CH713774B1 - Turbolader. - Google Patents

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CH713774B1
CH713774B1 CH00355/18A CH3552018A CH713774B1 CH 713774 B1 CH713774 B1 CH 713774B1 CH 00355/18 A CH00355/18 A CH 00355/18A CH 3552018 A CH3552018 A CH 3552018A CH 713774 B1 CH713774 B1 CH 713774B1
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Abstract

Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, wobei das Turbinengehäuse (3) ein Turbinenzuströmgehäuse (4) aufweist und ein Einsatzstück (5) sowie einen Düsenring (9) mit Leitschaufeln (11) aufnimmt, wobei der Düsenring (9) an einem ersten Deckring (12) desselben über erste Befestigungsmittel (13) mit einem Flansch (14) des Lagergehäuses (2) verbunden ist, wobei an dem Flansch (14) des Lagergehäuses (2), mit welchen der erste Deckring (12) des Düsenrings (9) verbunden ist, über den Umfang verteilt mehrere sich nach radial außen erstreckende Vorsprünge (15) ausgebildet sind, wobei die ersten Befestigungsmittel (13) die Vorsprünge (15) des Flanschs (14) des Lagergehäuses (2) durchdringen und mit dem ersten Deckring (12) des Düsenrings (9) in Eingriff stehen.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader.
[0002] Ein Turbolader verfügt über eine Turbine sowie einen Verdichter. In der Turbine eines Turboladers wird ein erstes Medium, insbesondere Abgas, entspannt und hierbei Energie gewonnen. Im Verdichter des Turboladers wird ein zweites Medium, insbesondere Ladeluft, verdichtet, und zwar unter Nutzung der in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine eines Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Turbinenrotor und Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist.
[0003] Aus der Praxis ist es ebenfalls bekannt, dass das Turbinengehäuse eines Turboladers ein Turbinenzuströmgehäuse aufweist, über welches das zu entspannende, erste Medium dem Turbinenrotor zugeführt werden kann. Das Turbinengehäuse nimmt ein Einsatzstück und einen Düsenring auf. Über das Einsatzstück kann entspanntes erstes Medium von der Turbine abgeführt werden, wobei das Einsatzstück sich radial außen benachbart zu Laufschaufeln des Turbinenrotors erstreckt. Der Düsenring, der auch als Turbinenleitapparat oder Leitgitter oder Leitapparat bezeichnet wird, verfügt über Leitschaufeln, die in Strömungsrichtung des ersten Mediums gesehen stromaufwärts des Turbinenrotors positioniert sind, und über die das zu entspannende erste Medium stromaufwärts des Turbinenrotors geführt wird.
[0004] Bei aus der Praxis bekannten Turboladern ist das Turbinenzuströmgehäuse mit dem Lagergehäuse typischerweise über eine Spannpratzenverbindung verbunden, wobei über die Spannpratzenverbindung auch der Düsenring befestigt wird, nämlich dadurch, dass ein Flansch des Düsenrings zwischen Flanschen bzw. Befestigungsabschnitten von Lagergehäuse und Turbinenzuströmgehäuse geklemmt wird.
[0005] Bei aus der Praxis bekannten Turboladern sind demnach Düsenring und Turbinenzuströmgehäuse gemeinsam bzw. abhängig voneinander am Lagergehäuse montiert.
[0006] Im Betrieb unterliegt der Düsenring einer thermisch bedingten Verformung. Dies führt bei aus der Praxis bekannten Turboladern dazu, dass die Verbindung von Düsenring, Lagergehäuse und Turbinenzuströmgehäuse ebenfalls einer Verformung ausgesetzt ist, wodurch einerseits ein Verschleiß dieser Verbindung verursacht wird und andererseits die Dichtwirkung im Bereich dieser Verbindung reduziert wird. Dies ist von Nachteil. Es besteht daher Bedarf daran, den Düsenring zuverlässiger am Lagergehäuse des Turboladers zu befestigen.
[0007] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader zu schaffen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Düsenring an einem ersten Deckring desselben über erste Befestigungsmittel mit einem Flansch des Lagergehäuses verbunden, wobei an dem Flansch des Lagergehäuses, mit welchem der erste Deckring des Düsenrings verbunden ist, über den Umfang verteilt mehrere sich nach radial außen erstreckende Vorsprünge ausgebildet sind, wobei die ersten Befestigungsmittel die Vorsprünge des Flanschs des Lagergehäuses durchdringen und mit dem ersten Deckring des Düsenrings Eingriff stehen.
[0009] Die Verbindung des Düsenrings mit dem Flansch des Lagergehäuses über die ersten Befestigungsmittel, die an den Vorsprüngen des Flanschs des Lagergehäuses angreifen, erlaubt eine zuverlässige Befestigung des Düsenrings am Lagergehäuse. Spannungen, insbesondere Tangentialspannungen, im Flansch des Lagergehäuses werden reduziert, und zwar insbesondere dadurch, dass sich die Vorsprünge des Flanschs des Lagergehäuses schneller und somit gleichmäßiger zusammen mit dem Düsenring temperaturbedingt verformen können.
[0010] Vorzugsweise erstrecken sich die ersten Befestigungsmittel in Axialrichtung ausgehend vom Lagergehäuse in Richtung auf das Turbinengehäuse gesehen durch die Vorsprünge des Flanschs des Lagergehäuses hindurch in den ersten Deckring des Düsenrings hinein. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Montage des Düsenrings am Lagergehäuse.
[0011] Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Düsenring an einem zweiten Deckring desselben über zweite Befestigungsmittel mit einem Flansch des Einsatzstücks verbunden, wobei die zweiten Befestigungsmittel des Flansch des Einsatzstücks durchdringen und mit dem zweiten Deckring des Düsenrings in Eingriff stehen, vorzugsweise derart, dass sich die zweiten Befestigungsmittel in Axialrichtung ausgehend vom Turbinengehäuse in Richtung auf das Lagergehäuse gesehen durch den Flansch des Einsatzstücks hindurch in den zweiten Deckring des Düsenrings hinein erstrecken. Diese Merkmale erlauben eine besonders vorteilhafte Montage des Einsatzstücks am Düsenring.
[0012] Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Turbinenzuströmgehäuse unabhängig vom Düsenring über separate Befestigungsmittel am Lagergehäuse befestigt. Dies ist bevorzugt, um eine gute Dichtwirkung der Verbindung zwischen Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse zu gewährleisten und so eine unerwünschte Leckage des in der Turbine zu entspannenden ersten Mediums in die Umgebung zu vermeiden.
[0013] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentasprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1: einen ausschnittsweisen Querschnitt in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Turbine und eines Lagergehäuses; Fig. 2: eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Fig. 1 mit einem lediglich teilweise gezeigten Einsatzstück sowie ebenfalls lediglich teilweise gezeigten Turbinenzustömgehäuse; Fig. 3: die Anordnung der Fig. 2 mit ebenfalls lediglich teilweise gezeigten Düsenring.
[0014] Die Erfindung betrifft einen Turbolader. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. Die Turbine verfügt dabei über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor ist mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Dieser grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
[0015] Fig. 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Ausschnitts aus einem Turbolader im Bereich einer Turbine 1 sowie eines Lagergehäuses 2. Die Turbine 1 umfasst ein Turbinengehäuse 3 sowie einen Turbinenrotor 6. Ein nicht gezeigter Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor, wobei der Turbinenrotor 6 mit dem nicht gezeigten Verdichterrotor über eine Welle 7 gekoppelt ist, die im Lagergehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die Turbine 1 des Turboladers ist als Radialturbine ausgeführt. Im Sinne dieser Erfindung sind unter Radialturbinen auch sogenannte Mixed Flow Turbinen zu verstehen, bei denen das Gas zwar in radialer Richtung, aber nicht nur exakt senkrecht zur Welle 7, sondern unter einem Winkel zur Welle 7 einströmt.
[0016] Das Turbinengehäuse 3 umfasst ein Turbinenzuströmgehäuse 4, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel doppelwandig ausgeführt ist und einen Kühlkanal 10 zur Kühlung des Turbinenzuströmgehäuses 4 ausbildet. Über das Turbinenzuströmgehäuse 4 kann das zu entspannende, erste Medium, vorzugsweise heißes Abgas, dem Turbinenrotor 6 zugeführt werden.
[0017] Das Turbinengehäuse 3 nimmt ein Einsatzstück 5 und einen Düsenring 9 auf. Der Düsenring 9 verfügt über Leitschaufeln 11, die der Strömungsführung des zu entspannenden, ersten Mediums stromaufwärts des Turbinenrotors 6 dienen. Der Turbinenrotor 6 ist mit Laufschaufeln 8 beschaufelt, die demnach in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Leitschaufeln 11 des Düsenrings 9 positioniert sind. Stromabwärts des Düsenrings 9 definiert das Einsatzstück 5 radial außen angrenzend an die Laufschaufeln 8 des Turbinenrotors 6 den Strömungskanal für das erste Medium, wobei das in der Turbine 1 entspannte erste Medium von der Turbine 1 über das Einsatzstück 5 abgeführt werden kann.
[0018] Beim erfindungsgemäßen Turbolader ist der Düsenring 9 an einem ersten Deckring 12 desselben über erste Befestigungsmittel 13 mit einem Flansch 14 des Lagergehäuses 2 verbunden, wobei an dem Flansch 14 des Lagergehäuses 2, mit welchem der erste Deckring 12 des Düsenrings 9 verbunden ist, über den Umfang desselben verteilt mehrere sich nach radial außen erstreckende Vorsprünge 15 ausgebildet sind.
[0019] Diese Vorsprünge 15 können auch als Laschen oder Rosetten bezeichnet werden. Die ersten Befestigungsmittel 13 durchdringen diese laschenartigen oder rosettenartigen Vorsprüngen 15 des Flanschs 14 des Lagergehäuses 2 und greifen an dem ersten Deckring 12 des Düsenrings 9 an.
[0020] Gemäß Fig. 1 erstrecken sich in Axialrichtung gesehen die ersten Befestigungsmittel 13 ausgehend vom Lagergehäuse 2 in Richtung auf das Turbinengehäuse 3 durch die Vorsprünge 15 des Flanschs 14 des Lagergehäuses 2 hindurch in den ersten Deckring 12 des Düsenrings 11 hinein. Die ersten Befestigungsmittel 13 sind dabei vorzugsweise als Gewindebolzen ausgeführt, die an denjenigen Abschnitten, die sich in den ersten Deckring 12 des Düsenrings 9 hinein erstrecken, ein Außengewinde aufweisen, wobei diese Außengewinde dann mit entsprechenden Innengewinden in Gewindebohrungen 16 des ersten Deckrings 12 des Düsenrings 9 in Eingriff stehen. An gegenüberliegenden Abschnitten dieser Gewindebolzen, die gegenüber dem Flansch 14 bzw. den am Flansch 14 des Lagergehäuses 2 ausgebildeten Vorsprüngen 15 in axialer Richtung vorstehen, ist ebenfalls ein Außengewinde ausgebildet, das mit entsprechenden Muttern 24 zusammenwirkt, um so den Düsenring 9 sicher und einfach am Lagergehäuse 2 zu montieren. Die Muttern 24 stützen sich über Hülsen 25 am Flansch 14 des Lagergehäuses 2 ab. Die Abschnitte der Gewindebolzen, die sich durch die laschenartigen oder rosettenartigen Vorsprünge 15 des Flanschs 14 des Lagergehäuses 2 hindurch erstrecken und zwischen den die Außengewinde tragenden Abschnitten der Gewindebolzen angeordnet sind, sind vorzugsweise gewindelos.
[0021] Der Düsenring 9 ist an einem dem ersten Deckring 12 gegenüberliegenden zweiten Deckring 17 über zweite Befestigungsmittel 18 mit einem Flansch 19 des Einsatzstücks verbunden, wobei die zweiten Befestigungsmittel 18 den Flansch 19 des Einsatzstücks 15 durchdringen und mit dem zweiten Deckring 17 des Düsenrings 9 in Eingriff stehen. Dabei erstrecken sich die zweiten Befestigungsmittel 19, bei welchen es sich wiederum vorzugsweise um Gewindebolzen handelt, in Axialrichtung gesehen ausgehend vom Turbinengehäuse 3 in Richtung auf das Lagergehäuse 2 durch den Flansch 19 des Einsatzstücks 5 hindurch in den zweiten Deckring 17 des Düsenrings 9 hinein.
[0022] Während also die ersten Befestigungsmittel 13, die der Befestigung des Düsenrings 9 am Lagergehäuse 2 dienen, in Axialrichtung gesehen sich ausgehend vom Lagergehäuse 2 in Richtung auf das Turbinengehäuse in den ersten Deckring 12 des Düsenrings 9 hinein erstrecken, erstrecken sich die zweiten Befestigungsmittel 18 um in etwa 180° gedreht bzw. in entgegengesetzter axialer Richtung ausgehend vom Einsatzstück 5 bzw. ausgehend vom Turbinengehäuse 3 in Richtung auf das Lagergehäuse 2 in den zweiten Deckring 17 des Düsenrings 9 hinein.
[0023] Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei den zweiten Befestigungsmitteln 18 wiederum vorzugsweise über Gewindebolzen, die an sich gegenüberliegenden Abschnitten Außengewinde tragen, nämlich an ersten Abschnitten ein erstes Außengewinde, die in entsprechende Gewindebohrungen 20 des zweiten Deckrings 17 des Düsenrings 9 eingreifen, sowie an gegenüberliegenden zweiten Abschnitten weitere Außengewinde, die mit einer Mutter 26 zusammenwirken, um so das Einsatzstück 5 am Düsenring 9 zu befestigen. Diese Muttern 26 stützen sich über Hülsen 27 am Flansch 19 des Einsatzstücks 5 ab. Zwischen diesen die Außengewinde tragenden Abschnitten der Gewindebolzen sind dieselben an Abschnitten, die sich durch den Flansch 19 des Einsatzstücks 5 hindurch erstrecken, vorzugsweise gewindelos ausgebildet.
[0024] Das Turbinenzuströmgehäuse 4 des Turbinengehäuses 3 ist unabhängig vom Düsenring 9 sowie unabhängig vom Einsatzstück 5 am Lagergehäuse 2 befestigt, im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 derart, dass an einander angrenzenden Flanschen 21, 22 von Lagergehäuse 2 und Turbinenzuströmgehäuse 4 ein Klemmring 23 angreift.
[0025] Im Unterschied zu einem solchen Klemmring 23 können die aneinander angrenzenden Flansche 21, 22 von Lagergehäuse 2 und Turbinenzuströmgehäuse 4 auch über eine Spannpratzenverbindung und/oder Schraubverbindungen miteinander verbunden werden.
[0026] Beim erfindungsgemäßen Turbolader erfolgt demnach die Befestigung des Düsenrings 9 am Lagergehäuse 2 über erste Befestigungsmittel 13, die einerseits mit dem Flansch 14 des Lagergehäuses 2 und andererseits mit dem ersten Deckring 12 des Düsenrings 9 zusammenwirken, und zwar im Bereich des Flanschs 14 des Lagergehäuses 2 die radiale Vorsprünge 15 des Flanschs 14, die auch als Laschen oder Rosetten bezeichnet werden können, durchdringen. Diese Vorsprünge 15 können sich zusammen mit dem Düsenring 9 ausdehnen, wodurch Spannungen in der Verbindung zwischen Lagergehäuse 2 und Düsenring 9 minimiert werden. Am Düsenring 9 ist das Einsatzstück 5 über zweite Befestigungsmittel 18 befestigt. Das Turbinenzuströmgehäuse 4 ist unabhängig hiervon am Lagergehäuse 2 montiert. Zur Montage wird zunächst das Einsatzstück 5 am Düsenring 9 über die zweiten Befestigungsmittel 18 montiert, wobei anschließend die vormontierte Einheit aus Einsatzstück 5 und Düsenring 9 am Lagergehäuse 2 über die ersten Befestigungsmittel 13 befestigt wird. Im Anschluss hieran kann das Turbinenzuströmgehäuse 4 am Lagergehäuse 2 montiert werden.
Bezugszeichenliste
[0027] 1 Turbine 2 Lagergehäuse 3 Turbinengehäuse 4 Turbinenzuströmgehäuse 5 Einsatzstück 6 Turbinenrotor 7 Welle 8 Laufschaufel 9 Düsenring 10 Kanal 11 Leitschaufel 12 Deckring 13 Befestigungsmittel 14 Flansch 15 Vorsprung 16 Gewindebohrung 17 Deckring 18 Befestigungsmittel 19 Flansch 20 Gewindebohrung 21 Flansch 22 Flansch 23 Befestigungsmittel 24 Mutter 25 Hülse 26 Mutter 27 Hülse

Claims (6)

1. Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, wobei das Turbinengehäuse (3) ein Turbinenzuströmgehäuse (4) aufweist und ein Einsatzstück (5) sowie einen Düsenring (9) mit Leitschaufeln (11) aufnimmt,dadurch gekennzeichnet,dass der Düsenring (9) an einem ersten Deckring (12) desselben über erste Befestigungsmittel (13) mit einem Flansch (14) des Lagergehäuses (2) verbunden ist, wobei an dem Flansch (14) des Lagergehäuses (2), mit welchen der erste Deckring (12) des Düsenrings (9) verbunden ist, über den Umfang verteilt mehrere sich nach radial außen erstreckende Vorsprünge (15) ausgebildet sind, wobei die ersten Befestigungsmittel (13) die Vorsprünge (15) des Flanschs (14) des Lagergehäuses (2) durchdringen und mit dem ersten Deckring (12) des Düsenrings (9) in Eingriff stehen.
2. Turbolader nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dasssich die ersten Befestigungsmittel (13) in Axialrichtung ausgehend vom Lagergehäuse (2) in Richtung auf das Turbinengehäuse (3) gesehen durch die Vorsprünge (15) des Flanschs (14) des Lagergehäuses (2) hindurch in den ersten Deckring (12) des Düsenrings (9) hinein erstrecken.
3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,dassder Düsenring (9) an einem zweiten Deckring (17) desselben über zweite Befestigungsmittel (18) mit einem Flansch (19) des Einsatzstücks (5) verbunden ist, wobei die zweiten Befestigungsmittel (18) den Flansch (19) des Einsatzstücks (5) durchdringen und mit dem zweiten Deckring (17) des Düsenrings (9) in Eingriff stehen.
4. Turbolader nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,dasssich die zweiten Befestigungsmittel (18) in Axialrichtung ausgehend vom Turbinengehäuse (3) in Richtung auf das Lagergehäuse (2) gesehen durch den Flansch (19) des Einsatzstücks (5) hindurch in den zweiten Deckring (17) des Düsenrings (9) hinein erstrecken.
5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dassdas Turbinenzuströmgehäuse (4) unabhängig vom Düsenring (9) über ein separates Befestigungsmittel (23) am Lagergehäuse (2) befestigt ist.
6. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,dassdie Turbine eine Radialturbine ist.
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