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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader, dessen Turbinenteil
eine variable Turbinengeometrie mit in einer dem Umfang des Turbinenrades radial
benachbarten Ringzone angeordneten verstellbaren Leitschaufeln aufweist,
die an einem zum Turbinenrad gleichachsigen Trägerring
um zur Turbinenachse im Wesentlichen parallele Achsen schwenkbar
angeordnet sind, wobei eine radial zwischen dem Trägerring
und einem benachbarten Gehäuseteil verbleibende Trennfuge
durch ein flexibles Schild gegenüber das Turbinenteil durchsetzende Gase
abgeschirmt ist.
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Derartige
Turbolader mit variabler Turbinengeometrie werden bereits serienmäßig
in Kraftfahrzeugen zur Erhöhung der Leistung der jeweiligen Fahrzeugmotoren
eingesetzt. Mittels der verstellbaren Leitschaufeln können
die das Turbinenrad treibenden Gase je nach ihrer Stromstärke
in optimierter Strömung dem Turbinenrad zugeleitet werden.
Wenn nur ein Gasstrom mit geringer Stromstärke zur Verfügung
steht, werden die Leitschaufeln in eine Lage geschwenkt, bei der
die Schaufelebene im Wesentlichen tangential zu einem die Achsen
der Leitschaufeln durchsetzenden, zum Turbinenrad gleichachsigen
Kreis liegt. Dadurch werden die für die das Turbinenrad
treibenden Gase zwischen den Leitschaufeln zur Verfügung
stehenden Querschnitte stark eingeschränkt, mit der Folge,
dass eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit der Gase erreicht
wird. Sobald ein Gasstrom mit hoher Stromstärke zur Verfügung
steht, werden die Leitschaufeln derart verschwenkt, dass die Schaufelebenen
den vorgenannten Kreis unter einem mehr oder weniger großen Winkel
durchsetzen. Auf diese Weise kann dem Gasstrom ein mit dessen Stromstärke
zunehmender freier Querschnitt zwischen den Leitschaufeln geboten werden.
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Die
dem Turbinenrad zugewandte Stirnseite des Trägerrings bildet
zusammen mit daran radial anschließenden Wandteilen des
Turboladergehäuses eine den zum Turbinenrad geführten
Gasstrom begrenzende Wandung, die in der Regel hohen Temperaturen
ausgesetzt ist. Auf der vom Turbinenrad abgewandten Stirnseite des
Trägerrings sind in einem entsprechenden Freiraum des Turboladergehäuses mit
den Achsen der Leitschaufeln antriebsgekoppelte Verstellorgane für
die Leitschaufeln angeordnet. Dieser Verstellmechanismus soll von
den heißen Turbinengasen abgeschirmt werden. Dabei muss
insbesondere gewährleistet, dass die Turbinengase den Verstellmechanismus
nicht durch Trennfugen zwischen dem Trägerring und radial
anschließenden Gehäuseteilen erreichen können.
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Zu
diesem Zweck sind an den Trennfugen regelmäßig
Schilde angeordnet, die auch als Hitzeschilde bezeichnet werden.
Diese Schilde sind typischerweise flexibel ausgebildet, derart,
dass sie Relativbewegungen zwischen dem Trägerring und
den radial angrenzenden Gehäuseteilen folgen können. Mit
derartigen Relativbewegungen muss aufgrund der thermischen Belastung
der den Gasstrom begrenzenden Bauteile und gerechnet werden, das heißt
die Bauteile besitzen entsprechend der veränderlichen Umgebungstemperatur
veränderliche Maße.
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Aus
der
WO 2008/036862
A2 ist ein Turbolader der eingangs angegebenen Art mit
einem Hitzeschild zwischen dem Trägerring und angrenzenden Gehäuseteilen
bekannt.
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Bislang
ist der für die Montage der Schilde notwendige Aufwand
unerwünscht hoch. Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung,
eine den Montageaufwand deutlich vermindernde Konstruktion zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Schild jeweils als am Innen- oder Außenumfang
des Trägerrings angeordnete tellerfederartige Ringscheibe
ausgebildet ist.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Trägerring
mit dem zugeordneten Schild zu einer einstückig montierbaren
Baugruppe zusammenzufassen.
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Auf
diese Weise wird der Vorteil erreicht, dass der für die
Montage des Turboladers vorgesehenen Fertigungsstrasse nur vergleichsweise
wenige separate Teile bzw. Baugruppen zugeführt und weniger
Teile bzw. Baugruppen montiert werden müssen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schild
bzw. die den Schild bildende Ringscheibe einstückig am
Trägerring angeformt.
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Hier
wird der Vorteil genutzt, dass bei entsprechender Form des Trägerrings
ein multifunktionales Bauteil mit Tragfunktion für die
verstellbaren Leitschaufeln und Schutz- bzw. Abschirmfunktionen für
konstruktiv notwendige Trennfugen erreicht werden kann.
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Im Übrigen
kann in Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten vorgesehen sein,
den Ringflansch entweder am turbinenradseitigen axialen Rand des
jeweiligen Umfangs des Trägerrings oder am turbinenradfernen
axialen Rand anzuordnen.
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Schließlich
kann der Ringflansch eine vorgegebene Konizität aufweisen.
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Im Übrigen
wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche
und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand
der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
näher beschrieben werden.
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Schutz
wird nicht nur für ausdrücklich angegebene oder
dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell
beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
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In
der Zeichnung zeigt
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1 einen
stark schematisierten Axialschnitt des Turbinenteils eines Turboladers,
der eine variable Turbinengeometrie entsprechend der eingangs angegebenen
Art aufweist,
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2 einen
Axialschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Trägerrings mit tellerfederartigem Ringflansch,
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3 einen
Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform, und
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4 einen
Axialschnitt einer dritten Ausführungsform.
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Der
in 1 dargestellte Turbinenteil eines Turboladers
umfasst ein Turbinenrad 1, dessen Welle in einem benachbarten
Lagergehäuse 2 drehgelagert ist. Dabei ist das
Turbinenrad 1 in einem Turbinengehäuse 3 angeordnet,
welches im Wesentlichen aus einem Außenkörper 4 sowie
einem Innenkörper 5 besteht. Außen- und
Innenkörper 4, 5 umschließen einen
das Turbinenrad 1 umfassenden Spiralkanal 6, in
den die das Turbinenrad 1 treibenden Gase zunächst
einströmen und aus dem diese Gase über einen ringförmigen
Spaltraum 7 auf das Turbinenrad 1 geleitet werden.
Der Spaltraum 7 wird einerseits durch eine Radialwand 8 des
Innenkörpers 5 und andererseits durch einen die
Innenwand des Außenkörpers 4 radial fortsetzenden
Trägerring 9 begrenzt. Am Trägerring 9 sind
Leitschaufeln 10 um zur Welle des Turbinenrades 1 parallele
Achsen schwenkbar angeordnet, derart, dass die Leitschaufeln 10 mit
ihren Leitschaufelebenen einerseits tangential zu einem zur Turbinenradwelle
konzentrischen, die Achsen der Leitschaufeln 10 enthaltenden
Zylinder und andererseits schräg bzw. nahezu senkrecht
zu der Zylinderfläche eingestellt werden können.
Mit den Leitschaufeln 10 lassen sich somit der Anströmwinkel,
unter dem die Turbinengase auf das Turbinenrad 1 auftreffen
und andererseits die den Turbinengasen im Spaltraum 7 zur
Verfügung stehenden Durchtrittsquerschnitte verändern.
Auf der vom Spiralkanal 6 abgewandten Stirnseite des Trägerrings 9 ist
innerhalb des Turboladergehäuses ein hinreichender Freiraum
für eine Verstellanordnung der Leitschaufeln 10 vorgesehen.
Diese Verstellanordnung umfasst in der Regel mit den Drehachsen 10' der
Leitschaufeln 10 drehfest verbundene Schwenkhebel 11,
deren freie Enden mit einem zum Trägerring gleichachsigen Stellring 12 gekoppelt
sind, derart, dass bei Drehverstellung des Stellringes 12 relativ
zum Trägerring 9 die Leitschaufeln 10 geschwenkt
werden. Der die vorgenannten Stellelemente 11 und 12 aufnehmende Raum
ist gegenüber einem Zutritt der heißen Turbinengase
dadurch abgeschirmt, dass die den Spiralkanal 6 begrenzende
Innenwand des Außenkörpers 4 den radial äußeren
Rand des Trägerrings 9 radial überlappt.
Außerdem ist zwischen dem radial inneren Rand des Trägerrings 9 und
einem ringförmigen Bereich der turbinenradseitigen Stirnseite
des Lagergehäuses 2 ein Hitzeschild 13 angeordnet,
welcher nach Art einer Tellerfeder ausgebildet ist und den Trägerring 9 relativ
zum Lagergehäuse 2 in Richtung des Innenkörpers 5 spannt.
Durch einen axialen Abstandsraum zwischen dem Hitzeschild 13 und
der zugewandten Stirnseite des Lagergehäuses 2 wird
eine weitgehende thermische Trennung zwischen den das Turbinenrad 1 beaufschlagenden
Turbinengasen und dem Lagergehäuse 2 gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist
nun vorgesehen, dass der Trägerring 9 und der
Hitzeschild 13 eine einteilige Baugruppe bilden und dementsprechend
gemeinsam montiert werden können, wobei an die entsprechende
Montagestation einer Fertigungsstrasse jeweils nur eine einzige
einen Trägerring 9 sowie den zugeordneten Hitzeschild 13 umfassende
Baugruppe angeliefert werden muss. Anstelle einer gebauten Einheit
kann auch eine einstückige Bauweise vorgesehen sein. Dies
ist beispielhaft in den 2 bis 4 dargestellt.
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Die 2 bis 4 zeigen
jeweils einen Axialschnitt des Trägerrings 9,
wobei auch eine der zur Aufnahme der Leitschaufelachsen 10' dienenden Axialbohrungen 14 in
der jeweiligen Schnittebene liegt.
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Im
Beispiel der 2 ist am Innenumfang des Trägerrings 9 eine
tellerfederartige konische Ringfläche 15 angeformt,
deren freier, radial innerer Rand federnd an einer Ringzone 16 eines
Teils des Gehäuses des Turboladers, etwa am Lagergehäuse 2 anliegt.
Gemäß 3 kann die Ringfläche
gegebenenfalls auch im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Gemäß 4 kann
die tellerfederartige Ringfläche 15 auch am Außenumfang
des Trägerrings 9 einstückig angeformt
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/036862
A2 [0005]