DE10033465B4

DE10033465B4 - Turbinenleitrad und Verfahren zur Herstellung eines Turbinenleitrades

Info

Publication number: DE10033465B4
Application number: DE2000133465
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Clauss
Original assignee: KOMPRESSORENBAU BANNEWITZ GmbH
Current assignee: KOMPRESSORENBAU BANNEWITZ GmbH
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2020-07-11
Also published as: DE10033465A1

Abstract

Turbinenleitrad mit einer Vielzahl von Leitradschaufeln (2), die zwischen den beiden Leitradseiten (1) angeordnet sind und die mittels Positionierstiften (3) an jeder Seite der Leitradschaufeln (2) in entsprechende Positioniervertiefungen in den Leitradseiten (1) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitradschaufeln (2) an den Rändern zu den Leitradseiten (1) einen größeren Querschnitt als im übrigen Bereich besitzen und somit ein gleitender bzw. ein abgerundeter Übergang von der Leitradschaufel (2) zu den Leitradseiten (1) gegeben ist.

Description

Turbinenleitrad und Verfahren zur Herstellung eines Turbinenleitrades mit einer Vielzahl von Einzelschaufeln insbesondere für Turbolader.
Turbinenleiträder werden entweder im Metallgießverfahren oder mittels Schweißkonstruktionen hergestellt, wobei im letzteren Fall in den Leitradseiten Nuten zur Aufnahme der Leitradschaufeln vorgesehen sind. In der DE 19736874 A1 wird ein Leitrad mittels eines Spritzgiessvorganges hergestellt, wobei ein thermoplastischer Werkstoff Verwendung findet. Bei der Herstellung der einzelnen Leitschaufeln sind ebenfalls unterschiedlichste Herstellungsverfahren bekannt. So wird z. B. in der DE 19544817 A1 ein Gießverfahren beschrieben, bei der zwei benachbarte Stoßflächen einer Feinbearbeitung unterzogen werden und anschließend diese benachbarten Stoßflächen miteinander nahtlos verschweißt werden. Die Variante des Metallgießverfahrens bedingt eine Gußform. Ein Änderungswunsch hinsichtlich der Lage der Leitradschaufeln im Leitrad bedingt immer eine Änderung der Gußform, was sehr kostenaufwendig ist. Gleiches gilt bei den Schweißkonstruktionen, bei denen Nuten in den Leitradseiten eingearbeitet sind.
Weiterhin wird in der DE 17 66 793 U eine Radialgasturbine beschrieben, die aus einer Düseneinheit besteht, welche aus zwei beabstandeten Ringen besteht, die mit geneigten Einschnitten, Nuten oder dergleichen versehen sind, in die Düsenbleche oder Leitschaufeln eingreifen bzw. angeordnet sind.
In der Schrift US 46 79 984 A wird ein Turbinenleitrad beschrieben, welches verstellbare Leitschaufeln besitzt. Hier besitzen die Leitschaufeln Stifte, die in Nuten eingreifen und somit eine Verstellung der Leitschaufeln ermöglichen. Die Stifte der Leitschaufeln sind hier mit Gegenstück nicht fest verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbinenleitrad in seinen Einzelteilen zu schaffen, welches in seiner Konstruktion und seiner Herstellung eine schnelle Änderung der Anzahl der Leitschaufeln, der Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln und/oder des Stellwinkels der Leitschaufeln ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelößt mit einem Turbinenleitrad mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2 sowie dem Verfahren zur Herstellung eines Turbinenleitrades mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine schnelle Herstellung unterschiedlichster Querschnitte zwischen den Leitschaufeln, unterschiedliche Stellwinkel der Leitschaufeln und eine schnelle Änderung der Anzahl der Leitschaufeln bis hin zu einer schnellen Veränderung der Querschnitte der Leitschaufeln möglich ist. Die Anzahl der Leitschaufeln und der Abstand zwischen den einzelnen Lautschaufeln ist leicht variierbar. Damit ist eine schnelle Anpassung an optimale Strömungsbedingungen möglich. Die Bereitstellungszeit neuer Leiträder verkürzt sich. Der Einsatz unterschiedlicher Materialien für die Leitschaufeln und für die Leitradseiten ist problemlos möglich. Die Stabilität und das Schwingungsverhalten des gesamten Leitrades ist optimal. Insgesamt ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung eine schnelle und problemlose Reaktion auf Kundenwünsche. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass den unterschiedlichsten mechanischen Einflüssen auf das Leitrad im Einsatz Rechnung getragen werden kann. So können an Stellen eines hohen Verschleißes, wie z. B. an den Leitradschaufeln, sehr leicht hoch beanspruchbare Materialien eingesetzt werden. Die anderen Teile des Leitrades werden aus leicht bearbeitbaren Materialen hergestellt. Die Herstellung des kompletten Leitrades ist unabhängig von der Schweißbarkeit der einzelnen Materialien.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind neben dem Nebenanspruch 2 in den Ansprüchen 3 bis 7 angegeben. Nach Anspruch 2 kann das Leitrad nur aus einer Leitradseite mit daran befestigten Leitradschaufeln bestehen. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 beschreibt den möglichen unterschiedlichen Einsatz von Materialien und Materialpaarungen, wie z. B. Keramik, für die Leitschaufeln gegenüber den Leitradseiten. Die variable Gestaltung der einzelnen Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln beschreibt Anspruch 4. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 beschreibt die Länge der Positionierstifte, die der Dicke der Leitradseiten entsprechen kann. Nach Anspruch 6 kann eine unterschiedliche Anordnung der Positionierstifte vorliegen. Die Stifte können auf der einen Seite zu der anderen Seite versetzt angeordnet sein. Die Positionierstifte können nach Anspruch 7 auch als Positionierwülste ausgebildet sein.
Während der Anspruch 8 das Herstellungsverfahren des gesamten Leitrades, also die Montage des Leitrades beschreibt, beruht das Herstellungsverfahren nach Anspruch 9 auf der zusätzlichen festen Verbindung der Leitradschaufeln mit den Leitradseiten hinsichtlich der Verbindungsherstellung auf einem Schweißverfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 die perspektivische Ansicht einer Leitradschaufel und
2. die perspektivische Ansicht eines Leitrades
Das Turbinenleitrad mit einer Vielzahl von Leitradschaufeln 2 besteht aus zwei Leitradseiten 1. Zwischen den Leitradseiten 1 aus einem metallischen Werkstoff sind die Leitradschaufeln 2 aus einem besonders widerstandsfähigen Material angeordnet, da die Leitradschaufeln 2 einer starken Belastung ausgesetzt sind. Die Leitradschaufeln 2 besitzen an jeder Seite zu den Leitradseiten 1 zwei Positionierstifte 3. Die Positionierstifte 3 stehen sich dabei auf beiden Seiten nicht gegenüber. Sie sind gegeneinander versetzt angeordnet. Die Länge der Leitradschaufelstifte 3 entspricht der Dicke der Leitradseite 1. Die Ränder der Leitradschaufeln 2 sind an den Seiten zu den Leitradseiten 1 mit einem etwas größeren Querschnitt als der übrige Leitradschaufelquerschnitt versehen. Der Übergang von der Leitradschaufel 2 zur Leitradseite 1 ist abgerundet. Die Abstände der Leitradschaufeln 2 untereinander sind im Ausführungsbeispiel als Besonderheit von Leitradschaufel 2 zu Leitradschaufel 2 unterschiedlich.
Das Herstellungsverfahren des Turbinenleitrades im Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus. Die Leitradseiten 1 werden entsprechend der gewünschten Anzahl von Leitradschaufeln 2, des gewünschten Anstiegswinkels und entsprechend des gewünschten Abstandes zwischen den einzelnen Leitradschaufeln 2 mit Positioniervertiefungen zur Aufnahme der Positionierstifte 3 versehen. Die Leitradschaufeln (2) werden anschließend mit den Positionierstiften (3) in die Positioniervertiefungen der Leitradseiten (1) eingepresst. Die Einzelteile können auch noch zusätzlich alle oder nur teilweise mittels eines Verbindungsverfahrens, wie z. B. Schweißen, miteinander verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Leitradseite
2: Leitradschaufel
3: Positionierstift

Claims

Turbinenleitrad mit einer Vielzahl von Leitradschaufeln (2), die zwischen den beiden Leitradseiten (1) angeordnet sind und die mittels Positionierstiften (3) an jeder Seite der Leitradschaufeln (2) in entsprechende Positioniervertiefungen in den Leitradseiten (1) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitradschaufeln (2) an den Rändern zu den Leitradseiten (1) einen größeren Querschnitt als im übrigen Bereich besitzen und somit ein gleitender bzw. ein abgerundeter Übergang von der Leitradschaufel (2) zu den Leitradseiten (1) gegeben ist.
Turbinenleitrad mit einer Vielzahl von Leitradschaufeln (2), die an einer Leitradseite (1) angeordnet sind, die mittels Positionierstiften (3) an einer Seite der Leitradschaufeln (2) in entsprechende Positioniervertiefungen in der Leitradseite (1) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitradschaufeln (2) an den Rändern zu der Leitradseite (1) einen größeren Querschnitt als im übrigen Bereich besitzen und somit ein gleitender bzw. ein abgerundeter Übergang von der Leitradschaufel (2) zu der Leitradseite (1) gegeben ist.
Turbinenleitrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (2) aus Keramik oder alternativen Material bestehen.
Turbinenleitrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen den einzelnen Leitradschaufeln (2) variabel gestaltet sind.
Turbinenleitrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Positionierstifte (3) der Dicke der Leitradseiten (1) entspricht.
Turbinenleitrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstifte (3) auf der einen Seite der Leitradschaufel (2) zur anderen Seite versetzt angeordnet sind.
Turbinenleitrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstifte (3) als Positionierwülste ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Turbinenleitrades mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leitradseiten (1) entsprechend der gewünschten Anzahl von Leitradschaufeln (2), des gewünschten Anstiegswinkels und entsprechend des gewünschten Abstandes zwischen den einzelnen Leitradschaufeln (2) Positioniervertiefungen in die Leitradseiten (1) für die Positionierstifte (3) eingebracht werden, die Leitradschaufeln (2) anschließend mit den Positionierstiften (3) in die Positioniervertiefungen der Leitradseiten (1) eingepresst werden.
Verfahren zur Herstellung eines Turbinenleitrades nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Montage des Leitrades zusätzlich eine feste Verbindung der Leitradschaufeln (2) mit den Leitradseiten (1) durch herkömmliche Verfahren, wie Schweißen, Löten, Kleben usw. erfolgt.