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Die
Erfindung betrifft eine Turbine, insbesondere eines Abgasturboladers,
mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Turbinenrotor,
dem mindestens ein einen radialen Einlasskanal für ein
den Turbinenrotor antreibendes Medium bildender Leitapparat zugeordnet
ist, wobei der Leitapparat einen mehrere den Turbinenrotor radial
umgebende, in dem Einlasskanal liegende Leitschaufeln aufweisenden
Leitschaufellagerring sowie einen Leitschaufeldeckring aufweist,
und wobei der Einlasskanal durch den Leitschaufellagerring und den
Leitschaufeldeckring axial begrenzt ist und der Leitschaufeldeckring mit
einer dem Einlasskanal abgewandten Stirnseite an einem Stützbereich
des Gehäuses anliegt.
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Ferner
betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, mit einem Verdichter und einer Turbine, die mechanisch miteinander
wirkverbunden sind.
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Stand der Technik
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Turbinen
der eingangs genannten Art sind bekannt. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau
werden häufig Abgasturbolader verwendet, die zur Leistungs-
und Drehmomentsteigerung einer Brennkraftmaschine dienen. Die Turbine
beziehungsweise der Turbinenrotor eines derartigen Abgasturboladers wird
dabei durch einen Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben
und treibt einen Verdichter an, welcher seinerseits angesaugte Frischluft
verdichtet und in Zylinder der Brennkraftmaschine treibt. Durch das
Verdichten der Frischluft wird der in die Zylinder der Brennkraftmaschine
eingebrachte Frischluftanteil erhöht und dadurch die Leistungs-
beziehungsweise Drehmomentsteigerung erreicht. Da die Turbine von dem
Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben wird, sind keine weiteren
Aggregate zum Erhöhen des Füllvolumens der Zylinder
vonnöten.
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Mittlerweile
sind auch Turbinen mit so genannter variabler Turbinengeometrie
(VTG) bekannt. Eine derartige Turbine mit variabler Turbinengeometrie
lehnt sich an die Wirkungsweise der Francis-Turbine an und dient
dazu, die Leistungsabgabe und das Ansprechverhalten an unterschiedlichen
Betriebspunkten besser beziehungsweise optimal einstellen/anpassen
zu können. Um das zu erreichen, befinden sich verstellbare Leitschaufeln
in dem Einlasskanal der Turbine. Bekannt ist es hierbei, die verstellbaren
Leitschaufeln an einem Leitschaufellagerring derart anzuordnen,
dass sie den Turbinenrotor radial umgeben beziehungsweise umrahmen.
Meistens sind die Leitschaufeln gleichmäßig beziehungsweise gleichwinklig
verteilt über den Umfang des Turbinenrotors und beabstandet
zu dem Turbinenrotor an dem Leitschaufellagerring angeordnet. In
manchen Fällen werden die Leitschaufeln zusätzlich
an dem Leitschaufeldeckring gelagert, wobei letzterer dann ebenfalls
als Leitschaufellagerring ausgebildet ist. Der Anstellwinkel der
Leitschaufeln wird beispielsweise derart eingestellt, dass bei einem
geringen Durchsatz des den Turbinenrotor antreibenden Mediums, wie
zum Beispiel das Abgas der Brennkraftmaschine, und bei gleichzeitigem
hohen Leistungsbedarf der Durchströmungsquerschnitt in
dem Einlasskanal reduziert wird, sodass das Medium beschleunigt
auf die Turbinenschaufeln geleitet wird, wodurch die Drehzahl der
Turbine und somit die Leistung des Verdichters erhöht wird.
Umgekehrt kann bei einem hohen Durchsatz des Mediums und einem geringen Leistungsbedarf
durch einen großen Durchströmungsquerschnitt die
Strömungsgeschwindigkeit des Mediums verringert werden,
wodurch die Leistung der Turbine, und damit die des Abgasturboladers,
verringert/vermindert wird. Um den Einströmungsquerschnitt
beziehungsweise den Durchströmungsquerschnitt des Einlasskanals
genau einstellen zu können, wird der Einlasskanal, in dem
sich die Leitschaufeln befinden, axial durch den Leitschaufellagerring,
an dem die Leitschaufeln angeordnet sind, und einen axial zu dem
Leitschaufellagerring beabstandeten Leitschaufeldeckring begrenzt.
Wobei der axiale Abstand des Leitschaufellagerrings zu dem Leitschaufeldeckring
im Wesentlichen der Axial-Erstreckung der Leitschaufeln entspricht.
Die Verwendung des Leitschaufeldeckrings hat den Vorteil, dass nur
der Leitschaufeldeckring aus einem höherwertigen Material,
welches den hohen Temperaturen des Abgases standhält, gefertigt
werden muss, wohingegen das übrige Gehäuse der
Turbine aus einem weniger hochwertigen Material hergestellt werden
kann. Darüber hinaus trennt der Leitschaufeldeckring den Leitapparat
vom Gehäuse der Turbine, wobei Verformungen und Spannungen
des Gehäuses nicht auf den Leitapparat übertragen
werden. Mit seiner dem Einlasskanal abgewandten Stirnseite liegt
der Leitschaufeldeckring üblicherweise an einem Stützbereich
des Turbinengehäuses an. Der Stützbereich dient
zum Halten und zum Abdichten des Leitapparats, sodass das Medium
nicht an dem Leitapparat vorbeiströmt. Eine derartige Turbine
ist beispielsweise aus der
US 2004/0081567 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass das Gehäuse im Stützbereich zumindest
eine zu dem Leitschaufeldeckring randoffene, von dem Medium durchströmbare
Aussparung aufweist. Der an dem Leitschaufeldeckring anliegende
Stützbereich des Turbinengehäuses ist also derart
gestaltet, dass er zumindest eine Aussparung aufweist, die von dem den
Turbinenrotor antreibenden Medium durchströmbar ist. Hierzu
steht die Aussparung zweckmäßigerweise in strömungstechnischer
Kommunikation mit dem durch den Einlasskanal strömenden
Medium, sodass dieses sowohl durch den Einlasskanal als auch durch
die Aussparung strömt. Die Aussparung ist dabei randoffen
zu dem Leitschaufeldeckring ausgebildet, sodass das durch die Aussparung
oder das in die Aussparung strömende Medium in direktem Kontakt
zu dem Leitschaufeldeckring steht beziehungsweise an der zu dem
Einlasskanal abgewandten Stirnseite des Leitschaufeldeckrings entlang
strömen kann. Die Aussparung hat den Zweck, einen Temperaturausgleich
an dem Leitschaufeldeckring zu erzielen. Das häufig mit
hohen Temperaturen einströmende Medium, insbesondere das
einströmende Abgas der Brennkraftmaschine, führt
bei einer konventionellen Turbine mit variabler Turbinengeometrie dazu,
dass der Leitschaufeldeckring nur an der dem Einlasskanal zugewandten
Stirnseite mit einer hohen Temperatur beaufschlagt wird. Dies hat
zur Folge, dass der Leitschaufeldeckring ungleichmäßig,
nämlich im Wesentlichen nur einseitig, erhitzt wird, was zu
hohen Spannungen und zu Deformationen des Leitschaufeldeckrings
führt. Derartige Deformationen werden üblicherweise
bei der Konstruktion der Turbine dadurch mitberücksichtigt,
dass ein entsprechendes Spiel zwischen der dem Einlasskanal zugewandten
Stirnseite des Leitschaufeldeckrings und den Leitschaufeln vorgesehen
ist. Je höher die erwarteten Deformationen des Leitschaufeldeckrings
ausfallen, desto größer muss dieses Spiel gewählt
werden. Ein großes Spiel beziehungsweise ein entsprechend großer
Spalt zwischen dem Leitschaufeldeckring und den Leitschaufeln führt
jedoch dazu, dass sich der Einströmungsquerschnitt der
Turbine nicht mehr genau einstellen lässt beziehungsweise
in Abhängigkeit von der Deformation des Leitschaufeldeckrings
variiert. Je nach Temperaturgradient kann sich das Leitschaufelspiel
vergrößern beziehungsweise verkleinern, in letzterem
Fall kann das Spiel der Leitschaufeln zu klein werden und zum Klemmen
der Leitschaufeln führen. Hierdurch verschlechtert sich
der Wirkungsgrad der Turbine. Durch die erfindungsgemäße,
in dem Stützbereich ausgebildete, zu dem Leitschaufeldeckring
randoffene und von dem Medium durchströmbare Aussparung
wird nunmehr erreicht, dass der Leitschaufeldeckring auch an der
von dem Einlasskanal abgewandten Stirnseite mit der im Einlasskanal
vorherrschenden Temperatur beaufschlagt wird. Hierdurch wird die
Deformation des Leitschaufeldeckrings im Betrieb verringert, sodass
insbesondere das Spiel zwischen dem Leitschaufeldeckring und den
Leitschaufeln kleiner gewählt werden kann, wodurch der
thermodynamische Wirkungsgrad der Turbine verbessert wird. Je nach
Anordnung und/oder Größe der Aussparung kann hierbei
gezielt der Leitschaufeldeckring mit dem Medium beziehungsweise
der Temperatur des Mediums beaufschlagt werden. Die Dicht- und Haltefunktion
des Stützbereichs bleibt dabei natürlich erhalten.
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Vorteilhafterweise
ist die Aussparung stromaufwärts der Leitschaufeln einströmbar.
Insbesondere bei einem eingestellten kleinen Durchströmungsquerschnitt
des Einlasskanals, durch den entsprechenden Anstellwinkel der Leitschaufeln,
wird hierbei das anströmende Medium in die Aussparung hinein gefördert.
Zweckmäßigerweise ist die Aussparung derart ausgebildet,
dass nur ein kleiner Teil des den Turbinenrotor antreibenden Mediums
in die Aussparung gelangt, sodass der wesentliche, energiehaltige Bestandteil
des Mediums dem Turbinenrotor zugeführt wird. Durch das
Einströmen in die Aussparung stromaufwärts der
Leitschaufeln wird also trotz des vorteilhafterweise kleinen Anteils
des einströmenden Mediums ein ausreichender Temperaturausgleich gewährleistet.
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Alternativ
oder zusätzlich ist die Aussparung vorteilhafterweise stromabwärts
der Leitschaufeln einströmbar. Ebenso ist es vorstellbar,
mehrere Aussparungen vorzusehen. Wobei wählbar entweder
alle Aussparungen stromaufwärts oder alle Aussparungen
stromabwärts der Leitschaufeln einströmbar sind,
oder mindestens eine Aussparung stromaufwärts und mindestens
eine andere Aussparung stromabwärts der Leitschaufeln einströmbar
ist. Dabei können die Aussparungen entweder im Wesentlichen
auf dem gleichen Radius des zweckmäßigerweise
im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildeten Stützbereichs
angeordnet beziehungsweise ausgebildet sein, oder die Aussparungen
sind auf zwei unterschiedlichen Radien des Stützbereichs
angeordnet, sodass auch zwei Aussparungen radial hintereinander
ausgebildet sein können. Wobei die auf dem äußeren
Radius gelegene Aussparung zweckmäßigerweise stromaufwärts
der Leitschaufeln und die auf dem inneren Radius liegende Aussparung zweckmäßigerweise
stromabwärts der Leitschaufeln einströmbar ist.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in dem Stützbereich
mehrere Aussparungen gleichwinklig über den Stützbereich
verteilt ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Aussparungen gleichmäßig über
den Stützbereich verteilt angeordnet, wobei die Aussparungen
jeweils den gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen. Hierbei
wird eine besonders gleichmäßige Beaufschlagung
des Leitschaufeldeckrings mit dem Medium und somit ein besonders
gleichmäßiger Temperaturausgleich des Leitschaufeldeckrings
erreicht. Die Bereiche des Stützbereichs, die keine Aussparung
aufweisen, können weiterhin zum Stützen und Befestigen
des Leitschaufeldeckrings an dem Turbinengehäuse verwendet
werden. Zweckmäßigerweise sind die Aussparungen
derart ausgebildet, dass das Medium nicht (seitlich) an den Leitschaufeln
beziehungsweise an dem Leitapparat vorbeiströmt. Die Aussparungen
bilden/ermöglichen also keinen Bypass beziehungsweise Leckagepfad.
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Bevorzugt
ist die Aussparung, beziehungsweise sind die mehreren Aussparungen
als Hinterschnitt ausgebildet. Das bedeutet, dass die Aussparung
direkt mit dem Einlasskanal kommuniziert und beispielsweise lediglich
als eine Vertiefung in dem Stützbereich des Turbinengehäuses
ausgebildet ist, die sich über den Innen- und/oder Außen-Radius
des Leitschaufeldeckrings hinaus erstreckt, sodass das Medium an
dem Leitschaufeldeckring vorbei in die Aussparung beziehungsweise
in den Hinterschnitt einströmen kann. Alternativ zu der
Ausbildung als Hinterschnitt können eine oder mehrere Strömungskanäle
vorgesehen sein, die mit der Aussparung und dem Einlasskanal strömungstechnisch
in Verbindung stehen. Wobei sich hierbei der Einlasskanal nicht
auf den Bereich zwischen dem Leitschaufellagerring und dem Leitschaufeldeckring
beschränkt, sondern auch den Bereich stromaufwärts
und stromabwärts der Leitschaufeln, des Leitschaufellagerrings
und/oder des Leitschaufeldeckrings einschließt.
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Vorteilhafterweise
erstreckt sich die Aussparung oder der Hinterschnitt konzentrisch über
den gesamten Stützbereich des Turbinengehäuses.
Das bedeutet, dass die Aussparung kreisringartig ausgebildet und
konzentrisch zu dem Turbinenrotor, der Drehachse des Turbinenrotors
und/oder zu der Rotationsachse des Leitschaufellagerrings und/oder
des Leitschaufeldeckrings angeordnet ist, wobei sich vorteilhafterweise
eine kreisringförmige Öffnung ergibt, durch die
das Medium aus dem Einlasskanal in die Aussparung beziehungsweise
in den Hinterschnitt einströmen kann, wobei die Öffnung
zweckmäßigerweise Teil der Aussparung/des Hinterschnitts
ist. Hierdurch wird der Leitschaufeldeckring vollumfänglich
mit dem Medium beidseitig beaufschlagt. Hierbei ist es auch denkbar,
dass mehrere Aussparungen, die sich konzentrisch über den
gesamten Stützbereich hinweg erstrecken, wie oben bereits
beschrieben, vorgesehen sind, die radial zueinander beabstandet
angeordnet beziehungsweise in dem Stützbereich ausgebildet
sind. Die äußerste und die innerste dieser Aussparungen – radial
gesehen – sind nach einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung jeweils als Hinterschnitt, wie oben beschrieben, ausgebildet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Aussparung als Temperaturausgleichskanal
ausgebildet. Der Temperaturausgleichskanal zeichnet sich dadurch
aus, dass das Medium gezielt durch ihn hindurchströmt beziehungsweise
durch ihn hindurch geleitet wird, wobei der Temperaturausgleichskanal mindestens
einen Einlass und mindestens einen Auslass aufweist, sodass die
Strömungsrichtung des Mediums durch den Temperaturausgleichskanal
definiert ist. Dabei können Einlass und Auslass des Temperaturausgleichskanals
stromaufwärts und/oder stromabwärts der Leitschaufeln
angeordnet sein. So ist es beispielsweise denkbar, sowohl den Einlass
als auch den Auslass des Temperaturausgleichskanals stromaufwärts
der Leitschaufeln vorzusehen, sodass der Wirkungsgrad der Turbine
dadurch erhöht wird, dass das gesamte Medium durch den
Einlasskanal geleitet wird.
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Vorteilhafterweise
bildet der Temperaturausgleichskanal einen Umfangskanal. Hierbei
sind weniger die Anordnungen des Einlasses und des Auslasses in
Bezug auf die Leitschaufeln von Bedeutung, sondern die Anordnung
in Bezug auf einen Umfangswinkel des kreisringförmigen
Stützbereichs. Durch die Ausbildung als Umfangskanal wird
das Medium in erster Linie entlang eines Radius am Leitschaufeldeckring
entlang geleitet. Dabei kann sich der Umfangskanal über
einen Kreisringabschnitt oder über den gesamten Umfang/Kreisring
des Stützbereichs des Turbinengehäuses an der
Stirnseite des Leitschaufeldeckrings entlang erstrecken.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Leitschaufeldeckring
und dem Turbinengehäuse mindestens ein Dichtelement angeordnet.
Dieses verhindert, dass das in die Aussparung einströmende
Medium ohne Arbeit an dem Turbinenrotor zu verrichten (bypassartig)
entweicht.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Aussparung als Resonator ausgebildet ist.
Durch eine entsprechende Formgebung der als Resonator ausgebildeten
Aussparung können gasdynamische Effekte für die
Strömung in dem Leitapparat, der Turbine und im Turbinenrotor
eingestellt werden.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass an dem Leitschaufeldeckring und/oder an dem
Leitschaufellagerring mindestens ein den Einlasskanal axial sichernder
Abstandshalter angeordnet ist. Der Abstandshalter sichert also eine
Mindestbreite des Einlasskanals in seiner Axialerstreckung, mit
anderen Worten einen Mindestabstand des Leitschaufeldeckrings zu
dem Leitschaufellagerring, sodass beispielsweise eine hohe Reibung
zwischen den Leitschaufeln und dem Leitschaufeldeckring und/oder
dem Leitschaufellagerring verhindert wird.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass dem Leitschaufellagerring ein Verstellring
zum Verstellen der Leitschaufeln zugeordnet ist. Durch Verdrehen
des Verstellringes können hierbei alle Leitschaufeln gleichzeitig
in ihrem Anstellwinkel verstellt beziehungsweise eingestellt werden.
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Der
erfindungsgemäße Abgasturbolader zeichnet sich
durch eine Turbine aus, die wie oben beschrieben ausgebildet ist.
Der Abgasturbolader kann dabei sowohl für Ottomotoren als auch
für Dieselmotoren verwendet werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung
der Turbine wird eine verbesserte Thermodynamik des Abgasturboladers
erreicht. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der Turbine
beziehungsweise des Abgasturboladers erhöht, da nunmehr
aufgrund der verringerten Deformationen und Spannungen insbesondere
eine Reibung zwischen den Leitschaufeln und dem Leitschaufeldeckring,
die zu schneller Korrosion, Erosion und/oder zu schnellem Verschleiß der
verwendeten Materialien führen kann, verhindert wird. Die
erfindungsgemäße Aussparung kann auf einfache
Art und Weise in den Stützbereich des Gehäuses
eingebracht werden. Insbesondere eine als Hinterschnitt ausgebildete
Aussparung kann auf einfache Art und Weise, beispielsweise durch
Fräsen und/oder Drehen, in den Stützbereich des
Gehäuses eingearbeitet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Turbine mit einer vorteilhaften
Aussparung in einer schematischen Schnittdarstellung und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel der Turbine in einer schematischen
Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Turbine 1 eines
Abgasturboladers in einer schematischen Schnittdarstellung. Die
Turbine weist einen um eine Drehachse 2 drehbaren/rotierbaren Turbinenrotor 3 auf,
der von einem Medium – hier das Abgas einer Brennkraftmaschine – antreibbar
ist. Wobei in der 1 die Turbine 1 lediglich
oberhalb der Drehachse 2 dargestellt ist. Der Turbinenrotor 3 ist
dabei auf einer Welle 4 angeordnet, auf der ebenfalls ein
Verdichterrotor, der hier nicht dargestellt ist, des Abgasturboladers
angeordnet ist. Die Turbine 1 weist weiterhin ein Gehäuse 5 auf,
in welchem der Turbinenrotor 3 drehbar gelagert ist. Wobei
auf die Lagerung des Turbinenrotors 3 beziehungsweise der Welle 4 hier
nicht näher eingegangen werden soll. Weiterhin weist die
Turbine 1 einen Leitapparat 6 auf, der strömungstechnisch
vor dem Turbinenrotor 3 angeordnet ist. Der Leitapparat 6 dient
dazu, die Leistungsabgabe und das Ansprechverhalten des Abgasturboladers
an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen. Dazu weist der
Leitapparat 6 einen Leitschaufellagerring 7 auf,
der koaxial zu der Drehachse 2 des Turbinenrotors 3 angeordnet
ist. An dem Leitschaufellagerring 7 sind über
den Umfang des Turbinenrotors 3 gleichmäßig
verteilt mehrere verstellbare Leitschaufeln 8 angeordnet,
von denen in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur eine dargestellt ist. Natürlich ist auch eine ungleichmäßige Verteilung
der Leitschaufeln denkbar. Die Leitschaufeln 8 umgeben/umrahmen
also radial den Turbinenrotor 3 beziehungsweise einen wesentlichen
Teil des Turbinenrotors 3. Sie sind zweckmäßigerweise
radial beabstandet zu dem Turbinenrotor 3 angeordnet. Weiterhin
weist der Leitapparat 6 einen Leitschaufeldeckring 9 auf,
der axial beabstandet zu dem Leitschaufellagerring 7 angeordnet
ist, wobei der Abstand im Wesentlichen der Breite der Leitschaufeln 8 entspricht.
Zweckmäßigerweise ist der Abstand wenig größer
als die Breite beziehungsweise die Axialerstreckung der Leitschaufeln.
Die Differenz des Abstands zu der Breite der Leitschaufeln definiert
das sogenannte Leitschaufelspiel. Zum Sichern eines Mindestabstands
zwischen dem Leitschaufellagerring 7 und dem Leitschaufeldeckring 9 sind
vorteilhafterweise Abstandshalter 24 vorgesehen, die gleichmäßig
oder ungleichmäßig verteilt an dem Leitschaufellagerring 7 und/oder
dem Leitschaufeldeckring 9 angeordnet sind. Wobei die Abstandshalter 24 separat
oder einstückig mit dem Leitschaufellagerring 7 beziehungsweise
dem Leitschaufeldeckring 9 ausgebildet sind. Die Turbine
weist einen radialen Einlasskanal 10 für das den
Turbinenrotor 3 antreibende Medium (Abgas der Brennkraftmaschine)
auf, der axial durch den Leitschaufellagerring 7 und den
Leitschaufeldeckring 9 begrenzt ist. Der Einlasskanal 10 erstreckt
sich, wie bei radialen Einlasskanälen von Turbinen üblich, über
den gesamten Umfang der Turbine 1. Zum Einstellen eines
Einströmungsquerschnitts des Einlasskanals 10 können
die Leitschaufeln 8 in ihrem Anstellwinkel entsprechend
eingestellt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
weisen die Leitschaufeln 8 dazu einen Hebelarm 12 auf,
der sich durch den Leitschaufellagerring 7 hindurch erstreckt. Der
Hebelarm 12 kann beispielsweise mittels eines Verstellrings
betätigt werden, der koaxial zu dem Leitschaufellagerring 7 angeordnet
und mit den Hebelarmen 12 wirkverbunden ist. Der – hier
nicht dargestellte – Verstellring ist dabei auf der dem
Einlasskanal 10 abgewandten Seite des Leitschaufellagerrings 7 angeordnet.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 zweiteilig
ausgebildet, wobei ein Teil als ein Turbinengehäuse 11 und
der andere Teil als ein Lagergehäuse 13 ausgebildet
ist, wobei sich das Lagergehäuse 13 axial an das
Turbinengehäuse 11 anschließt. Der Leitapparat 6 ist
hierbei im Wesentlichen zwischen dem Lagergehäuse 13 und
dem Turbinengehäuse 11 angeordnet. Zwischen dem
Leitschaufellagerring 7 beziehungsweise dem Leitapparat 6 und
dem Lagergehäuse 13 ist dabei eine Dichtung 14 vorgesehen,
die alternativ oder zusätzlich auch als ein Hitzeschild,
eine Feder oder Ähnliches ausgebildet sein kann.
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Das
Turbinengehäuse 11 weist einen im Wesentlichen
kreisringförmigen, im wesentlich senkrecht zur Drehachse 2 ausgerichteten
Stützbereich 15 auf, an den der Leitschaufeldeckring 9 mit
seiner dem Einlasskanal 10 abgewandten Stirnseite 16 anliegt.
Das Turbinengehäuse 11 weist im Stützbereich eine
Aussparung 17 auf, die randoffen zu dem Leitschaufeldeckring 9 hin
ausgebildet und von dem Medium durchströmbar ist. Die Aussparung 17 ist
hierbei als ein Hinterschnitt 18 ausgebildet, der sich
konzentrisch zu der Drehachse 2 über den gesamten Stützbereich 15 erstreckt,
wobei der Hinterschnitt im Wesentlichen nutartig ausgebildet ist.
Der Hinterschnitt 18 ist also kreisringförmig
in dem Stützbereich 15 des Turbinengehäuses 11 ausgebildet,
wobei sein Innenradius größer ist als der Innenradius
des Leitschaufeldeckrings 9, sodass der Leitschaufeldeckring 9 und
der Stützbereich 15 eine Kontaktfläche/Stützfläche
entsprechend der Radiendifferenz der genannten Innenradien bilden,
und wobei der Außenradius des Hinterschnitts 18 größer
als der Außenradius des Leitschaufeldeckrings 9 ist,
sodass sich der Hinterschnitt über den Außenradius
des Leitschaufeldeckrings 9 hinaus erstreckt und das Medium
in den Hinterschnitt 18 beziehungsweise die Aussparung 17 einströmen
kann. Pfeile 19 kennzeichnen hierbei den üblichen
Strömungsweg des Mediums. Dieser verläuft durch
den Einlasskanal 10 im Wesentlichen radial zu dem Turbinenrotor 3 und
von da aus axial aus der Turbine 1 beziehungsweise dem Turbinengehäuse 11 heraus.
Die Turbine 1 weist somit einen radialen Einlasskanal 10 und
einen axialen, zentralen Ausgangskanal auf. Durch die vorteilhafte Ausbildung
als Hinterschnitt 18 kann nunmehr das Medium auch entlang
eines Pfeils 20 von dem eigentlichen Strömungsweg
(Pfeil 19) abweichen und in die Aussparung 17 einströmen.
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Durch
die vorteilhafte Aussparung 17 beziehungsweise den Hinterschnitt 18 wird
der Leitschaufeldeckring 9 nicht nur von seiner den Leitschaufeln 8 zugewandten
Stirnseite, sondern auch an seiner von dem Einlasskanal 10 abgewandten
Stirnseite 16 von dem Medium umströmt. Dies hat
den Vorteil, dass, wenn das Medium hohe Temperaturen aufweist, der Leitschaufeldeckring 9 an
beiden Stirnseiten mit dem Medium in Kontakt steht und dadurch mit
der Temperatur des Mediums beidseitig beaufschlagt wird. Dadurch
werden Deformationen, die aufgrund von einer einseitigen Temperaturbeaufschlagung
des Leitschaufeldeckrings – wie im Stand der Technik – entstehen
würden, verhindert oder zumindest vermindert. Dies führt
dazu, dass ein (axiales) Spiel, welches naturgemäß zwischen
den Leitschaufeln 8, dem Leitschaufeldeckring 9 und/oder
dem Leitschaufellagerring 7 eingestellt werden muss, damit
die Leitschaufeln 8 bewegt werden können und keine
zu hohe Reibung zwischen den Leitschaufeln und dem Leitschaufeldeckring 9 und
dem Leitschaufellagerring 7 entsteht, kleiner ausgelegt
werden kann. Dadurch wird der thermodynamische Wirkungsgrad der Turbine 1 verbessert.
Darüber hinaus gestaltet sich die Montage beziehungsweise
Befestigung des Leitapparats 6 beziehungsweise des Leitschaufeldeckrings 9 einfacher,
da sich letzterer nicht mehr aufgrund einer unausgewogenen Temperaturbelastung verformt.
Durch die verminderten Deformationen sowie durch die damit einhergehenden
verringerten Spannungen in dem Leitschaufeldeckring 9 und
die verringerten Reibwerte erhöht sich die Lebensdauer der
Turbine 1 beziehungsweise die des Abgasturboladers. Durch
die verringerten Reibwerte wird insbesondere eine Korrosion, Erosion
und/oder Verschleiß des Leitschaufeldeckrings 9,
der Leitschaufeln 8 und/oder des Leitschaufellagerrings 7 im
Kontaktbereich verhindert.
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Durch
die Ausbildung der Aussparung 17 als Hinterschnitt 18 strömt
das Medium in die Aussparung 17 durch die gleiche Öffnung
ein und aus. Um zu verhindern, dass das Medium aus der Aussparung 17 an
den Leitschaufeln 8 vorbeiströmt, ist vorteilhafterweise
eine Dichtung 21 zwischen der Stirnseite 16 des
Leitschaufeldeckrings 9 und dem Stützbereich 15 des
Turbinengehäuses 5 vorgesehen.
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Die 2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der Turbine 1,
das sich nur geringfügig von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
unterscheidet, sodass aus der 1 bekannte
Elemente in der 2 mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind und nicht nochmals erläutert werden. Der
Wesentliche Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels
besteht in der Anordnung des Hinterschnitts 18. Während
in dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 die
Aussparung 17 beziehungsweise der Hinterschnitt 18 stromaufwärts
der Leitschaufeln 8 einströmbar ist, ist in dem
zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Aussparung 17 beziehungsweise
der Hinterschnitt 18 stromabwärts der Leitschaufeln 8 von
dem Medium einströmbar ist. Das bedeutet, dass im zweiten
Ausführungsbeispiel der Außenradius des Hinterschnitts 18 kleiner
ist als der Außenradius des Leitschaufeldeckrings 9,
und der Innenradius des Hinterschnitts 18 kleiner als der
Innenradius des Leitschaufeldeckrings 9. Somit stehen der
Hinterschnitt 18 beziehungsweise die Aussparung 17 und
der Einlasskanal 10 stromabwärts der Leitschaufeln 8 strömungstechnisch
miteinander in Verbindung.
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Natürlich
sind auch noch weitere Ausbildungsformen der Erfindung denkbar.
Zum Beispiel kann die Aussparung 17 als ein Temperaturausgleichskanal
ausgebildet sein oder es können mehrere, insbesondere gleichgroße,
Aussparungen 17 gleichwinklig verteilt über den
Stützbereich 15 hinweg angeordnet beziehungsweise
ausgebildet sein, wobei die an dem Leitschaufeldeckring 9 anliegenden
Bereiche des Turbinengehäuses 11 mit Mitteln zum
Befestigen des Leitschaufeldeckrings 9 versehen sein können.
Ebenfalls ist es denkbar, Aussparungen 17 vorzusehen, die
radial beabstandet zueinander in dem Stützbereich 15 ausgebildet
sind und von dem Medium durchströmt werden können.
Die 2 zeigt hierbei zur Veranschaulichung als Option zu
der bereits beschriebenen, stromabwärts der Leitschaufeln 8 einströmbaren
Aussparung 17, eine gestrichelt dargestellte Aussparung 25,
die stromaufwärts der Leitschaufeln 8 einströmbar
und ebenfalls als Hinterschnitt 18 ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Aussparung 17 (oder sind die Aussparungen 17)
als Resonator 22 ausgebildet, sodass gasdynamische Effekte
für das strömende Medium im Leitapparat 6 und/oder
im Turbinenrotor 3 einstellbar sind. Eine Dichtung 23 zwischen
dem Lagergehäuse 13 und der Welle 4 sorgt dafür,
dass das Medium nicht von der Turbine 1 des Abgasturboladers
in das Lagergehäuse 13 beziehungsweise in den
sich an die Turbine 1 axial anschließenden Verdichter
gelangen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0004]