CH714651A2 - Verschalung eines Turboladers und Turbolader. - Google Patents

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Abstract

Verschalung (1) eines Turboladers, welche ein zu verschalendes Gehäuse wie ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers zumindest abschnittsweise umgibt, mit axialen Verschalungssegmenten (2, 3), welche sich axial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliessen, mit mindestens einem radialen Verschalungssegment (4, 5), welches sich radial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliesst, wobei an mindestens einem Verschalungssegment (2, 3, 4, 5) mindestens ein Versteifungselement (6, 7) ausgebildet ist oder angreift.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader.
[0002] Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in der ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in dem ein zweites Medium verdichtet wird, und zwar unter Nutzung der in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse sowie einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Zwischen dem Turbinengehäuse der Turbine und dem Verdichtergehäuse des Verdichters ist ein Lagergehäuse positioniert, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Im Lagergehäuse ist eine Welle gelagert, über die der Turbinenrotor mit dem Verdichterrotor gekoppelt ist.
[0003] Im Betrieb eines Turboladers besteht die Gefahr, dass ein Rotor, so zum Beispiel der Turbinenrotor oder auch der Verdichterrotor, des Turboladers bricht und Bruchstücke des Rotors das entsprechende Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, durchschlagen. Dabei besteht dann die Gefahr, dass die Bruchstücke des Turboladers in die Umgebung gelangen. Um diesem Problem des Berstens eines Rotors des Turboladers Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Turboladern das jeweilige Gehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadensfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst bei Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch das Gewicht des Turboladers erhöht.
[0004] Um das Gewicht des Turboladers nicht unnötig zu erhöhen und darüber hinaus auch bereits im Feld eingesetzte Turbolader vor einem Durchschlagen von Bruchstücken eines Rotors in die Umgebung zu schützen, ist es aus der Praxis bereits bekannt, einen Turbolader mit einer Verschalung auszurüsten, welche ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers radial aussen sowie axial aussen zumindest abschnittweise umgibt.
[0005] Aus der Praxis bekannte Verschalungen für Turbolader verfügen über axiale Verschalungssegmente, welchen sich an axialen Seiten des zu verschalenden Gehäuses axial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliessen. Ferner verfügen aus der Praxis bekannte Verschalungen über mindestens ein radiales Verschalungssegment, welches sich radial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliesst und sich zwischen sich gegenüberliegenden axialen Verschalungssegmenten erstreckt.
[0006] Aus der Praxis bekannte Verschalungen mit axialen Verschalungssegmenten und mindestens einem radialen Verschalungssegment verfügen im Querschnitt über eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt. Eine derartige U-Form ist zwar bezogen auf geringe Fertigungskosten und geringe Bauteilkomplexität bevorzugt, die Schwingungsanregung derartiger Verschalungen ist jedoch von Nachteil. Es besteht daher Bedarf an einer Verschalung eines Turboladers, die bei geringem Gewicht und geringer Bauteilkomplexität im Betrieb des Turboladers weniger zu Schwingungen neigt.
[0007] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader mit einer solchen Verschalung zu schaffen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Verschalung eines Turboladers nach Anspruch 1 gelöst.
[0009] An mindestens einem Verschalungssegment ist mindestens ein Versteifungselement ausgebildet oder an mindestens einem Verschalungssegment greift mindestens ein Versteifungselement an. Bei geringer Bauteilkomplexität und geringen Fertigungskosten kann so die Struktursteifigkeit der Verschalung verbessert werden. Es wird die Gefahr reduziert, dass die Verschalung im Betrieb des Turboladers zu Schwingungen neigt.
[0010] Vorzugsweise sind an mindestens einem axialen Verschalungssegment mehrere rippenartige oder prägungsartige Versteifungselemente ausgebildet öderes greifen an mindestens einem axialen Verschalungssegment mehrere Versteifungselemente an. Rippenartige oder prägungsartige Versteifungselemente an mindestens einem axialen Verschalungssegment sind zur Erhöhung der Struktursteifigkeit der Verschalung und zur Verringerung der Schwingungsneigung der Verschalung besonders bevorzugt.
[0011] Vorzugsweise sind erste Versteifungselemente an einer Aussenseite und/oder zweite Versteifungselemente an einer Innenseite des jeweiligen axialen Verschalungssegments ausgebildet. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Versteifungselemente, wenn sich dieselben sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung erstrecken und so klammerartige Rippen ausbilden, die sich entlang von zwei gegenüberliegenden axialen Verschalungssegmenten in Radialrichtung und entlang eines zwischen denselben positionierten, radialen Verschalungssegments in Axialrichtung erstrecken. Hiermit kann die Struktursteifigkeit besonders vorteilhaft erhöht und die Schwingungsneigung der Verschalung reduziert werden.
[0012] Der erfindungsgemässe Turboader ist in Anspruch 9 definiert.
[0013] 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 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Verschalung für einen Turbolader,
CH 714 651 A2
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von innen auf ein Detail einer weiteren erfindungsgemässen Ausführung der Verschalung,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von aussen auf ein Detail einer weiteren erfindungsgemässen Ausführung der Verschalung.
[0014] Die Erfindung betrifft eine Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader mit einer Verschalung.
[0015] Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. So umfasst ein Turbolader eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas, sowie einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere zur Verdichtung von Ladeluft, und zwar unter Nutzung der bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnenen Energie.
[0016] Die Turbine verfügt über einen Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter verfügt über einen Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse. Der Turbinenrotor und der Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse des Turboladers gelagert ist, wobei das Lagergehäuse sowohl mit dem Turbinengehäuse als auch mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist.
[0017] Dann, wenn im Betrieb zum Beispiel der Turbinenrotor oder der Verdichterrotor bricht, können Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, durchschlagen und in die Umgebung gelangen. Dies muss vermieden werden, wozu es bekannt ist, einen Turbolader mit einer Verschalung auszurüsten, welche das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse und/oder das Lagergehäuse des Turboladers umgibt.
[0018] Vorzugsweise kommt im Bereich des Turbinengehäuses sowie des Verdichtergehäuses jeweils eine separate Verschalung zum Einsatz, welche das jeweilige zu verschalende Gehäuse des Turboladers radial aussen und axial aussen zumindest abschnittweise umgibt.
[0019] Eine Verschalung dient nicht nur der Bereitstellung eines Berstschutzes. Eine derartige Verschalung kann auch der thermischen Isolierung sowie Schallisolierung dienen.
[0020] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verschalung 1 für ein Gehäuse eines Turboladers, so zum Beispiel für ein Turbinengehäuse oder Verdichtergehäuse eines nicht gezeigten Turboladers.
[0021] Die Verschalung 1 verfügt über sich gegenüberliegende axiale Verschalungssegmente 2 und 3, wobei an jeder axialen Seite eines zu verschalenden Gehäuses aussen an das Gehäuse angrenzend jeweils ein axiales Verschalungssegment 2, 3 angeordnet ist.
[0022] Die Verschalung 1 verfügt darüber hinaus über mindestens ein radiales Verschalungssegment 4, 5, welches sich zwischen gegenüberliegenden axialen Verschalungssegmenten 2, 3 erstreckt und sich radial aussen an das jeweilige zu verschalende Gehäuse anschliesst.
[0023] Besonders bevorzugt sind Ausführungen, in welchen zwei radiale Verschalungssegmente vorhanden sind, die sich in Radialrichtung gesehen überlappen. In diesem Fall erstreckt sich dann ausgehend vom axialen Verschalungssegment 2 ein erstes radiales Verschalungssegment 4 in Richtung auf das zweite axiale Verschalungssegment 3 und ausgehend vom zweiten axialen Verschalungssegment 3 ein zweites radiales Verschalungssegment 5 in Richtung auf das erste axiale Verschalungssegment 2. Die sich überlappenden radialen Verschalungssegmente 4, 5 können dann miteinander verbunden sein.
[0024] Um die die Schwingungsanfälligkeit der Verschalung zu reduzieren, ist vorgeschlagen, dass an mindestens einem Verschalungssegment mindestens ein Versteifungselement ausgebildet ist oder angreift.
[0025] Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem axialen Verschalungssegment 3, nämlich an einer Aussenseite 3a desselben sowie an einer Innenseite 3b desselben, jeweils mehrere Versteifungselemente ausgebildet, und zwar an der Aussenseite 3a erste Versteifungselemente 6 und an der Innenseite 3b zweite Versteifungselemente 7. Derartige Versteifungselemente können auch an der Aussenseite 2a und der Innenseite 2b des gegenüberliegenden axialen Verschalungssegments 2 ausgebildet sein.
[0026] Die an der Aussenseite 3a des axialen Verschalungssegments 3 ausgebildeten ersten Versteifungselemente 6 verfügen über eine T-förmige Konturierung mit ersten Abschnitten 6a, die sich in Radialrichtung erstrecken, sowie mit zweiten Abschnitten 6b, die sich in Umfangsrichtung erstrecken. Diese Versteifungselemente 6 bilden demnach T-förmige Rippen aus. An der Innenseite 3b des axialen Verschalungssegments 3 sind die zweiten Versteifungselemente 7 ausgebildet, die vorzugsweise keilförmig konturiert sind. Diese keilförmigen Versteifungselemente 7 greifen an der Innenseite 3b des axialen Verschalungssegments 3 sowie an einer Innenseite 4b, 5b eines angrenzenden radialen Verschalungssegments 4, 5 an.
[0027] Die ersten Versteifungselemente 6, die an der Aussenseite 3a des axialen Verschalungssegments 3 ausgebildet sind, weisen vom zu verschalenden Gehäuse weg. Die zweiten Versteifungselemente 7, die an der Innenseite 3b des axialen Verschalungssegments 3 ausgebildet sind, weisen zum zu verschalenden Gehäuse hin.
CH 714 651 A2 [0028] Fig. 2 zeigt eine Ansicht von innen auf ein axiales Verschalungssegment 2 sowie ein angrenzendes radiales Verschalungssegment 4 einer Verschalung, wobei in Fig. 2 an der Innenseite 2b des axialen Verschalungssegments 2 ausgebildete, keilförmige zweite Versteifungselemente 7 sichtbar sind. Diese keilförmigen zweiten Versteifungselemente 7 erstrecken sich im Wesentlichen in Radialrichtung und Axialrichtung. Diese keilförmigen zweiten Versteifungselemente 7 greifen einerseits an der Innenseite 2b des axialen Verschalungssegments 2 sowie andererseits an der Innenseite 4b des radialen Verschalungssegments 4 an.
[0029] Fig. 3 zeigt eine Ansicht von aussen auf eine Aussenseite 2a eines axialen Verschalungssegments 2 sowie eine Aussenseite 4a eines angrenzenden radialen Verschalungssegments 4. Hier sind an der Aussenseite 2a des axialen Verschalungssegments 2 wiederum mehrere erste Versteifungselemente 6 ausgebildet, die sich in Radialrichtung erstrecken und die sich mit ihren radial inneren Enden an ein in Umfangsrichtung umlaufendes, geschlossenes Versteifungselement 8 anschliessen.
[0030] In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind alle Versteifungselemente 6, 7 und 8 von rippenartigen Strukturen ausgebildet. Es ist auch möglich, entsprechende Versteifungselemente durch Prägungen auszubilden.
[0031] Als Prägungen ausgebildete Versteifungselemente sind durch Umformen integral am jeweiligen Verschalungssegment ausgebildet.
[0032] Als Rippen ausgebildete Versteifungselemente 6, 7 und 8 können integral am jeweiligen Verschalungssegment ausgebildet sein oder als separate Baugruppe ausgeführt und mit demselben durch vorzugsweise Schweissen oder Nieten oder Verschrauben verbunden sein.
[0033] In einer nicht gezeigten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass sich an einer Aussenseite der Verschalung 1 ausgebildete Versteifungselemente klammerartig um die Verschalungssegmente herum erstrecken, und zwar um zwei sich gegenüberliegende axiale Verschalungssegmente 2, 3 sowie über ein sich zwischen denselben erstreckendes radiales Verschalungssegment 4, 5. In diesem Fall erstrecken sich dann die klammerartigen Versteifungselemente im Bereich der axialen Verschalungssegmente 2 und 3 an einer Aussenseite 2a und 3a derselben in Radialrichtung und im Bereich des oder eines radial aussen positionierten radialen Verschalungssegments 4 oder 5 an einer Aussenseite 4a oder 5a desselben in Axialrichtung. Mit derartigen klammerartigen Versteifungselementen im Bereich der Aussenseite der Verschalung 1 und damit der Aussenseite der Verschalungssegmente 2, 3, 4, 5 kann die Struktursteifigkeit der Verschalung 1 besonders vorteilhaft erhöht werden.
[0034] Derartige klammerartige Versteifungselemente könne auch an Innenseiten der axialen Verschalungssegmente 2 und 3 und eines radialen Verschalungssegments 4 oder 5 ausgebildet sein. In diesem Fall erstrecken sich dann die klammerartigen Versteifungselemente im Bereich der axialen Verschalungssegmente 2 und 3 an einer Innenseite 2b und 3b derselben in Radialrichtung und im Bereich des oder eines radial innen positionierten radialen Verschalungssegments 4 oder 5 an einer Innenseite 4b oder 5b desselben in Axialrichtung.
[0035] Die Versteifungselemente können regelmässig über das jeweilige Verschalungssegment verteilt oder nur an ausgewählten Bereichen desselben vorgesehen sein.
[0036] Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer Verschalung, die vorzugsweise um ein Turbinenzuströmgehäuse eines Turbinengehäuses einer Turbine des Turboladers herum angeordnet ist. Die Verschalung kann jedoch auch im Bereich eines Verdichtergehäuses des Turboladers zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste [0037]
Verschalung axiales Verschalungssegment
2a Aussenseite
2b Innenseite axiales Verschalungssegment
3a Aussenseite
3b Innenseite radiales Verschalungssegment
4a Aussenseite
4b Innenseite
CH 714 651 A2 radiales Verschalungssegment
Versteifungselement
6a Abschnitt
6b Abschnitt
Versteifungselement
Versteifungselement
Patentansprüche

Claims (9)

1. Verschalung (1) eines Turboladers, welche ein zu verschalendes Gehäuse wie ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers zumindest abschnittsweise umgibt, mit axialen Verschalungssegmenten (2, 3), welche sich axial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliessen, mit mindestens einem radialen Verschalungssegment (4, 5), welches sich radial aussen an das zu verschalende Gehäuse anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Verschalungssegment (2, 3, 4, 5) mindestens ein Versteifungselement (6, 7, 8) ausgebildet ist oder angreift.
2. Verschalung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem axialen Verschalungssegment (2, 3) mehrere Versteifungselemente (6, 7, 8) ausgebildet sind oder angreifen.
3. Verschalung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Versteifungselemente (6) an einer Aussenseite (2a, 3a) des jeweiligen axialen Verschalungssegments (2, 3) ausgebildet sind oder angreifen.
4. Verschalung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Versteifungselemente (6) als sich zumindest abschnittsweise in Radialrichtung erstreckende Rippen oder Prägungen ausgeführt sind.
5. Verschalung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Versteifungselemente (6, 8) als sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung erstreckende Rippen oder Prägungen ausgeführt sind.
6. Verschalung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Versteifungselemente (7) an einer Innenseite (2b, 3b) des jeweiligen axialen Verschalungssegments (2, 3) ausgebildet sind oder angreifen.
7. Verschalung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Versteifungselemente (7) keilförmig ausgebildet sind, die an der Innenseite (2b, 3b) des jeweiligen axialen Verschalungssegments (2, 3) und an einer Innenseite eines angrenzenden radialen Verschalungssegments (4, 5) ausgebildet sind oder angreifen.
8. Verschalung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente klammerartig ausgebildet sind, die sich in Radialrichtung jeweils entlang von gegenüberliegenden axialen Verschalungssegmenten (2, 3) und in Axialrichtung entlang eines zwischen denselben positionierten, radialen Verschalungssegments (4, 5) erstrecken.
9. Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei ein Turbinengehäuse der Turbine und ein Verdichtergehäuse des Verdichters jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse verbunden sind, gekennzeichnet durch eine das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse und/oder das Lagergehäuse radial aussen und axial aussen zumindest abschnittsweise umgebenden Verschalung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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