21, 22, die der Anbindung des Ansaugrohrs 13 an das Spiralgehäuse 14 des Verdichters 11 sowie an den Ansaugschalldämpfer 12 dienen, mehrteilig aus den Abschnitten 21a, 21b bzw. 22a, 22b ausgeführt, wobei die Verbindungsstelle zwischen den Abschnitten 22a, 22b des Flanschs 22 eine Sollbruchstelle ausbildet, die im Schadensfall des Verdichters, nämlich des Verdichterrotors 16, bricht, um eine faltenbalgartige Verformung, nämlich Stauchung, des Abschnitts 18 des Ansaugrohrs 13 zum Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichters, nämlich des Verdichterrotors 16, uneingeschränkt zu ermöglichen. Serving as an absorption element, bellows-like section 18 of the intake pipe 13 is used on the one hand to reduce the kinetic energy of fragments of the compressor rotor 16 in the event of damage and on the other hand, the flow of the charge air to be compressed starting from the intake muffler 12 in the direction of the compressor 11 of the turbocharger. As already stated, the two flanges 21, 22, which serve to connect the intake pipe 13 to the spiral housing 14 of the compressor 11 and to the intake silencer 12, are made in several parts from the sections 21a, 21b and 22a, 22b, with the connection point between the sections 22a, 22b of the flange 22 forms a predetermined breaking point which breaks in the event of damage to the compressor, namely the compressor rotor 16, to prevent a bellows-like deformation, namely compression, of the section 18 of the intake pipe 13 to reduce kinetic energy from fragments of the compressor, namely the Compressor rotor 16 to allow unrestricted.
[0023] Die faltenbalgartige Struktur des Abschnitts 18 des Ansaugrohrs 13 kann entweder, wie in Fig. 1 gezeigt, durch mindestens eine umlaufende Nut 23 in der Wandung des Abschnitts 18 und/oder durch mehrere taschenartige Ausnehmungen in dieser Wandung ausgebildet sein. Der Abschnitt 18 ist vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, welcher eine gute Verformbarkeit des Abschnitts 18 im Schadensfall des Verdichters gewährleistet, vorzugsweise aus einem duktilen, metallischen Werkstoff. Der Abschnitt 18 kann auch aus einem gummiartigen Werkstoff gefertigt sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfasst demnach das Ansaugrohr 13 als Absorptionselement für kinetische Energie, welches im Schadensfall des Verdichterrotors kinetische Energie von Bruchstücken desselben abbaut, den Abschnitt 18, der auch der Strömungsführung der Ladeluft dient. The bellows-like structure of the section 18 of the intake pipe 13 can either, as shown in Fig. 1, be formed by at least one circumferential groove 23 in the wall of the section 18 and / or by several pocket-like recesses in this wall. The section 18 is preferably made from a material which ensures good deformability of the section 18 in the event of damage to the compressor, preferably from a ductile, metallic material. The section 18 can also be made of a rubber-like material. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the intake pipe 13, as an absorption element for kinetic energy, which in the event of damage to the compressor rotor dissipates kinetic energy from fragments of the same, accordingly comprises the section 18, which also serves to guide the flow of the charge air.
[0024] Zwischen den Flanschen 21, 22 des Ansaugrohrs 13 erstreckt sich ein Hüllkörper 37, der die Abschnitte 17, 18 des Ansaugrohrs 13 außen umgibt, wobei zwischen dem Hüllkörper 37 und den Abschnitten 17, 18 des Ansaugrohrs 13 ein Dämmstoff 38 positioniert ist. Between the flanges 21, 22 of the intake pipe 13, an enveloping body 37 extends which surrounds the sections 17, 18 of the intake pipe 13 on the outside, with an insulating material 38 being positioned between the enveloping body 37 and the portions 17, 18 of the intake pipe 13.
[0025] Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Ansaugrohr 13 eines Ansaugsystems für einen Abgasturbolader, wobei das Ansaugrohr 13 mit einem Flansch 21 an die anlagenspezifische Rohrleitung und mit einem Flansch 22 an den Verdichter 11, insbesondere das Spiralgehäuse 14 desselben, montierbar ist. Das Ansaugrohr 13 verfügt über eine zylindrische Wandung 24, die sich zwischen den Flanschen 21, 22 erstreckt. Das Ansaugrohr 13 verfügt wiederum über ein Absorptionselement 25 für kinetische Energie von Bruchstücken eines Verdichterrotors, um im Schadensfall desselben kinetische Energie der Bruchstücke abzubauen, wobei es sich in Fig. 2 bei diesem Absorptionselement 25 um eine Baugruppe mit einer kegelstumpfförmigen Mantelfläche handelt, die außen von der Wandung 24 des Ansaugrohrs 23 umgeben ist. Dieses Absorptionselement 25 dient der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und dem Abbau von kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 im Schadensfall desselben. 2 also shows an intake pipe 13 of an intake system for an exhaust gas turbocharger, the intake pipe 13 being mountable with a flange 21 on the system-specific pipeline and with a flange 22 on the compressor 11, in particular the spiral housing 14 of the same. The suction pipe 13 has a cylindrical wall 24 which extends between the flanges 21, 22. The intake pipe 13 in turn has an absorption element 25 for kinetic energy of fragments of a compressor rotor in order to reduce the kinetic energy of the fragments in the event of damage, this absorption element 25 in FIG. 2 being an assembly with a frustoconical outer surface which is outside of the wall 24 of the suction pipe 23 is surrounded. This absorption element 25 serves to guide the flow of the charge air to be compressed and to reduce the kinetic energy of fragments of the compressor rotor 16 in the event of damage.
[0026] Das Absorptionselement 25 der Fig. 2 mit der kegelstumpfförmigen Mantelfläche verjüngt sich in Richtung auf den der Anbindung des Ansaugrohrs 13 an das Verdichtergehäuse dienenden Flansch 22. Bruchstücke des Verdichterrotors 16 und des Einsatzstückes 15, die entgegen zur Strömungsrichtung der zu verdichtenden Ladeluft in Richtung auf die anlagenspezifische Rohrleitung fliegen, gelangen auf die Mantelfläche 25 des Absorptionselements 25 und verformen dasselbe, sodass dann das Absorptionselement 25 die kinetische Energie der Bruchstücke definiert aufnimmt und die Bruchstücke fängt. The absorption element 25 of Fig. 2 with the frustoconical outer surface tapers in the direction of the connection of the intake pipe 13 to the compressor housing serving flange 22. Fragments of the compressor rotor 16 and the insert 15, which counter to the flow direction of the charge air to be compressed in Fly in the direction of the system-specific pipeline, reach the jacket surface 25 of the absorption element 25 and deform it, so that the absorption element 25 then absorbs the kinetic energy of the fragments in a defined manner and catches the fragments.
[0027] Eine weitere Ausgestaltung zeigt Fig. 3, wobei in der Variante der Fig. 3 zusätzlich zu dem Absorptionselement 25 mit der kegelstumpfförmigen Mantelfläche ein weiteres Absorptionselement 26 vorhanden ist, welches als Ringstruktur mit einem Wabenkern 27 ausgeführt ist. Gemäß Fig. 3 wird der Wabenkern 27 außen von einer Tragstruktur 28 mit einem Vorsprung 29 umschlossen, wobei der Vorsprung 29 der Montage des Absorptionselements 26 am Ansaugrohr dient. Die Ringstruktur mit dem Wabenkern 27 ragt mit einem ersten Abschnitt in das Ansaugrohr 13 hinein, mit einem gegenüberliegenden Abschnitt ragt dieselbe aus dem Ansaugrohr 13 heraus und mit diesem Abschnitt in den in Fig. 3 nicht gezeigten Verdichter, nämlich in das Verdichtergehäuse desselben, hinein. A further embodiment is shown in FIG. 3, wherein in the variant of FIG. 3, in addition to the absorption element 25 with the frustoconical outer surface, a further absorption element 26 is present, which is designed as a ring structure with a honeycomb core 27. According to FIG. 3, the honeycomb core 27 is enclosed on the outside by a support structure 28 with a projection 29, the projection 29 serving to mount the absorption element 26 on the intake pipe. The ring structure with the honeycomb core 27 protrudes with a first section into the intake pipe 13, with an opposite section protrudes from the intake pipe 13 and with this section into the compressor not shown in FIG. 3, namely into the compressor housing of the same.
[0028] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 verjüngt sich das Absorptionselement 25 mit der kegelstumpfförmigen Mantelfläche derart, dass das dem Absorptionselement 26 zugewandte Ende des Absorptionselements 25 in die Ringstruktur des Absorptionselements 26 bzw. in den Wabenkern 27 hineinragt. Nach der Variante der Fig. 3 gelangen Bruchstücke des Verdichterrotors 16 im Schadensfall desselben auch auf den Wabenkern 27, welcher die kinetische Energie der Bruchstücke durch Verformung desselben abbauen kann. Das Absorptionselement 25 dient innen auch der Strömungsführung von Ladeluft. In the embodiment of FIG. 3, the absorption element 25 tapers with the frustoconical outer surface in such a way that the end of the absorption element 25 facing the absorption element 26 protrudes into the ring structure of the absorption element 26 or into the honeycomb core 27. According to the variant of FIG. 3, fragments of the compressor rotor 16, in the event of damage, also reach the honeycomb core 27, which can reduce the kinetic energy of the fragments by deformation thereof. The inside of the absorption element 25 also serves to guide the flow of charge air.
[0029] Wie bereits ausgeführt, kann auch der Ansaugschalldämpfer 12 Mittel umfassen, die einen Containmentschutz für den Abgasturbolader bereitstellen, die also kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichters bzw. Verdichterrotors im Schadensfall desselben aufnehmen können. As already stated, the intake muffler 12 can also include means that provide containment protection for the exhaust gas turbocharger, which can therefore absorb kinetic energy from fragments of the compressor or compressor rotor in the event of damage.
[0030] So zeigt Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Ansaugschalldämpfer 12, wobei in Fig. 4 eine Vorderwand 30 des Ansaugschalldämpfers 12, eine Rückwand 31 des Ansaugschalldämpfers 12 sowie mehrere zwischen der Vorderwand 30 und der Rückwand 31 positioniert Platten 32 des Ansaugschalldämpfers 12 gezeigt sind. Die Platten 32 dienen als Dämpfungselemente der Schalldämpfung. Die Rückwand 31 ist dem Verdichter des Abgasturboladers zugewandt. 4 shows a section of an intake silencer 12, with a front wall 30 of the intake silencer 12, a rear wall 31 of the intake silencer 12 and several plates 32 of the intake silencer 12 positioned between the front wall 30 and the rear wall 31 being shown in FIG are. The plates 32 serve as damping elements for sound absorption. The rear wall 31 faces the compressor of the exhaust gas turbocharger.
[0031] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 stellt die Rückwand 31 des Ansaugschalldämpfers 12 ein erstes Mittel zum Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 inkl. des Einsatzstückes im Schadensfall desselben bereit, wobei die Rückwand 31 sich definiert verformen kann. Ebenfalls können die Dämpfungselemente 32 kinetische Energie abbauen. Ferner ist die Vorderwand 30 des Ansaugschalldämpfers 12 verformbar, um kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors 16 im Schadensfall desselben abzubauen. In the embodiment of FIG. 4, the rear wall 31 of the intake muffler 12 provides a first means of reducing kinetic energy from fragments of the compressor rotor 16 including the insert in the event of damage, the rear wall 31 being able to deform in a defined manner. The damping elements 32 can also reduce kinetic energy. Furthermore, the front wall 30 of the intake silencer 12 is deformable in order to reduce kinetic energy from fragments of the compressor rotor 16 in the event of damage to the same.
[0032] In Fig. 4 sind die Platten 32 zwischen der Vorderwand 30 und der Rückwand 31 des Ansaugschalldämpfers 12 positioniert, wobei sich diese Platten 32 im Wesentlichen in Umfangsrichtung und Radialrichtung erstrecken und in Axialrichtung voneinander beabstandet sind. Die Platten 32 sind dabei an einem sich in Axialrichtung erstreckenden Tragelement 33 montiert. In Fig. 4, the plates 32 are positioned between the front wall 30 and the rear wall 31 of the intake muffler 12, these plates 32 extending substantially in the circumferential direction and radial direction and being spaced apart from one another in the axial direction. The plates 32 are mounted on a support element 33 extending in the axial direction.
[0033] Der Ansaugschalldämpfer 12 der Fig. 4 ist als Blechkonstruktion ausgeführt, wobei die Rückwand 31, die Vorderwand 30 und die Platten 32 desselben kinetische Energie im Schadensfall des Verdichters vorteilhaft aufnehmen und abbauen können. The intake muffler 12 of FIG. 4 is designed as a sheet metal construction, the rear wall 31, the front wall 30 and the plates 32 of the same can advantageously absorb and reduce kinetic energy in the event of damage to the compressor.
[0034] Fig. 5 zeigt eine weitere Variante eines Ansaugschalldämpfers 12 eines Ansaugsystems für einen Abgasturbolader, wobei auch in der Variante der Fig. 5 zwischen der Vorderwand 30 und der Rückwand 31 des Ansaugschalldämpfers 12 Platten oder Rippen 32 positioniert sind, die dem Abbau kinetischer Energie dienen. Nach der Variante der Fig. 5 ist in die Rückwand 31 des Schalldämpfers eine Sollbruchstelle 34 eingebracht, die vorzugsweise als umlaufende Nut in der Rückwand 31 ausgebildet ist, um hier im Schadensfall des Verdichterrotors ein definiertes Brechen der Rückwand 31 zum Abbau kinetischer Energie vorzugeben. Fig. 5 shows a further variant of an intake muffler 12 of an intake system for an exhaust gas turbocharger, and in the variant of FIG. 5 between the front wall 30 and the rear wall 31 of the intake muffler 12 plates or ribs 32 are positioned, which kinetic the degradation Serve energy. According to the variant of FIG. 5, a predetermined breaking point 34 is made in the rear wall 31 of the muffler, which is preferably designed as a circumferential groove in the rear wall 31 in order to specify a defined breaking of the rear wall 31 to reduce kinetic energy in the event of damage to the compressor rotor.
[0035] Eine weitere Variante eines Ansaugschalldämpfers 12 für ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem zeigt Fig. 6, wobei auch in Fig. 6 zwischen der Vorderwand 30 und der Rückwand 31 des Ansaugschalldämpfers 12 Platten oder Rippen 32 positioniert sind, die einerseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und andererseits im Schadensfall dem Abbau kinetischer Energie des Einsatzstückes und von Bruchstücken des Verdichterrotors dienen. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 erstrecken sich beim Ansaugschalldämpfer 12 der Fig. 6 diese Platten bzw. Rippen 32 in Axialrichtung sowie in Radialrichtung und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. A further variant of an intake silencer 12 for an intake system according to the invention is shown in FIG. 6, with plates or ribs 32 also being positioned in FIG. 6 between the front wall 30 and the rear wall 31 of the intake silencer 12, which on the one hand guide the flow of the charge air to be compressed and on the other hand, in the event of damage, serve to reduce the kinetic energy of the insert and fragments of the compressor rotor. In contrast to the exemplary embodiments of FIGS. 4 and 5, in the case of the intake silencer 12 of FIG. 6, these plates or ribs 32 extend in the axial direction and in the radial direction and are spaced from one another in the circumferential direction.
[0036] Die Erfindung stellt im Bereich eines Ansaugsystems eines Abgasturboladers einen effektiven Containmentschutz bzw. Berstschutz bereit. Mit der Erfindung können insbesondere ältere, bereits bestehende, im Feld benutzte Abgasturbolader nachgerüstet werden, nämlich durch einfachen Austausch eines bestehenden Ansaugsystems mit einem erfindungsgemäßen Ansaugsystem über die Flanschverbindung 22, 36 zwischen dem Ansaugrohr 13 des Ansaugsystems 10 und dem Spiralgehäuse 14 des Verdichters 11. [0036] The invention provides effective containment protection or burst protection in the area of an intake system of an exhaust gas turbocharger. With the invention, older, already existing exhaust gas turbochargers used in the field can be retrofitted, namely by simply replacing an existing intake system with an intake system according to the invention via the flange connection 22, 36 between the intake pipe 13 of the intake system 10 and the spiral housing 14 of the compressor 11.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
[0037] 10 Ansaugsystem 11 Verdichter 12 Ansaugschalldämpfer 13 Ansaugrohr 14 Spiralgehäuse 15 Einsatzstück 16 Verdichterrotor 17 Abschnitt 18 Absorptionselement / Abschnitt 19 Flansch 20 Flansch 21 Flansch 21a Abschnitt 21b Abschnitt 22 Flansch 22a Abschnitt 22b Abschnitt 23 Nut 24 Wandung 25 Absorptionselement 26 Absorptionselement 27 Wabenkern 28 Tragstruktur 29 Vorsprung 30 Vorderwand 31 Rückwand 32 Platte/Rippe 33 Tragelement 34 Sollbruchstelle 35 Flansch 36 Flansch 37 Hüllkörper 38 Dämmstoff 10 intake system 11 compressor 12 intake muffler 13 intake pipe 14 volute casing 15 insert 16 compressor rotor 17 section 18 absorption element / section 19 flange 20 flange 21 flange 21a section 21b section 22 flange 22a section 22b section 23 groove 24 wall 25 absorption element 26 absorption element 27 honeycomb core 28 Support structure 29 projection 30 front wall 31 rear wall 32 plate / rib 33 support element 34 predetermined breaking point 35 flange 36 flange 37 enveloping body 38 insulation material
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