-
Die
Erfindung betrifft einen Turbolader mit wenigstens einem Einstellteil
zum Einstellen eines Spalts an einem Laufrad. Das Laufrad ist hierbei
das Verdichterrad bzw. das Turbinenrad des Turboladers.
-
Ein
Turbolader weist im Allgemeinen eine Turboladerwelle auf, auf der
ein Turbinenrad und ein Verdichterrad befestigt sind. Über Abgas,
das über das
Turbinenrad geleitet wird, wird das Verdichterrad auf der Welle
angetrieben. Das Turbinenrad bzw. das Verdichterrad ist in einem
entsprechenden Turbinen- bzw. Verdichtergehäuse gelagert. Zwischen dem
Turbinenrad bzw. Verdichterrad muss dabei ein gewisser Spalt zum
Strömungsgehäuse vorgesehen
werden, um sicherzustellen, dass das jeweilige Rad nicht an dem
Gehäuse
reiben kann. Der Spalt darf dabei ein gewisses Mindestmaß nicht
unterschreiten, um zu gewährleisten,
dass es nicht zum Abstreifen kommt.
-
Die
den Spalt bestimmenden Bauteile werden dabei montiert, wie sie maßfällig zufällig zusammenkommen.
Ausgehend von dem Mindestmaß addieren
sich daher nun diverse Toleranzen der den Spalt bestimmenden Bauteile,
entsprechend deren Streuung in der Serie. Dies führt dazu, dass die Mehrzahl
der gebauten Turbolader im Spaltmaß deutlich größer ausfallen
als das erforderliche Minimum. Dies hat zur Folge, dass die thermodynamische
Effizienz schlechter ausfällt
als sie müsste.
Die Streuung des Gesamtwirkungsgrades kann beispielsweise bis zu
+/– 3%
betragen.
-
Demnach
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader
bereitzustellen, bei dem der Spalt derart eingestellt werden kann,
dass eine geeignete Spaltbreite vorgegeben werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader
mit einem Turboladergehäuse
bereitgestellt,
- – wobei in dem Turboladergehäuse wenigstens eine
Turbowelle angeordnet ist, auf welcher wenigstens ein Laufrad vorgesehen
ist,
- – wobei
das Turboladergehäuse
ein Lagergehäuse
und ein Laufradgehäuse
aufweist und
- – wobei
wenigstens ein Einstellteil zwischen dem Lagergehäuse und
dem Laufradgehäuse
angeordnet ist, um einen Spalt zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse einzustellen.
-
Der
Turbolader hat dabei den Vorteil, dass der Spalt zwischen dem Laufradgehäuse und
dem Laufrad gezielt über
das Einstellteil eingestellt und hierdurch optimiert werden kann.
Dadurch kann die Streuung der Wirkungsgrade von der Turbine und dem
Verdichter deutlich eingeengt werden. Dies führt zu geringeren Ladungswechselverlusten,
zu einer Reduzierung des Verbrauchs und zu einem verbesserten Abgasverhalten.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil in einer Aufnahme des Lagergehäuses und/oder
des Laufradgehäuses
vorgesehen. Dadurch kann das Einstellteil sehr einfach positioniert
und montiert werden.
-
In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil planar ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass
ein planares Bauteil besonders einfach und kostengünstig in
der Herstellung ist.
-
Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil als Teil eines Spiralgehäuseabschnitts des Laufradgehäuses ausgebildet.
Das Einstellteil ist dabei beispielsweise bogenförmig ausgebildet, wobei das
bogenförmige
Einstellteil einen Rückenabschnitt
und wahlweise einen Flanschabschnitt aufweist. Dies hat den Vorteil,
dass das Einstellteil individuell an die baulichen Gegebenheiten,
wie eben den Spiralgehäuseabschnitt
eines Laufradgehäuses
angepasst bzw. darin integriert werden kann.
-
In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil ein umlaufendes Ringelement. Dies ist dann
vorteilhaft, wenn das Gehäuse,
in dem das Ringelement aufgenommen wird, beispielsweise rotationssymmetrisch
ist.
-
In
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Dicke des Einstellteils so gewählt, dass darüber der
Abstand zwischen dem Lagergehäuse
und dem Laufradgehäuse
geeignet eingestellt werden kann und somit der Spalt zwischen dem
Laufrad und dem Laufradgehäuse
geeignet festgelegt werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil parallel zu einem Hitzeschild angebracht. Alternativ
kann das Einstellteil aber auch in Reihe mit dem Hitzeschild angeordnet
sein, wobei es das Hitzeschild zumindest teilweise oder vollständig berührt.
-
Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil wahlweise zusätzlich mit einem der Gehäuse verschraubt.
Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise wenn keine Aufnahme in
Form einer Vertiefung oder eines Vorsprungs oder dergleichen vorgesehen
ist, um das Einstellteil aufzunehmen, so kann dieses an dem Gehäuse mittels
Verschrauben befestigt werden. Grundsätzlich kann ein in einer Aufnahme
aufgenommenes Einstellteil ebenfalls zusätzlich mittels Verschrauben
befestigt werden.
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Laufradgehäuse
ein Verdichtergehäuse und
das Laufrad ein Verdichterrad. Zusätzlich oder alternativ kann
das Laufradgehäuse
auch ein Turbinengehäuse
und das Laufrad ein Turbinenrad sein.
-
In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Einstellteil aus Metall bzw. einer Metalllegierung und/oder
aus einem Dichtungsmaterial, wie beispielsweise Gummi bzw. Hartgummi.
Das Gummimaterial ist dabei vorzugsweise entsprechend hitzebeständig. Wahlweise
kann das Einstellteil aus Metall auch zusätzlich mit dem Dichtmaterial
beschichtet sein, um beispielsweise eine zusätzliche Dichtungsfunktion oder
eine verbesserte Dichtungsfunktion, bereitzustellen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht eines Turboladergehäuses mit einer darin angeordneten
Turbowelle, einem Turbinen- und Verdichterrad, gemäß dem Stand
der Technik;
-
2 ein
Ausschnitt der Turbinenseite eines Turboladergehäuses in einer Schnittansicht
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, und
-
3 ein
Ausschnitt der Verdichterseite eines Turboladergehäuses in
einer Schnittansicht gemäß einer
zweiten und dritten Ausführungsform
der Erfindung.
-
In
allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
-
In 1 ist
ein Turbolader 10 gemäß dem Stand
der Technik in einer Schnittansicht gezeigt. Darin ist eine Turbowelle 12 in
dem Gehäuse 14 des Turboladers 10 gelagert.
Auf der Turbo welle 12 ist dabei auf einer Seite ein Turbinenrad 16 angeordnet und
auf der anderen Seite ein Verdichterrad 18.
-
Das
Gehäuse 14 des
Turboladers 10 besteht dabei aus einem Lagergehäuse 20 und
einem Turbinen- und einem Verdichtergehäuse 22, 24.
Zwischen dem Turbinenrad 16 und dem Turbinengehäuse 22 ist
dabei ein Spalt 26 vorgesehen. Dieser muss ein Mindestmaß aufweisen,
um ein Reiben des Turbinenrads 16 an dem Turbinengehäuse 22 zuverlässig zu
verhindern. Entsprechendes gilt für das Verdichterrad 18.
Auch hier ist es notwendig, dass ein Spalt 28 zwischen
dem Verdichterrad 18 und dem Verdichtergehäuse 24 vorgesehen
ist, um ein Reiben des Verdichterrads 18 an dem Verdichtergehäuse 24 zuverlässig zu
verhindern.
-
Wie
zuvor bereits beschrieben wurde, werden die spaltbestimmenden Bauteile
montiert, darunter das Turbinenrad 16, das Verdichterrad 18,
das Turbinengehäuse 22,
das Verdichtergehäuse 24 und das
Lagergehäuse 20,
wie sie maßlich
zufällig
zusammenkommen. Dies hat den Nachteil, dass sich von dem Spaltmindestmaß ausgehend
die verschiedenen Toleranzen aufaddieren und daher das Spaltmaß der Spalte 26, 28 deutlich
größer ausfallen
kann als eigentlich notwendig. Dadurch kann der Gesamtwirkungsgrad
unnötig
verschlechtert werden.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, wie sie in 2 dargestellt
ist, wird der Spalt 26 zwischen dem Lagergehäuse 20 und
dem Turbinengehäuse 22 gezielt
eingestellt. Die erste Ausführungsform
ist selbstverständlich
entsprechend auch auf die Verdichterseite übertragbar.
-
Die
Erfindung besteht darin es zu ermöglichen, dass unter Großserienbedingungen
jeder Turbolader individuell in seinen Spaltmaßen sowohl auf der Turbinenseite
wie auch auf der Verdichterseite eingestellt werden kann. Dies geschieht
mittels des Vorsehens eines Einstellteils 30. Dazu muss
einerseits zunächst
das Überstandsmaß des Laufrades,
d. h. des Turbinenrads 16 in 2, gegenüber dem
Lagergehäuse 20 gemessen werden.
Das kann beispielsweise berührungslos
während
des Betriebsauswuchtens erfolgen.
-
Andererseits
muss das Eintauchmaß des
Lagergehäuses 20 und
des Turbinengehäuses 22 gemessen
werden. Dies kann beispielsweise als Arbeitsschritt bei der ATL-Montage
(Abgasturbolader-Montage)
erfolgen. Die beiden Maße
können
nun verrechnet werden und die Software am Montageplatz gibt nun
vor welches Abmaß ein
Einstellteil 30 haben muss. Das Einstellteil 30 muss
folglich in verschiedenen Abmaßen
am Montageplatz bereitliegen.
-
Das
Einstellteil 30 ist dabei, bei dem in 2 gezeigten
Beispiel, ein umlaufendes Ringelement, das beispielsweise in eine
Aufnahme 32 in Form einer Vertiefung am Turbinengehäuse 22 eingesetzt wird.
Dabei ist das Einstellteil 30 oberhalb eines Hitzeschilds 34 angeordnet,
ohne es zu berühren.
Das Einstellteil 30 ist hierbei, wie in 2 gezeigt
ist, parallel zu dem Hitzeschild 34 angeordnet.
-
Grundsätzlich kann
das Einstellteil 30 aber auch auf dem Hitzeschild 34 zumindest
teilweise oder vollständig
aufliegen. In diesem Fall ist das Einstellteil 30 dann „in Reihe" mit dem Hitzeschild 34 verbaut.
Das Einstellteil 30 ist dabei in seiner Dicke derart dimensioniert,
dass es den Spalt 26 zwischen dem Lagergehäuse 20 und
dem Turbinengehäuse 22 möglichst
optimiert.
-
Das
Einstellteil 30 kann hierbei ein Metallring sein. Des Weiteren
kann das Einstellteil 30 bei entsprechender Ausführung auch
als Abdichtung nach außen
wirken bzw. ausgebildet sein. Grundsätzlich kann aber auch ein Metallring 30 mit
einer Abdichtung kombiniert werden. Als Abdichtungsmaterial kann
hierbei ein Gummimaterial, beispielsweise ein Hartgummi vorgesehen
werden, der vorzugsweise wärme-
bzw. hitzebeständig
ist.
-
Das
Einstellteil 30 muss dabei nicht notwendigerweise als umlaufender
Ring ausgebildet sein, sondern kann jede beliebige Form aufweisen,
die in einer entsprechenden Aufnahme(n) an dem Turbinengehäuse 22 bzw.
Verdichtergehäuse 24 und/oder Lagergehäuse 20 aufgenommen
wird. Prinzipiell kann das Einstellteil 30 auch nur teilweise
umlaufend ausgebildet sein und wahlweise auch mehr als ein Einstellteil 30 vorgesehen
werden, beispielsweise zwei Einstellteile, die an unterschiedlichen
Positionen an dem Lagergehäuse 20 bzw.
Turbinengehäuse 22 bzw.
Verdichtergehäuse 24 angeordnet
sind. Das Einstellteil 30 kann dabei wahlweise zusätzlich mit Schrauben
(nicht dargestellt) an dem jeweiligen Gehäuse 20, 22, 24 befestigt
sein.
-
Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Streuung der Wirkungsgrade,
d. h. der Turbinenwirkungsgrad, der Verdichterwirkungsgrad bzw.
der Gesamtwirkungsgrad, deutlich eingeengt werden kann, was am Motor
durch genauere Applikation und geringeren Ladungswechselverlust
zu Verbrauchsreduzierung und verbessertem Abgasverhalten führt.
-
In 3 ist
eine zweite und dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Turboladers 10 dargestellt
am Beispiel der Verdichterseite. Wie zuvor mit Bezug auf 2 erläutert wurde,
kann die zweite und dritte Ausführungsform
problemlos auch auf die Turbinenseite angewendet werden.
-
In 3 ist
hierbei als Einstellteil 30, gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, beispielsweise ein planares Blech 36 vorgesehen,
das zwischen dem Verdichtergehäuse 24 und
dem Lagergehäuse 20 angeordnet
ist. Das Blech 36 kann dabei einen umlaufenden Ring bilden
oder auch nur teilweise umlaufend ausgebildet sein. Das Einstellteil 30 kann
dabei in einer Aufnahme 32 an dem Lagergehäuse 20 und/oder
dem Verdichtergehäuse 24 aufgenommen
sein oder auch mit einem davon beispielsweise verschraubt sein,
wie in 3 gezeigt ist.
-
Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung kann statt eines planaren Blechs 36 als Einstellteil 30 auch
ein gebogenes Blech 38 vorgesehen werden. Das gebogene
Blech 38 ist dabei mit gestrichelter Linie in 3 eingezeichnet
und bildet beispielsweise einen Teil eines Spiralgehäuseabschnitts 40.
Hierzu weist das Blech 38 einen bogenförmigen Abschnitt 42 auf,
der eine Spitze 44 bildet, wobei an der Spitze 44 ein
verlängerter
Rückenabschnitt 46 vorgesehen
ist, der einen Flanschabschnitt 48 aufweist. Dabei kann
der Spalt 28 hierbei über
die Dicke des Flanschabschnitts 48 eingestellt werden,
da die Dicke hierbei den Abstand zwischen dem Verdichtergehäuse 24 und
dem Lagergehäuse 20 bestimmt
und damit auch den Spalt 28 zwischen dem Verdichterrad 18 und
dem Verdichtergehäuse 22.
-
Die
Spitze 44 des gebogenen Blechs 38 mit dem verlängerten
Abschnitt 46, der den Rücken
des bogenförmigen
Abschnitts 42 bildet, ist in einer Aufnahme 32 des
Verdichtergehäuses 24 aufgenommen.
Das Verdichtergehäuse 24 weist
dabei als Aufnahme 32 eine Stufe im Gehäuse auf. Ebenso kann eine Aufnahme 32 in
Form beispielsweise einer Vertiefung an dem Lagergehäuse 20 vorgesehen
sein, in dem das andere Ende des bogenförmigen Abschnitts 42 aufgenommen
ist. Das gebogene Blech 38 kann wahlweise zusätzlich mit
dem Lagergehäuse 20 verschraubt
werden, wie das flache Blech 36 der zweiten Ausführungsform.
Das gebogene Blech 38 kann hierbei wie eine Art Feder wirken,
die vorgespannt wird, wenn sie in die Aufnahme 32 in dem
Verdichtergehäuse 24 aufgenommen
wird.
-
Über die
Dicke des jeweiligen flachen oder gebogenen Blechs 36, 38 kann,
wie zuvor beschrieben, die Breite des Spalts 28 zwischen
dem Verdichterrad 18 und dem Verdichtergehäuse 24 bzw.
der Abstand zwischen dem Lagergehäuse 20 und dem Verdichtergehäuse 24 eingestellt
und optimiert werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modi fizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen
sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale
davon.
-
Insbesondere
lassen sich alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowohl auf das
Verdichtergehäuse
wie auch auf das Turbinengehäuse anwenden.
Des Weiteren können
die Einstellteile 30 nicht nur als eine Art rotationssymmetrischer
Ring ausgebildet werden, sondern individuell an die baulichen Voraussetzungen
der jeweiligen Gehäuse 20, 22, 24 angepasst
werden, so kann das Einstellteil beispielsweise auch statt einer
Ringform eine eher eckige Form aufweisen, wenn das entsprechende Gehäuse beispielsweise
nicht rotationssymmetrisch ist. Des Weiteren kann das Einstellteil
eine beliebiges Profil aufweisen, so kann es flach oder wie zuvor
beschrieben gebogen ausgebildet sein, um einen Teil eines Spiralgehäuseabschnitts 40 zu
bilden. Das erfindungsgemäße Einstellteil 30 ist
jedoch nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann beliebig je nach Funktion und Einsatzzweck variiert werden.