DE102006054154B4

DE102006054154B4 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102006054154B4
Application number: DE200610054154
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Ebel
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: DE102006054154A1

Abstract

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Turbine zur Entspannung eines die Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstroms und mit einem Verdichter zur Verdichtung eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, wobei die Turbine einen aus einem Rotorgrundkörper und mehreren Laufschaufeln gebildeten Turbinenrotor aufweist, und wobei die Laufschaufeln der Turbine über Schaufelfüße derselben in Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers, die im wesentlichen in Axialrichtung verlaufen, verankert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (11) an einer Seite eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut (14) aufweist, die durch die der Aufnahme der Laufschaufeln (12) dienenden Ausnehmungen unterbrochen ist, dass die Laufschaufeln (12) im Bereich der Schaufelfüße (13) an einer Seite jeweils eine Nut (15) aufweisen, die in montiertem Zustand die Nut (14) des Rotorgrundkörpers ergänzen, und dass zur Sicherung der Axialposition der Laufschaufeln (12) im Rotorgrundkörper (11) ein einziger Haltering (16) in die Nut (14) des Rotorgrundkörpers (11) sowie in die Nute (15) der Laufschaufeln (12) eingereift, wobei der Haltering (16) an einer Umfangsposition unter Ausbildung von sich gegenüberliegenden Stoßflanken (17), die gegenüber der Radialrichtung des Turbinenrotors (10) schräggestellt sind, unterbrochen ist, und wobei der Haltering (16) durch einen Spannstift (22) fixiert ist, der zwischen die Stoßflanken (17) des Halterings (16) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Steigerung des Wirkungsgrads von Brennkraftmaschinen ist bereits bekannt, Brennkraftmaschinen mit einer Abgasaufladung auszurüsten. Bei einer Abgasaufladung bzw. Turboaufladung wird aus einem Motor abgeleitetes Abgas in einer Turbine eines Abgasturboladers entspannt, wobei die Turbine einen Verdichter des Abgasturboladers antreibt, in welchem dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft verdichtet wird. Über eine derartige Abgasaufladung bzw. Turboaufladung kann der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen gesteigert werden.
Ein Turbinenrotor der Turbine eines Abgasturboladers umfasst einen Rotorgrundkörper sowie mehrere Laufschaufeln, wobei jede Laufschaufel des Turbinenrotors über einen Schaufelfuß im Rotorgrundkörper verankert ist. Hierzu verfügt der Rotorgrundkörper über eine Vielzahl von im wesentlichen in Axialrichtung verlaufenden Ausnehmungen, wobei in jede der Ausnehmungen eine Laufschaufel mit dem Schaufelfuß derselben einführbar ist. Um die Axialposition der Laufschaufeln im Rotorgrundkörper zu sichern, kommen bei aus der Praxis bekannten Abgasturboladern eine Vielzahl von Befestigungselementen zum Einsatz, wobei jedes der Befestigungselemente der Sicherung einer einzigen Laufschaufel im Rotorgrundkörper dient. Die Verwendung einer Vielzahl von Befestigungselementen zur Axialsicherung der Laufschaufeln im Rotorgrundkörper verfügt insbesondere über den Nachteil, dass die Montage des Turbinenrotors und damit des Abgasturboladers aufwendig ist ( DE 10 2004 017 193 A1 ).
Ein Abgasturbolader mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs ist aus CH 298 625 A bekannt. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 103 48 198 A1 , aus EP 1 357 254 A2 , aus US 5 662 458 A bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen Abgasturbolader mit einer neuartigen Sicherung für die Schaufelfüße der Turbinenschaufeln, die einfach und schnell montiert werden kann, zu schaffen. Dieses Problem wird durch einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 1 gelöst.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung erfolgt die Axialsicherung der Position der Laufschaufeln im Rotorgrundkörper durch einen einzigen Haltering, der an einer Umfangsposition unter Ausbildung von sich gegenüberliegenden Stoßflanken, die gegenüber der Radialrichtung des Turbinenrotors schräggestellt sind, unterbrochen ist, wobei der Haltering durch einen Spannstift fixiert, der zwischen die Stoßflanken des Halterings eingreift.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Nut des Rotorgrundkörpers und die Nute der Laufschaufeln jeweils eine radial außenliegende Begrenzungswand auf, wobei der Haltering, der an einer Umfangsposition durchtrennt ist, in montiertem Zustand federnd gegen die radial außenliegenden Begrenzungswände drückt, und wobei sich an die radial außenliegende Begrenzungswand der Nut des Rotorgrundkörpers und an die radial außenliegenden Begrenzungswände der Nute der Laufschaufeln nach radial innen gegenüber den Begrenzungswänden vorstehende Vorsprünge anschließen, die in montiertem Zustand den Haltering zumindest teilweise überdecken. Die Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers sind gegenüber der Axialrichtung desselben um einen definierten Winkel schräg gestellt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen Ausschnitt aus einem Turbinenrotor eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers in axialer Blickrichtung;
2: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch den Turbinenrotor gemäß 1 in axialer Schnittrichtung;
3: einen Ausschnitt aus einer Laufschaufel des Turbinenrotors gemäß 1; und
4: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Rotorgrundkörper des Turbinenrotors gemäß 1 in axialer Schnittrichtung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, wobei ein Abgasturbolader eine Turbine sowie einen Verdichter aufweist. Die Turbine des Abgasturboladers dient der Entspannung eines einen Motor der Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstroms. Die Turbine des Abgasturboladers treibt den Verdichter desselben an, um einen dem Motor der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstrom zu verdichten.
Die Turbine eines Abgasturboladers umfasst neben statorseitigen Baugruppen einen Turbinenrotor, wobei 1 einen Ausschnitt aus einem Turbinenrotor 10 eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers zeigt. Der Turbinenrotor 10 umfasst einen Rotorgrundkörper 11 sowie mehrere Laufschaufeln 12, wobei jede Laufschaufel 12 über einen Schaufelfuß 13 in jeweils einer im wesentlichen in Axialrichtung des Rotorgrundkörpers 11 verlaufenden Ausnehmung desselben fixiert ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers, de der Aufnahme der Schaufelfüße 13 der Laufschaufeln 12 dienen, gegenüber der Axialrichtung des Rotorgrundkörpers 11 um einen definierten Winkel von in 11,5° bis 17,5° schräggestellt.
In den Rotorgrundkörper 11 (siehe insbesondere 2 und 4) ist an einer Seite desselben eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut 14 eingebracht. Die Nut 14 des Rotorgrundkörpers 11 ist im Bereich der Ausnehmungen, die der Aufnahme der Schaufelfüße 13 der Laufschaufeln 12 dienen, durch die Ausnehmungen unterbrochen. Weiterhin ist in die Laufschaufeln 12, nämlich im Bereich der Schaufelfüße 13 derselben, an einer Seite eine Nut 15 eingebracht, wobei die Nute 15 der Laufschaufeln 12 in montiertem Zustand die Nut 14 des Rotorgrundkörpers 11 ergänzen.
Zur Sicherung der Axialposition der Laufschaufeln 12 im Rotorgrundkörper 11 greift in die Nut 14 des Rotorgrundkörpers 11 sowie in die Nute 15 der Laufschaufeln 12 ein Haltering 16 ein, wobei gemäß 1 der Haltering 16 an einer Umfangsposition unter Ausbildung von sich gegenüberliegenden Stoßflanken 17 unterbrochen ist. Gemäß 1 sind die Stoßflanken 17 gegenüber der Radialrichtung des Turbinenrotors 10 schräggestellt.
Die Nut 14 des Rotorgrundkörpers 11 weist eine radial außenliegende Begrenzungswand 18 auf. An diese radial außenliegende Begrenzungswand 18 schließt sich ein Vorsprung 19 an, der gegenüber der radial außenliegenden Begrenzungswand 18 der Nut 14 nach radial innen vorsteht. Ebenso verfügen die Nute 15 der Laufschaufeln 12 über radial außenliegende Begrenzungswände 20, wobei sich an die radial außenliegende Begrenzungswände 20 Vorsprünge 21 anschließen, die gegenüber der jeweiligen Begrenzungswand 20 nach radial innen vorstehen.
In montiertem Zustand drückt der Haltering 16 federnd bzw. federelastisch gegen die radial außenliegenden Begrenzungswände 18 und 20 der Nute 14 und 15 des Rotorgrundkörpers 11 und der Laufschaufeln 12, wobei die Vorsprünge 19 und 21 den Haltering 16 zumindest teilweise überdecken. Der Haltering 16 kann demnach im Betrieb nicht aus den Nuten 14 und 15 herausrutschen.
Um ein Verdrehen und Verformen des Halterings 16 und damit eine Beeinflussung des Wuchtzustands des Turbinenrotors 10 im Betrieb zu verhindern, wird der Haltering 16 durch einen Spannstift 22 (siehe 1) fixiert, der zwischen die Stoßflanken 17 des Halterings 16 eingeführt ist. Die Stoßflanken 17 des Halterings 16 werden demnach mit Hilfe des Spannstifts 22 gesichert.
Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, verfügen die Schaufelfüße 13 der Laufschaufeln 12 im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine tannenbaumähnliche Kontur. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Konturierung der Schaufelfüße 13 der Laufschaufeln 12 rein exemplarisch ist. Die Schaufelfüße 13 der Laufschaufeln 12 können beliebig konturiert sein.
Bezugszeichenliste

10: Turbinenrotor
11: Rotorgrundkörper
12: Laufschaufel
13: Schaufelfuß
14: Nut
15: Nut
16: Haltering
17: Stoßflanke
18: Begrenzungswand
19: Vorsprung
20: Begrenzungswand
21: Vorsprung
22: Spannstift

Claims

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Turbine zur Entspannung eines die Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstroms und mit einem Verdichter zur Verdichtung eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, wobei die Turbine einen aus einem Rotorgrundkörper und mehreren Laufschaufeln gebildeten Turbinenrotor aufweist, und wobei die Laufschaufeln der Turbine über Schaufelfüße derselben in Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers, die im wesentlichen in Axialrichtung verlaufen, verankert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (11) an einer Seite eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut (14) aufweist, die durch die der Aufnahme der Laufschaufeln (12) dienenden Ausnehmungen unterbrochen ist, dass die Laufschaufeln (12) im Bereich der Schaufelfüße (13) an einer Seite jeweils eine Nut (15) aufweisen, die in montiertem Zustand die Nut (14) des Rotorgrundkörpers ergänzen, und dass zur Sicherung der Axialposition der Laufschaufeln (12) im Rotorgrundkörper (11) ein einziger Haltering (16) in die Nut (14) des Rotorgrundkörpers (11) sowie in die Nute (15) der Laufschaufeln (12) eingereift, wobei der Haltering (16) an einer Umfangsposition unter Ausbildung von sich gegenüberliegenden Stoßflanken (17), die gegenüber der Radialrichtung des Turbinenrotors (10) schräggestellt sind, unterbrochen ist, und wobei der Haltering (16) durch einen Spannstift (22) fixiert ist, der zwischen die Stoßflanken (17) des Halterings (16) eingreift.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) des Rotorgrundkörpers (11) und die Nute (15) der Laufschaufeln (12) jeweils eine radial außenliegende Begrenzungswand (18; 20) aufweisen, und dass der Haltering (16) in montiertem Zustand federnd gegen die radial außenliegenden Begrenzungswände (18; 20) drückt.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die radial außenliegende Begrenzungswand (18) der Nut (14) des Rotorgrundkörpers (11) und an die radial außenliegende Begrenzungswand (20) der Nute (15) der Laufschaufeln (12) Vorsprünge (19; 21) anschließen, die in montiertem Zustand den Haltering (16) zumindest teilweise überdecken.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers (11) gegenüber der Axialrichtung desselben um einen definierten Winkel schräggestellt sind.