DE102009023488A1 - Turbine für einen Abgasturbolader sowie Verfahren zum Herstellen einer Turbine - Google Patents

Turbine für einen Abgasturbolader sowie Verfahren zum Herstellen einer Turbine Download PDF

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Jürgen Dipl.-Ing. Baßler (FH)
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/143Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine (10) für einen Abgasturbolader mit einem durch ein Turbinengehäuse (12) aufgenommenen Leitgitter (16) und mit einem Konturhülsenelement (20) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich (18), wobei das Leitgitter (16) und das Konturhülsenelement (20) einstückig ausgebildet sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Turbine (10) für einen Abgasturbolader, bei welchem ein Leitgitter (16) in einem Turbinengehäuse (12) und ein Konturhülsenelement (20) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich (18) angeordnet werden, wobei das Leitgitter (16) und das Konturhülsenelement (20) einstückig ausgebildet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Turbine für einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
  • Eine Abgasturbine ist in der DE 10 2005 027 080 A1 offenbart. Bei dieser Abgasturbine ist ein Leitgitter vorgesehen, welches fest in einem Turbinengehäuse angeordnet ist. Ebenso ist eine ein Turbinenrad umhüllende Konturhülse vorgesehen, mittels welcher Strömungsparameter beeinflussbar sind.
  • Bei dieser Lösung sind die Konturhülse und das Leitgitter als zwei separate Bauteile ausgebildet, was eine Teileanzahl und damit Kosten der Abgasturbine erhöht. Zudem bedeutet diese separate Ausbildung eine komplexere und damit kostenintensivere Montage der Abgasturbine. Zudem ist aufgrund einer relativ großen Beabstandung zwischen dem Leitgitter und der Konturhülse die Gefahr eines Verklemmens eines Regelschiebers zur Einstellung eines Turbineneintrittsquerschnitts in Folge eines Verzugs des Turbinengehäuses gegeben.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine vereinfachte Montage ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Turbine für einen Abgasturbolader mit einem durch ein Turbinengehäuse aufgenommenen Leitgitter und mit einem Konturhülsenelement zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass das Leitgitter und das Konturhülsenelement einstückig ausgebildet sind. Durch diese einstückige Ausbildung ist eine Montage der Turbine deutlich vereinfacht, da zum einen ein Handling der Turbine in Folge einer Teileanzahlreduzierung einfacher gestaltet ist. Zudem entfallen zusätzliche Montageschritte, da ein Verbund aus Leitgitter und Konturhülsenelement einfach und unaufwändig in dem Turbinengehäuse montierbar ist. Diese Reduzierung der Teileanzahl und der Montageschritte hat eine Reduzierung von Gesamtkosten für eine derartige Turbine zur Folge, was mit einer Kostenreduzierung für den gesamten Abgasturbolader einhergeht.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Leitgitter und das Konturhülsenelement als einstückiges Gussbauteil ausgebildet sind. Alternativ zu einer derartigen Fertigung durch einen Urformprozess können das Leitgitter und das Konturhülsenelement beispielsweise auch durch einen Umformprozess, etwa durch Schmieden, hergestellt sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das einstückige Bauteil aus Leitgitter und Konturhülsenelement aus dem Vollen gearbeitet ist. Auch ist es möglich, dass das Leitgitter und das Konturhülsenelement getrennt hergestellt und gefügt sind. Eine derartige gefügte Verbindung zwischen dem Leitgitter und dem Konturhülsenelement kann dabei beispielsweise durch Schweißen, insbesondere durch Strahl- oder Widerstandsschweißen ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass die beiden Teile durch Löten oder Nieten miteinander verbunden sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Bauteilverbund, welcher das Leitgitter, das Konturhülsenelement und ein Schieberelement zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnittes des Leitgitters umfasst, in das Turbinengehäuse einschiebbar ist. Bei dem besagten Schieberelement kann es sich beispielsweise um einen Axialschieber handeln, der axial verschiebbar gelagert ist und mittels welchem der Strömungsquerschnitt in einem Turbinenradeintrittsbereich variabel verstellbar ist. Eine derartige Einschiebbarkeit beispielsweise von einer Turbinenaustrittsseite her oder von einer gegenüberliegenden Seite eines Lagergehäuses her erlaubt eine weitere Vereinfachung und damit Kostenreduzierung der Montage, was in geringeren Gesamtkosten der Turbine resultiert. Somit handelt es sich bei dem Bauteilverbund um eine Kassettenlösung, die eine schnelle und damit kostengünstige Montage der Turbine erlaubt.
  • Eine Befestigung des Bauteilverbunds auf nur einer Seite des Turbinengehäuses erlaubt eine Minimierung eines Einflusses eines Verzugs des Turbinengehäuses durch unterschiedliche Wärmedehnungen auf eine Klemmneigung des Schieberelements, welches ein bewegliches Bauteil darstellt. Dies birgt den Vorteil, dass eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Turbine drastisch reduziert ist, was ebenso eine Wahrscheinlichkeit für kosten- und zeitintensive Wartungs- oder Reparaturarbeiten minimiert. Die besagte Befestigung des Bauteilverbunds kann dabei durch Klemmen und/oder Schrauben und/oder Nieten oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Weist das Konturhülsenelement zumindest bereichsweise einen zur Turbinenlängsachse im Wesentlichen senkrechten Stirnseitenbereich auf, über welchen das Konturhülsenelement mit dem Leitgitter verbunden ist, so bedeutet dies eine besonders einfache und damit kostengünstige Verbindung des Konturhülsenelements mit dem Leitgitter, welche beispielsweise durch besagtes Strahl- oder Widerstandsschweißen oder durch Löten ausgebildet ist. Dabei sind vorteilhafterweise Durchgangsöffnungen für eine Zugänglichkeit vorgesehen.
  • Ist das Leitgitter auf einer dem Konturhülsenelement gegenüberliegenden Seite mit einem Ringelement verbunden, so ergibt sich die Möglichkeit, das Leitgitter auf der entsprechenden Seite definiert und geführt im Turbinengehäuse abzustützen.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die erwähnten Schweißverbindungen in Form einer zu dem korrespondierenden Bauteil axial oder auch radial ausgeführten Schweißverbindung ausgebildet sein kann. Die Ausbildung der radialen oder axialen Schweißverbindung bezieht sich dabei auf eine Längsachse der Turbine.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen einer Turbine für einen Abgasturbolader, bei welchem ein Leitgitter in einem Turbinengehäuse und ein Konturhülsenelement zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich angeordnet werden, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Leitgitter und das Konturhülsenelement einstückig ausgebildet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der Turbine und umgekehrt anzusehen.
  • Die Ausbildung des Leitgitters und des Konturhülsenelements kann beispielsweise durch Urformen, Umformen, Gießen, Fügen, elektromechanisches oder mechanisches Bearbeiten oder dergleichen durchgeführt werden. In jeglicher Hinsicht ergibt sich eine einstückige Ausbildung des Leitgitters und des Konturhülsenelements, welche auf die beschriebene Art und Weise eine Montage der Turbine vereinfacht und eine Kostenreduzierung derselbigen erlaubt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnungen zeigen in:
  • 1 abschnittsweise eine Längsschnittansicht einer Turbine für einen Abgasturbolader, bei dem ein durch ein Turbinengehäuse aufgenommenes Leitgitter und ein Konturhülsenelement zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich einstückig ausgebildet sind, und
  • 2 abschnittsweise vier Längsschnittansichten der Turbine gemäß 1 zur Darstellung unterschiedlicher Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Leitgitter und dem Konturhülsenelement.
  • Die 1 zeigt eine Turbine 10 für einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse 12, durch welches ein Turbinenrad 14 aufgenommen ist. Des Weiteren ist durch das Turbinengehäuse 12 ein Leitgitter 16 zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich 18 sowie eine Konturhülse 20 zur Beeinflussung der Strömungsparameter in dem Turbinenradeintrittsbereich 18 vorgesehen. Durch einen auf der Konturhülse 20 gelagerten Axialschieber 24 ist ein Turbinenradeintrittsquerschnitt des Leitgitters 16 variabel einstellbar, und zwar dadurch, dass der Axialschieber 24 gemäß einem Richtungspfeil 26 axial verschiebbar ist und Leitschaufeln des Leitgitters 16 somit mehr oder weniger von einer Matrize des Axialschiebers 24 verdeckt bzw. aufgenommen werden. Abgas strömt dabei von dem Turbinenradeintrittsbereich 18 über das Leitgitter 16 und das Turbinenrad 14 zu einem Turbinenradaustrittsbereich 22.
  • Wie der 1 zu entnehmen ist, sind das Leitgitter 16 und die Konturhülse 20 einstückig ausgebildet, wobei diese einstückige Ausbildung beispielsweise durch einen Urform- oder einen Umformprozess wie beispielsweise Gießen oder Fügen darstellbar ist.
  • Bei der Ausführungsform der Turbine 10 gemäß 1 ist das Leitgitter 16 auf einer der Konturhülse 20 gegenüberliegenden Seite mit einem Ringelement 28 verbunden. Die Verbindung des Leitgitters 16 mit dem Ringelement 28 ist als optional anzusehen und für eine Vereinfachung der Montage der Turbine 10 infolge einer Einschiebbarkeit eines Bauteileverbunds aus der Konturhülse 20 und dem Leitgitter 16 nicht unbedingt von Nöten, erlaubt aber eine definierte und stabile Abstützung des Leitgitters 16 bzw. des Bauteilverbunds aus der Konturhülse 20 und dem Leitgitter 16 im Turbinengehäuse 12.
  • Die 2 stellt mögliche, einstückige Ausbildungen der Konturhülse 20 und des Leitgitters 16 dar, wobei in der 2 gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen wie in 1. Eine mögliche Verbindungsstelle zwischen der Konturhülse 20 und dem Leitgitter 16 ist mit A gekennzeichnet, wobei die Konturhülse 20 und das Leitgitter 16 an dieser Stelle A durch Fügen also beispielsweise durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden sind.
  • Im mit A bezeichneten Bereich weist die Konturhülse 20 bereichsweise einen zu einer Turbinenlängsachse 30 senkrechten Stirnseitenbereich 32 auf, über welchen die Konturhülse 20 mit dem Leitgitter 16 verbunden ist.
  • Mit B ist eine mögliche Verbindungsstelle zwischen dem Ringelement 28 und dem Leitgitter 16 herausgehoben. Die 2A zeigt dabei eine mögliche Verbindung zwischen dem Leitgitter 16 und dem Ringelement 28 durch einen zur Turbinenlängsachse 30 radial durchgeführten Strahlschweiß- oder Widerstandsschweißprozess.
  • Die 2B stellt eine Verbindung zwischen dem Leitgitter 16 und dem Ringelement 28 durch einen axial geschweißten oder gelöteten Zapfen dar, wobei auch eine gesamte Kontur eines Flügelelements des Leitgitters 16 durchgeführt werden kann.
  • Die 2C verdeutlicht eine Verbindung des Leitgitters 16 mit dem Ringelement 28 durch eine Vernietung der beiden Bauteile.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005027080 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Turbine (10) für einen Abgasturbolader mit einem durch ein Turbinengehäuse (12) aufgenommenen Leitgitter (16) und mit einem Konturhülsenelement (20) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Leitgitter (16) und das Konturhülsenelement (20) einstückig ausgebildet sind.
  2. Turbine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteilverbund, welcher das Leitgitter (16), das Konturhülsenelement (20) und ein Schieberelement (24) zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnittes des Leitgitters (16) in das Turbinengehäuse (12) einschiebbar ist.
  3. Turbine (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturhülsenelement (20) zumindest bereichsweise einen zur Turbinenlängsachse (30) im Wesentlichen senkrechten Stirnseitenbereich (32) aufweist, über welchen das Konturhülsenelement (20) mit dem Leitgitter (16) verbunden ist.
  4. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitgitter (16) auf einer dem Konturhülsenelement (20) gegenüberliegenden Seite mit einem Ringelement (28) verbunden ist.
  5. Verfahren zum Herstellen einer Turbine (10) für einen Abgasturbolader, bei welchem ein Leitgitter (16) in einem Turbinengehäuse (12) und ein Konturhülsenelement (20) zur Beeinflussung von Strömungsparametern in einem Turbinenradeintrittsbereich (18) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitgitter (16) und das Konturhülsenelement (20) einstückig ausgebildet werden.
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