CH713777B1 - Turbolader. - Google Patents

Abstract

Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, wobei die Turbine ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor (2) aufweist, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (2) über eine Welle (3) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, mit einem zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordneten Lagergehäuse (1), wobei sowohl das Turbinengehäuse als auch das Verdichtergehäuse mit dem Lagergehäuse (1) verbunden sind, und wobei das Lagergehäuse (1) an einer der Turbine zugewandten Seite von einem Dichtdeckel verschlossen ist, an welchen sich angrenzend an den Turbinenrotor (2) ein Abschlussdeckel anschließt, wobei der Dicht- und Abschlussdeckel als einteiliges Bauteil (7) ausgebildet ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader.

[0002] Ein Turbolader verfügt über einen Verdichter sowie eine Turbine. In der Turbine wird ein erstes Medium entspannt und hierbei Energie gewonnen, wobei die in der Turbine gewonnene Energie genutzt wird, um im Verdichter ein zweites Medium zu verdichten. Bei einem Abgasturbolader handelt es sich bei dem in der Turbine entspannten ersten Medium um Abgas einer Brennkraftmaschine und bei dem im Verdichter verdichteten zweiten Medium um einer Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft.

[0003] Aus der DE 20 2014 002 981 U1 ist ein Abgasturbolader mit einer als Axialturbine ausgebildeten Turbine bekannt. Aus diesem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dass eine Welle, über die ein Turbinenrotor mit einem Verdichterrotor gekoppelt ist, in einem Lagergehäuse drehbar gelagert ist, wobei das Lagergehäuse an einer dem Turbinenrotor zugewandten Seite von einem Dichtdeckel verschlossen ist. Zwischen dem Dichtdeckel und dem Turbinenrotor ist weiterhin ein Abschlussdeckel positioniert, wobei der Abschlussdeckel zusammen mit dem Dichtdeckel einen Sperrluftströmungskanal abschnittsweise begrenzt, um Sperrluft in Richtung auf den Turbinenrotor zu führen. Dem zwischen dem Dichtdeckel und dem Abschlussdeckel ausgebildeten Sperrluftströmungskanal kann Sperrluft ausgehend vom Verdichter oder einer externen Quelle zugeführt werden, und zwar über Sperrluftkanäle, die in das Lagergehäuses sowie in den Dichtdeckel eingebracht sind.

[0004] Es besteht Bedarf an einem Turbolader, der mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann.

[0005] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind der Dichtdeckel und der Abschlussdeckel als einteiliges Bauteil ausgebildet. Beim erfindungsgemäßen Turbolader sind der Dichtdeckel und der Abschlussdeckel, die zwischen dem Lagergehäuse und der Turbine angeordnet sind, als einteiliges und damit integrale Bauteil ausgebildet. Hierdurch wird die Herstellung eines Turboladers erheblich vereinfacht. Bislang als zwei getrennte Bauteile ausgeführte Funktionsteile werden zu einem einteiligen Bauteil zusammengeführt. Demnach ist eine mechanische Bearbeitung nur an einem Bauteil erforderlich. Eine Toleranzkette zwischen Dichtdeckel und Abschlussdeckel wird eliminiert. Durch die Ausführung des Dichtdeckels und Abschlussdeckels als einteiliges Bauteil kann nicht nur der Herstellaufwand reduziert werden, vielmehr kann auch der zur Verfügung stehende Bauraum besser ausgenutzt werden.

[0006] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dieses kombinierte Bauteil mindestens ein Führungskanal für Sperrluft eingebracht. Über den oder jeden Führungskanal kann die Sperrluft einer Dichtfläche zwischen der Welle bzw. dem Turbinenrotor und dem einteiligen Bauteil optimal zugeführt werden.

[0007] Vorzugsweise ist zwischen einer radial äußeren Fläche des Lagergehäuses und einer radial inneren Fläche eines Abgasinnendiffusors, dessen radial äußere Fläche einen Abgasdiffusorkanal abschnittsweise begrenzt, ein Sperrluftströmungskanal ausgebildet, der Sperrluft zu dem oder jedem Führungskanal des einteiligen Bauteils aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel führt. Zur Ausbildung des Sperrluftströmungskanals muss demnach in das Lagergehäuse kein Strömungskanal integriert werden, vielmehr wird der Strömungskanal von der ohnehin vorhandenen radial äußeren Kontur des Lagergehäuses und der ohnehin vorhandenen radial inneren Kontur des Abgasinnendiffusors begrenzt. Auch hierdurch kann der Herstellungsaufwand für den Turbolader weiter reduziert werden. Jedoch ist es nach wie vor auch möglich, die Zuführung der Sperrluft durch Bohrungen im Lagergehäuse zu realisieren.

[0008] Vorzugsweise weist das einteilige Bauteil aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel radial außen mindestens eine Nut zur Aufnahme eines Dichtelements auf, um das einteilige Bauteil aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel gegenüber dem Abgasinnendiffusor abzudichten. Diese Details erlauben eine optimale Abdichtung des Sperrluftraumes zum Abgasraum.

[0009] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an dem einteiligen Bauteil aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel radial innen eine Dichtfläche ausgebildet, die mit Dichtspitzen einer turbinenrotorseitigen Labyrinthdichtung zusammenwirkt. Dies erlaubt eine optimale Abdichtung des Rotors, nämlich des Lagerinnenraumes gegenüber dem Abgas.

[0010] 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: Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Axialturbine.

[0011] Die Erfindung betrifft einen Turbolader. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich eines Lagergehäuses 1 und eines Turbinenrotors 2 einer nicht weiter gezeigten Turbine. Der Turbinenrotor 2 ist über eine Welle 3 mit einem Verdichterrotor eines nicht gezeigten Verdichters gekoppelt. Fig. 1 zeigt ein Lager 4, über welches die Welle 3, die den Turbinenrotor 2 an den nicht gezeigten Verdichterrotor koppelt, im Lagergehäuse 1 gelagert ist.

[0012] Das Lager 4 ist am Lagergehäuse 1 über einen Lagerdeckel 5 gehalten, wobei der Lagerdeckel 5 radial innen Dichtspitzen 6 aufweist, die an einer Oberfläche der Welle 3 anliegt und zusammen mit dieser Oberfläche der Welle 3 eine Labyrinthdichtung ausbilden.

[0013] Beim erfindungsgemäßen Turbolader ist zwischen dem Lagergehäuse 1 und dem Turbinenrotor 2 ein einteilges Bauteil 7 positioniert, das einerseits die Funktion eines Dichtdeckels und andererseits eines Abschlussdeckels bereitstellt, die bei aus der Praxis bekannten Turboladern als separate Bauteile ausgeführt sind.

[0014] Über das einteilige Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel wird das Lagergehäuse 1 an der dem Turbinenrotor 2 zugewandten Seite abgedichtet, um einen Austritt von Öl aus dem Lagergehäuse 1 in Richtung auf den Turbinenrotor 2 zu verhindern, wobei in dem einteiligen Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel mindestens ein Führungskanal 8 für Sperrluft eingebracht ist, um Sperrluft einem Dichtbereich 9 zuzuführen, der zwischen einer radial inneren Umfangsfläche des einteiligen Bauteils 7 und einer radial äußeren Umfangsfläche einem auf der Welle 3 angeordnetem Labyrinthring oder direkt auf der Welle ausgebildeten Fläche ausgebildet ist.. Der Labyrinthring oder die Turbinenwelle trägt an ihrer radial äußeren Fläche Dichtspitzen, die mit der radial inneren Umfangsfläche des einteiligen Bauteils 7 eine Dichtspalt bilden und zusammen mit dieser Umfangsfläche des einteiligen Bauteils 7 in dem Dichtbereich 9 eine Labyrinthdichtung ausbilden. Die Labyrinthscheibe 10 kann an der Welle 3 über eine Mutter 11 fixiert sein.

[0015] Wie bereits erwähnt, ist über den oder jeden in das einteilige Bauteil 7 integrierten Führungskanal 8 der Dichtbereich 9 der Labyrinthdichtung mit Sperrluft beaufschlagbar, wobei über den Umfang verteilt in das einteilige Bauteil 7 vorzugsweise mehrere derartige Führungskanäle 8 für Sperrluft eingebracht sind und in einem Ringkanal zur gleichmäßigen, ringförmigen Verteilung auf der Welle münden..

[0016] Dem oder jedem Führungskanal 8 des einteiligen Bauteils 7 ist die Sperrluft ausgehend von dem nicht gezeigten Verdichter oder einer externen Sperrluftquelle über einen Sperrluftströmungskanal 12 zuführbar, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einerseits von einer radial äußeren Fläche 13 des Lagergehäuses 1 und andererseits von einer radial inneren Fläche 14 eines sich radial außen an das Lagergehäuse 1 anschließenden Abgasinnendiffusors 15 begrenzt ist. Die radial innere Fläche 14 des Abgasinnendiffusors 15 ist demnach radial außen von der radial äußeren Fläche 13 des Lagergehäuses 1 positioniert, sodass zwischen den Flächen 13, 14 von Lagergehäuse 1 und Abgasinnendiffusor 15 der Sperrluftströmungskanal 12 ausgebildet ist, über welchen den Führungskanälen 8 der monolithischen Baugruppe 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel Sperrluft zugeführt werden kann. In anderen Ausführung kann die Sperrluftführung durch axiale Bohrungen im Lagergehäuse auch axial in das kombinierte Bauteil eingeleitet und der Dichtstelle zugeführt werden.

[0017] Wie Fig. 1 zeigt, stützt sich der Abgasinnendiffusor 15 an einem dem Turbinenrotor 2 zugewandten Ende des Lagergehäuses 1 über Vorsprünge 16 am Lagergehäuse 1 ab, die an definierten Umfangspositionen des Abgasinnendiffusors 13 nach radial innen gegenüber der radial inneren Fläche 14 desselben in Richtung auf das Lagergehäuse 1 vorstehen, wobei zwischen solchen Vorsprüngen 16 die Sperrluft in Richtung auf die Führungskanäle 8 des einteiligen Bauteils 7 strömen kann. An einer radial äußeren Fläche 21 begrenzt der Abgasinnendiffusor 15 eine Abgasströmungskanal 22, um entspanntes Abgas von dem Turbinenrotor 2 abzuführen.

[0018] Gemäß Fig. 1 weist das einteilige Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel radial außen mindestens eine Nut 17, im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Nuten 17 auf, in welcher ein Dichtelement 18 positioniert ist, um so das einteilige Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel gegenüber dem Abgasinnendiffusor 15, nämlich der radial innen Fläche 14 desselben, gegen Abgas abzudichten. Diese in den Nuten 17 aufgenommenen Dichtelemente 18 liegen an einem Abschnitt 14a der inneren Fläche 14 des Abgasinnendiffusors 15 an.

[0019] Zwischen dem Lagergehäuse 1 und dem einteiligen Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel ist ein vorzugsweise als Flachdichtung ausgebildetes Dichtungselement 19 angeordnet, um in Axialrichtung aneinander anliegende Flanschflächen von Lagergehäuse 1 und dem einteiligen Bauteil 7 gegen Ölaustritt aus dem Lageerinnenraum abzudichten.

[0020] Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, kann das einteilige Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel an einer axialen Stirnfläche, die dem Turbinenrotor 2 zugewandt ist, ein Dichtelement, zum Beispiel Dichtspitzen einer Labyrinthdichtung, aufweisen, um das Abgas 20 zwischen dem Turbinenrotor 2 und dem einteiligen Bauteil 7 aus Dichtdeckel und Abschlussdeckel radial möglichst weit außen abzudichten um dadurch eine Kolbenfläche auf dem Rotor zu generieren die eine Schubausgleich bewirkt. Dies wird bei Bedarf optional ausgeführt.

[0021] Bei dem erfindungsgemäßen Turbolader sind demnach Dichtdeckel und Abschlussdeckel, die bislang als separate Bauteile ausgeführt sind, als einteiliges Bauteil ausgestaltet. Demnach werden bislang getrennte Bauteile zu einem Bauteil integriert, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand vereinfacht wird. Eine bislang zwischen den getrennten Bauteilen existierende Toleranzkette wird eliminiert. Zur Verfügung stehender Bauraum wird besser ausgenutzt. Es müssen weniger Teile gefertigt werden. Neben dem Montageaufwand reduzieren sich auch Herstellungskosten. Die Sperrluftführung wird über in das einteilige Bauteil eingebrachte Führungskanäle gewährleistet.

[0022] Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Führungskanäle 8 von radial außen nach radial innen derart, dass die Führungskanäle 8 zumindest abschnittsweise gegenüber der Radialrichtung schräggestellt sind. Damit kann unter Gewährleistung einer kompakten Bauform Sperrluft optimal auf den Dichtbereich 9 geführt werden. Die Führungskanäle 8 münden in einem Ringkanal, der die Sperrluft gleichmäßig auf den Umfang der Labyrinthdichtung verteilt.

[0023] Die Führungskanäle 8 des einteiligen Bauteils 7 können gebohrte, gefräste oder auch gegossene Führungskanäle 8 sein.

Bezugszeichenliste

[0024] 1 Lagergehäuse 2 Turbinenrotor 3 Welle 4 Lager 5 Lagerdeckel 6 Dichtspitze 7 einteiliges Bauteil 8 Führungskanal 9 Labyrinthdichtung 10 Labyrinthscheibe 11 Mutter 12 Sperrluftströmungskanal 13 Fläche 14 Fläche 15 Abgasinnendiffusor 16 Vorsprung 17 Nut 18 Dichtung 19 Dichtung 20 Axialspalt 21 Fläche 22 Abgasströmungskanal

Claims (8)

1. Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, wobei die Turbine ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor (2) aufweist, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (2) über eine Welle (3) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, mit einem zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordneten Lagergehäuse (1), wobei sowohl das Turbinengehäuse als auch das Verdichtergehäuse mit dem Lagergehäuse (1) verbunden sind, und wobei das Lagergehäuse (1) an einer der Turbine zugewandten Seite von einem einteiligen Bauteil (7) verschlossen ist, welches einen an den Turbinenrotor (2) anschliessenden Dicht- und Abschlussdeckel bildet.

2. Turbolader nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassin das einteilige Bauteil (7) mindestens ein Führungskanal (8) für Sperrluft eingebracht ist.

3. Turbolader nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassin das einteilige Bauteil (7) mehrere Führungskanäle (8) für Sperrluft eingebracht sind, die über den Umfang des Bauteils (7) verteilt sind.

4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet,dassan dem einteiligen Bauteil (7) radial innen eine Dichtfläche ausgebildet ist, die mit Dichtspitzen eines turbinenrotorseitigen Labyrinths zusammenwirkt.

5. Turbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dasszwischen einer radial äußeren Fläche (13) des Lagergehäuses (1) und einer radial inneren Fläche (14) eines Abgasinnendiffusors (15), der radial außen einen Abgasdiffusorkanal abschnittsweise begrenzt, ein Sperrluftströmungskanal (12) ausgebildet ist, der Sperrluft zu dem oder jedem Führungskanal (8) des einteiligen Bauteils (7) führt.

6. Turbolader nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet,dassdas einteilige Bauteil (7) radial außen mindestens eine Nut (17) zur Aufnahme eines Dichtelements (18) aufweist, um das einteilige Bauteil (7) gegenüber dem Abgasinnendiffusor (15) abzudichten.

7. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet,dassan einer dem Turbinenrotor (2) zugewandten axialen Stirnseite des einteiligen Bauteils (7) Dichtspitzen einer Labyrinthdichtung ausgebildet sind oder deren Gegenfläche.

8. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet,dassdie Turbine eine Axialturbine ist.