Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader ist der DE 10 2009 006 278 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Turbine umfasst ein von Abgas durchströmbares Turbinengehäuse, in welchem ein Turbinenrad aufgenommen ist. Ferner umfasst die Turbine wenigstens ein stromauf des Turbinenrads angeordnetes Leitelement zum Ablenken des Abgases. Hierdurch kann das Turbinenrad besonders strömungsgünstig von dem Abgas angeströmt werden, so dass das Abgas das Turbinenrad effizient antreiben kann.Such a turbine for an exhaust gas turbocharger is the DE 10 2009 006 278 A1 to be known as known. The turbine comprises a turbine housing through which exhaust gas can flow, in which a turbine wheel is accommodated. Further, the turbine comprises at least one arranged upstream of the turbine wheel guide element for deflecting the exhaust gas. As a result, the turbine wheel can be flowed particularly streamlined by the exhaust gas, so that the exhaust gas can efficiently drive the turbine wheel.
Darüber hinaus ist ein Abdeckelement vorgesehen, welches in axialer Richtung des Turbinenrads relativ zum Leitelement zwischen einer zumindest einen Teilbereich des Leitelements überdeckenden Schließstellung und wenigstens einer den Teilbereich freigebenden Offenstellung verschiebbar ist. Das Abdeckelement wird üblicherweise auch als Axialschieber oder als Matrize bezeichnet und weist wenigstens eine mit dem Leitelement korrespondierende Aufnahme auf. Dabei ist zumindest der Teilbereich in der Schließstellung in der Aufnahme aufgenommen und demzufolge mittels des Abdeckelements überdeckt, wobei der Teilbereich in der Offenstellung freigegeben ist. Vorliegend ist der Teilbereich in der Schließstellung sowohl auf einer dem Turbinenrad zugewandten Seite des Leitelements als auch auf einer dem Turbinenrad abgewandten Seite des Leitelements durch das Abdeckelement abgedeckt.In addition, a cover element is provided, which is displaceable relative to the guide element in the axial direction of the turbine between a closed position covering at least a partial region of the guide element and at least one open position releasing the partial region. The cover is usually also referred to as axial slide or as a die and has at least one corresponding to the guide element recording. In this case, at least the partial area is accommodated in the closed position in the receptacle and, as a result, covered by the cover element, wherein the partial area is released in the open position. In the present case, the partial area in the closed position is covered by the cover element both on a side of the guide element facing the turbine wheel and on a side of the guide element facing away from the turbine wheel.
Während des Betriebs der Turbine kommt es zur Beaufschlagung des Leitelements und des Abdeckelements mit Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Das Abgas kann dabei sehr hohe Temperaturen aufweisen. Ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Ottomotor ausgebildet, so kann es zu Abgastemperaturen von 1000°C und mehr kommen.During operation of the turbine it comes to the admission of the guide element and the cover member with exhaust gas of an internal combustion engine. The exhaust gas can have very high temperatures. If the internal combustion engine is designed, for example, as a gasoline engine, exhaust gas temperatures of 1000 ° C. and more may occur.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei hohen Abgastemperaturen eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweist.It is an object of the present invention to provide a turbine of the type mentioned, which has a particularly high functional performance safety even at high exhaust gas temperatures.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Turbine für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei sehr hohen Abgastemperaturen eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein sich in axialer Richtung erstreckender und in radialer Richtung einerseits von dem Abdeckelement und andererseits von dem Leitelement in der Schließstellung begrenzter Spalt zwischen dem Leitelement und dem Abdeckelement eine bezogen auf die axiale Richtung variierende, radiale Erstreckung aufweist. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die radiale Erstreckung des Spalts in eine Bewegungsrichtung, in welche das Abdeckelement aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegbar ist, zunimmt.In order to create a turbine for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of the type mentioned, which has a particularly high functional performance safety even at very high exhaust gas temperatures, it is inventively provided that at least one extending in the axial direction and in the radial direction on the one hand by the cover and on the other Having in the closed position of the guide element in the closed position gap between the guide element and the cover has a varying relative to the axial direction, radial extent. It has proven particularly advantageous if the radial extent of the gap increases in a direction of movement in which the cover element can be moved from the closed position into the open position.
Bei dem Spalt handelt es sich um einen sogenannten Funktionsspalt, welcher vorgesehen ist, um beispielsweise aus einem Verhaken und/oder Verklemmen des Abdeckelements mit dem Leitelement resultierende Fehlfunktion vermeiden zu können. Wäre der Spalt hinsichtlich seiner radialen Erstreckung besonders groß, so könnte die Gefahr einer solchen Fehlfunktion besonders gering gehalten werden. Jedoch würde es dann zu sogenannten Leckageströmungen kommen, über die das Abgas das Leitelement umgehen könnte. Das das Leitelement umgehende Abgas würde somit nicht oder nur sehr geringfügig durch das Leitelement abgelenkt werden und würde in der Folge das Turbinenrad nur ungünstig anströmen. Um solche Leckageströme zu vermeiden oder besonders gering zu halten, ist eine nur sehr geringe radiale Erstreckung des Spalts anzustreben. Jedoch würde eine solche nur geringe radiale Erstreckung zu einer Erhöhung der Gefahr führen, dass Fehlfunktionen auftreten können.The gap is a so-called functional gap which is provided in order, for example, to be able to avoid a malfunction resulting from catching and / or jamming of the cover element with the guide element. If the gap were particularly large in terms of its radial extent, the risk of such a malfunction could be kept particularly low. However, it would then come to so-called leakage flows over which the exhaust gas could bypass the guide element. The exhaust gas bypassing the guide element would thus not or only very slightly be deflected by the guide element and would subsequently flow to the turbine wheel only unfavorably. To avoid such leakage currents or to keep it particularly low, only a very small radial extent of the gap is desirable. However, such a small radial extent would increase the risk of malfunctioning.
Dieser Zielkonflikt kann bei der erfindungsgemäßen Turbine zumindest teilweise aufgelöst werden. Aufgrund der variierenden, radialen Erstreckung des Spalts ist es einerseits möglich, das Abdeckelement auch in der Schließstellung in einem hinreichend großen und durch den Spalt gebildeten Abstand anzuordnen, um die Gefahr von Fehlfunktionen auch bei sehr hohen Abgastemperaturen besonders gering zu halten. Gleichzeitig können jedoch Leckageströme vermieden oder zumindest gering gehalten werden, so dass das Abgas das Leitelement nicht oder nur sehr geringfügig umgehen kann. Dies bedeutet, dass das Leitelement zumindest einen sehr großen Teil des Abgases ablenken kann, so dass das Abgas das Turbinenrad strömungsgünstig anströmen und dadurch antreiben kann.This conflict of objectives can be at least partially resolved in the turbine according to the invention. Due to the varying, radial extent of the gap, it is on the one hand possible to arrange the cover even in the closed position in a sufficiently large and formed by the gap distance to keep the risk of malfunction particularly low even at very high exhaust gas temperatures. At the same time, however, leakage flows can be avoided or at least kept low so that the exhaust gas can not or only very slightly bypass the guide element. This means that the guide element can deflect at least a very large part of the exhaust gas, so that the exhaust gas can stream-flow the turbine wheel and thereby drive it.
Der Erfindung liegen die Erkenntnis und die Idee zugrunde, dass sich durch starke Druck- und Temperaturänderungen im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besondere Sensibilitäten hinsichtlich erforderlicher Geometrie-Toleranzen von relativ zum Turbinengehäuse bewegbaren Variabilitäten ergeben. Um die Funktionsfähigkeit einer solchen Variabilität in Form des Abdeckelements zum variablen Einstellen eines das Abgas ablenkenden Leitbereichs des Leitelements durch thermische und meist asymmetrisch wirkende Verzüge bei nicht zu vernachlässigenden Gasdruckänderungen und damit einhergehenden inneren Kräftespannungen zu gewährleisten, ist eine an diese Gegebenheiten angepasste Geometrietoleranz in Form der variierenden, radialen Erstreckung des Spalts vorgesehen. Somit kann die Verschiebung des Abdeckelements in zumindest nahezu allen Betriebsphasen der Verbrennungskraftmaschine ohne Verhaken und ohne das Entstehen einer übermäßigen Reibung relativ zum Leitelement gewährleistet werden.The invention is based on the knowledge and the idea that, due to strong pressure and temperature changes during operation of the internal combustion engine, particular sensitivities with regard to required geometrical tolerances of variabilities movable relative to the turbine housing result. To the operability of such variability in the form of the cover for Setting a variable deflecting the exhaust gas guide region of the guide element by thermal and usually asymmetric distortions at not insignificant gas pressure changes and associated internal forces stresses is provided adapted to these conditions geometry tolerance in the form of varying radial extent of the gap. Thus, the displacement of the cover can be ensured in at least almost all operating phases of the internal combustion engine without entanglement and without the occurrence of excessive friction relative to the guide element.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Turbine für einen Abgasturbolader gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a schematic longitudinal sectional view of a turbine for an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment;
2 ein Diagramm, auf dessen Abszisse eine Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine aufgetragen ist und auf dessen Ordinate ein von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbares Drehmoment aufgetragen ist; 2 a diagram on the abscissa, a speed of an internal combustion engine is plotted and on the ordinate of which can be provided by the internal combustion engine torque is applied;
3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß einer zweiten Ausführungsform; 3 a fragmentary schematic longitudinal sectional view of the turbine according to a second embodiment;
4 eine schematische und teilweise geschnittene Draufsicht eines Leitgitters und eines Abdeckelements der Turbine sowie eine Schnittansicht einer Leitschaufelt des Leitgitters und des Abdeckelements entlang einer in 4 gezeigten Schnittlinie A-A; 4 a schematic and partially sectioned plan view of a guide grid and a cover member of the turbine and a sectional view of a guide blade of the guide grid and the cover along a in 4 shown section line AA;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Dickenverlaufs der Leitschaufel des Leitgitters; 5 a diagram illustrating a thickness profile of the guide vane of the guide grid;
6 eine schematische Draufsicht der Leitschaufel; und 6 a schematic plan view of the vane; and
7 eine schematische Schnittansicht der Leitschaufel und des Abdeckelements. 7 a schematic sectional view of the vane and the cover.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Turbine für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine. Die Turbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 12, von welchem in 1 eine Gehäusewandung 14 erkennbar ist. Das Turbinengehäuse 12 weist einen Aufnahmeraum 16 auf, in welchem ein Turbinenrad 18 aufgenommen ist. Das Turbinenrad 18 ist dabei um eine Drehachse 20 relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar. 1 shows one as a whole 10 designated turbine for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine. The turbine 10 includes a turbine housing 12 from which in 1 a housing wall 14 is recognizable. The turbine housing 12 has a recording room 16 on which a turbine wheel 18 is included. The turbine wheel 18 is about a rotation axis 20 relative to the turbine housing 12 rotatable.
Das Turbinengehäuse 12 weist wenigstens einen in 1 nur ausschnittsweise erkennbaren Abgaskanal 22 auf, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist und dazu dient, das Abgas zum Turbinenrad 18 zu leiten. Das das Turbinenrad 18 anströmende Abgas treibt das Turbinenrad 18 um die Drehachse 20 an.The turbine housing 12 has at least one in 1 only partially visible exhaust duct 22 on which of exhaust gas of the internal combustion engine can be flowed through and serves, the exhaust gas to the turbine wheel 18 to lead. That the turbine wheel 18 incoming exhaust gas drives the turbine wheel 18 around the axis of rotation 20 at.
Das Turbinengehäuse 12 weist auch eine Gehäusekontur 24 auf, welche insbesondere dazu dient, das vom Turbinenrad 18 abströmende Abgas in einem Turbinenradaustrittsbereich 26 strömungsgünstig zu führen. Wie im Folgenden noch erläutert wird, ist in der Gehäusekontur 24 eine Abblaseöffnung 28 vorgesehen, über welche zumindest ein Teil des Abgases das Turbinenrad 18 umgehen kann.The turbine housing 12 also has a housing contour 24 which serves in particular, that of the turbine wheel 18 outgoing exhaust gas in a turbine wheel outlet area 26 flow favorable to lead. As will be explained below, is in the housing contour 24 a blow-off opening 28 provided over which at least a part of the exhaust gas, the turbine wheel 18 can handle.
In Strömungsrichtung des Abgases durch das Turbinengehäuse 12 ist stromauf des Turbinenrads 18 ein Leitgitter 30 angeordnet, welches stromauf des Turbinenrads 18 angeordnete Leitelemente in Form von Leitschaufeln 32 umfasst. Diese mehreren Leitschaufeln 32 sind in Umfangsrichtung des Turbinenrads 18 über dessen Umfang verteilt angeordnet, wobei von den Leitschaufeln 32 eine Leitschaufel 32 in 1 erkennbar ist. Die Leitschaufeln 32 dienen dabei dazu, das Abgas abzulenken, so dass das Abgas das Turbinenrad 18 strömungsgünstig anströmen und dadurch effizient antreiben kann. Das zuvor und im Folgenden zur Leitschaufel 32 Gesagte kann auch auf die anderweitigen Leitschaufeln 32 übertragen werden.In the flow direction of the exhaust gas through the turbine housing 12 is upstream of the turbine wheel 18 a guide grid 30 arranged, which is upstream of the turbine wheel 18 arranged guide elements in the form of vanes 32 includes. These multiple vanes 32 are in the circumferential direction of the turbine wheel 18 arranged distributed over its circumference, wherein from the vanes 32 a vane 32 in 1 is recognizable. The vanes 32 serve to divert the exhaust, so that the exhaust gas turbine 18 flow streamlined and thus can drive efficiently. That before and in the following to the vane 32 Said can also on the otherwise leading vanes 32 be transmitted.
Die Leitschaufel 32 ist an einem Träger 34 des Leitgitters 30 angeordnet, wobei das Leitgitter 30 über den Träger 34 am Turbinengehäuse 12 gehalten ist. Mit 36 ist eine sogenannte Wurzel der Leitschaufel 32 bezeichnet. Wie aus 1 erkennbar ist, erstreckt sich die Leitschaufel 32 ausgehend von ihrer Wurzel 36 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung, d. h. entlang der Drehachse 20 von dem Träger 34 weg.The vane 32 is on a carrier 34 the Leitgitters 30 arranged, wherein the guide grid 30 over the carrier 34 at the turbine housing 12 is held. With 36 is a so-called root of the vane 32 designated. How out 1 is recognizable, extends the vane 32 starting from its root 36 at least substantially in the axial direction, ie along the axis of rotation 20 from the carrier 34 path.
Die Turbine 10 umfasst auch ein Abdeckelement in Form eines Axialschiebers 38, welcher – wie in 1 durch einen Doppelpfeil 40 angedeutet ist – in axialer Richtung, d. h. entlang der Drehachse 20 relativ zum Turbinengehäuse 12 und relativ zur Leitschaufel 32 verschiebbar ist. Der Axialschieber 38 weist eine axial verschiebbare Matrize 42 mit einer Aufnahme in Form einer Matrizenöffnung 44 auf. Der Axialschieber 38 und somit die Matrize 42 sind in einem mit Verstellbereich bzw. über den Verstellbereich verschiebbar.The turbine 10 also includes a cover in the form of an axial slide 38 , which - as in 1 by a double arrow 40 is indicated - In the axial direction, ie along the axis of rotation 20 relative to the turbine housing 12 and relative to the vane 32 is displaceable. The axial slide 38 has an axially displaceable die 42 with a receptacle in the form of a die opening 44 on. The axial slide 38 and thus the matrix 42 are displaceable in one with adjustment or on the adjustment.
Der Axialschieber 38 ist dabei zwischen einer Schließstellung und mehreren Offenstellungen verschiebbar. Durch Verschieben des Axialschiebers 38 kann ein Bereich der Leitschaufel 32, welcher mittels des Axialschiebers 38 überdeckt ist, variable eingestellt werden. Mit anderen Worten ist in der Schließstellung zumindest ein Teilbereich der Leitschaufel 32 mittels des Axialschiebers 38 überdeckt, wobei der Teilbereich in der Offenstellung freigegeben ist.The axial slide 38 is displaceable between a closed position and a plurality of open positions. By moving the axial slide 38 can be an area of the vane 32 , which by means of the axial slide 38 is covered, variable can be set. In other words, in the closed position at least a portion of the vane 32 by means of the axial slide 38 covered, wherein the portion is released in the open position.
Eine durch Verschieben des Axialschiebers 38 variabel einstellbare, freigegebene und somit vom Abgas umströmbare Erstreckung der Leitschaufel 32 wird in 1 als Schaufelhöhe x bezeichnet. Mit xmin ist dabei eine minimale Schaufelhöhe bezeichnet, welche in der Schließstellung des Axialschiebers 38 eingestellt ist. Die minimale Schaufelhöhe xmin kann zumindest im Wesentlichen 0 betragen. Wie aus 1 erkennbar ist, ist es jedoch vorgesehen, dass die minimale Schaufelhöhe xmin größer als 0 ist. Dies bedeutet, dass auch in der Schließstellung des Axialschiebers 38 ein Teilbereich der Leitschaufel 32 freigegeben ist, wobei der freigegebene Teilbereich von Abgas umströmbar ist und demzufolge das Abgas entsprechend ablenken bzw. umleiten kann.One by moving the axial slide 38 variably adjustable, approved extension of the vane so that it can be flowed around by the exhaust gas 32 is in 1 designated as blade height x. With x min is a minimum blade height referred to, which in the closed position of the axial slide 38 is set. The minimum blade height x min can be at least substantially 0. How out 1 is recognizable, it is however provided that the minimum blade height x min is greater than 0. This means that even in the closed position of the axial slide 38 a portion of the vane 32 is released, wherein the released portion of the exhaust gas can flow around and consequently the exhaust gas can deflect or divert accordingly.
In 1 ist mit xs eine Schaufelhöhe bezeichnet, welche in einer Zwischenstellung des Axialschiebers 38 zwischen der Schließstellung und einer die maximale Schaufelhöhe bewirkenden, maximalen Offenstellung freigegeben ist. Die Schaufelhöhe x korrespondiert somit mit einem Verstellweg des Axialschiebers 38, über welchen der Axialschieber 38 einstellbar ist. Mit 46 ist in 1 ein sogenannter Mund der Matrizenöffnung 44 bezeichnet.In 1 is designated x s a blade height, which in an intermediate position of the axial slide 38 between the closed position and a maximum blade height causing maximum open position is released. The blade height x thus corresponds to an adjustment of the axial slide 38 over which the axial slide 38 is adjustable. With 46 is in 1 a so-called mouth of the die opening 44 designated.
Wie aus 1 ferner zu erkennen ist, umfasst die variabel einstellbare Schaufelhöhe x einen ersten Teilbereich 48 der Leitschaufel 32. In axialer Erstreckungsrichtung der Leitschaufel 32 schließt sich zum Träger 34 hin an den ersten Teilbereich 48 ein zweiter Teilbereich 50 der Leitschaufel 32. Der Teilbereich 50 ist dabei stets freigegeben. Dies bedeutet, dass der Teilbereich 50 auch in der Schließstellung des Axialschiebers 38 freigegeben ist und demzufolge von Abgas umströmt wird und das Abgas ablenken kann.How out 1 can also be seen, the variably adjustable blade height x comprises a first portion 48 the vane 32 , In the axial direction of extension of the vane 32 joins the carrier 34 towards the first part 48 a second subarea 50 the vane 32 , The subarea 50 is always released. This means that the subarea 50 also in the closed position of the axial slide 38 is released and therefore flows around exhaust gas and can distract the exhaust gas.
Der zweite Teilbereich 50 der relativ zum Turbinengehäuse 12 festen, d. h. unbewegbaren Leitschaufel 32 weist gegenüber dem ersten Teilbereich 48 eine größere radiale Erstreckung auf. Dadurch ist eine sogenannte Leitschaufelstufe oder Leitschaufelkante 52 gebildet. Die Leitschaufelkante 52 stellt einen Anschlag dar, mit welchem der Axialschieber 38 in seiner Schließstellung in Stützanlage kommt. Dies bedeutet, dass der Axialschieber 38 in seiner Schließstellung mit der Leitschaufel 32, d. h. mit der Leitschaufelkante 52 in axialer Richtung in Kontakt steht. Die die minimale Schaufelhöhe xmin bewirkende Schließstellung des Axialschiebers 38 stellt somit eine Anschlagposition dar.The second part 50 the relative to the turbine housing 12 fixed, ie immovable vane 32 points towards the first subarea 48 a larger radial extent. This is a so-called vane stage or vane edge 52 educated. The vane edge 52 represents a stop with which the axial slide 38 comes in its closed position in support system. This means that the axial slide 38 in its closed position with the vane 32 ie with the vane edge 52 in contact with each other in the axial direction. The minimum blade height x min causing the closed position of the axial slide 38 thus represents a stop position.
Wie aus 1 erkennbar ist, ist die Leitschaufel 32 mittels des Axialschiebers 38 zumindest in dessen Schließstellung sowohl auf einer dem Turbinenrad 18 abgewandten Seite 54 als auch auf einer dem Turbinenrad 18 zugewandten Seite 56 überdeckbar bzw. überdeckt. Somit ist ein in Umfangsrichtung der Leitschaufel 32 umlaufender Spalt zwischen der Leitschaufel 32 und dem Axialschieber 38 vorgesehen, welcher als Schaufelspalt H bezeichnet ist und welcher sich in axialer Richtung sowie in radialer Richtung erstreckt. Der Schaufelspalt H ist dabei in radialer Richtung durch den Axialschieber 38 und durch die Leitschaufel 32 begrenzt.How out 1 is recognizable, is the vane 32 by means of the axial slide 38 at least in its closed position both on a turbine wheel 18 opposite side 54 as well as on a turbine wheel 18 facing side 56 Coverable or covered. Thus, one is in the circumferential direction of the vane 32 circumferential gap between the vane 32 and the axial slide 38 provided, which is referred to as a blade gap H and which extends in the axial direction and in the radial direction. The blade gap H is in the radial direction by the axial slide 38 and through the vane 32 limited.
In der Schließstellung ist dabei ein sogenannter Nullspalt vorgesehen. Dies bedeutet, dass der Axialschieber 38 in der Schließstellung teilweise in radialer Richtung mit der Leitschaufel 32 in Kontakt steht, so dass dort der Schaufelspalt H zumindest im Wesentlichen 0 ist.In the closed position, a so-called zero gap is provided. This means that the axial slide 38 in the closed position partially in the radial direction with the vane 32 is in contact, so that there the blade gap H is at least substantially 0.
Aus 1 ist ferner erkennbar, dass der Schaufelspalt H eine bezogen auf die axiale Richtung variierende, radiale Erstreckung aufweist. Dabei nimmt die radiale Erstreckung des Schaufelspalts H in eine Bewegungsrichtung, in welche der Axialschieber 38 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegbar ist, zu. Diese Bewegungsrichtung verläuft bezogen auf die Bildebene von 1 von links nach rechts. Somit wird der Schaufelspalt H zwischen der Leitschaufel 32 und dem Axialschieber 38 von links nach rechts größer. Dies ist vorliegend dadurch realisiert, dass die Leitschaufel 32 zumindest im Wesentlichen konisch ausgebildet ist. Mit anderen Worten verjüngt sich die Leitschaufel 32 in die genannte Bewegungsrichtung. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass sich die Matrizenöffnung 44 entlang der geschilderten Bewegungsrichtung erweitert. Darüber hinaus ist in 1 mit DT ein Durchmesser des Turbinenrads 18 bezeichnet.Out 1 It can also be seen that the blade gap H has a radial extent that varies with respect to the axial direction. In this case, the radial extension of the blade gap H takes in a direction of movement, in which the axial slide 38 from the closed position into the open position is movable, too. This direction of movement is based on the image plane of 1 left to right. Thus, the blade gap H between the vane 32 and the axial slide 38 bigger from left to right. This is realized here by the fact that the guide vane 32 at least substantially conical. In other words, the vane tapers 32 in the mentioned direction of movement. Alternatively or additionally, it may be provided that the die opening 44 extended along the described direction of movement. In addition, in 1 with D T a diameter of the turbine wheel 18 designated.
Mittels der variierenden, radialen Erstreckung des Schaufelspalts H kann einerseits die Gefahr eines Verklemmens sowie einer übermäßig hohen Reibung zwischen dem Axialschieber 38 und der Leitschaufel 32 besonders gering gehalten oder vermieden werden. Andererseits können auch Leckageströme gering gehalten werden, was zu einem effizienten Betrieb der Turbine 10 führt.By means of the varying, radial extent of the blade gap H, on the one hand the risk of jamming and an excessively high friction between the axial slide 38 and the vane 32 be kept particularly low or avoided. On the other hand, leakage currents can be kept low, resulting in efficient operation of the turbine 10 leads.
Wie im Folgenden noch erläutert wird, ist vorzugsweise auch zu berücksichtigen, dass durch starke Strömungsbeschleunigungen des Abgases, welche durch das Leitgitter 30 entstehen, Impulskräfte der Abgasströmung auf die Leitschaufeln 32 in Umfangsrichtung entstehen. Daher ist eine sichere Fixierung des Leitgitters 30 insbesondere über dessen Träger 34 vorteilhaft, um eine drehende Bewegung des als Radialgitter ausgebildeten Leitgitters 30 relativ zum Axialschieber 38, insbesondere in Beschleunigungsphasen, auszuschließen. Dadurch kann verhindert werden, dass Gasimpulskräfte über eine Lagerung des Axialschiebers 38 in Umfangsrichtung abgestützt werden, wodurch sich ungewünschte Drehmomente entlang eines Kraftflusses von den Leitschaufeln 32 bis zur Lagerung des Axialschiebers 38 einstellen und Querstellungen des Axialschiebers 38 relativ zum Leitgitter 30 ergeben können, die gegebenenfalls ein Verklemmen des Axialschiebers 38 bewirken und eine mechanisch sichere Betätigung unmöglich machen können. As will be explained below, it is also preferable to take into account that due to strong flow acceleration of the exhaust gas, which through the guide grid 30 arise, impulse forces of the exhaust gas flow on the vanes 32 arise in the circumferential direction. Therefore, a secure fixation of the Leitgitters 30 in particular via its carrier 34 advantageous to a rotating movement of the formed as a radial lattice guide 30 relative to the axial slide 38 , especially in acceleration phases, exclude. This can prevent gas impulse forces via a bearing of the axial slide 38 be supported in the circumferential direction, whereby unwanted torques along a power flow from the vanes 32 until storage of the axial slide 38 adjust and transverse positions of the axial slide 38 relative to the guide grid 30 may result, possibly jamming the axial slide 38 cause a mechanically safe operation impossible.
Um die Größenordnung der Gasimpulskräfte zu veranschaulichen, wird folgende Überlegung angestellt und auf einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine beispielhaft bezogen:
In diesem Betriebspunkt liegt beispielsweise ein Abgasmassenstrom mp von 0,1 kg/sec. (Kilogramm pro Sekunde) vor. Die Umfangsgeschwindigkeit des Abgases im Abgaskanal 22 stromauf des Leitgitters 30 ist mit cu1 bezeichnet und beträgt beispielsweise 100 m/sec (Meter pro Sekunde). Die Umfangsgeschwindigkeit in einem engsten Querschnitt des Leitgitters 30 ist mit cu2 bezeichnet und beträgt beispielsweise bei 1.000°C Abgastemperatur 680 m/sec. und somit nahezu Schallgeschwindigkeit.In order to illustrate the magnitude of the gas pulse forces, the following consideration is made and based on an operating point of the internal combustion engine by way of example:
At this operating point, for example, an exhaust gas mass flow mp of 0.1 kg / sec. (Kilograms per second). The peripheral speed of the exhaust gas in the exhaust duct 22 upstream of the Leitgitters 30 is designated cu1 and is for example 100 m / sec (meters per second). The peripheral speed in a narrowest cross-section of the guide grid 30 is designated cu2 and is for example at 1,000 ° C exhaust gas temperature 680 m / sec. and thus almost sound speed.
Die daraus resultierende Gasimpulskraft ist im Folgenden mit F bezeichnet und berechnet sich zu: F = mp·Δcu The resulting gas impulse force is denoted by F below and is calculated as: F = mp · Δcu
Im genannten Betriebspunkt entsteht somit eine Gasimpulskraft von 58 N. Somit kann davon ausgegangen werden, dass der Träger 34 in vielen Betriebsphasen Umfangskräfte zwischen 30 N und 60 N und gegebenenfalls auch höhere Werte sicher ohne Umfangsbewegungen des Leitgitters 30 aufnehmen muss, um eine Grundlage für die Entwicklung eines funktionsfähigen Verstellapparats zu liefern. Darüber hinaus ist vorzugsweise eine Abblasung von Abgas über die Abblaseöffnung 28 zu berücksichtigen.At the mentioned operating point thus a gas impulse force of 58 N. arises. Thus, it can be assumed that the carrier 34 In many phases of operation peripheral forces between 30 N and 60 N and possibly also higher values safely without circumferential movements of the guide grid 30 in order to provide a basis for the development of a functioning adjusting apparatus. In addition, preferably, a blow-off of exhaust gas via the blow-off opening 28 to take into account.
Zumindest in der Schließstellung ist die Abblaseöffnung 28 mittels des Axialschiebers 38 fluidisch versperrt, so dass die Abblaseöffnung 28 nicht von Abgas durchströmt werden kann. In zumindest einer der Offenstellungen ist die Abblaseöffnung 28 freigegeben und demzufolge von Abgas durchströmbar. In diesem freigegebenen Zustand der Abblaseöffnung 28 kann Abgas von stromauf des Turbinenrads 18 abgezweigt werden, wobei dieses abgezweigte Abgas das Turbinenrad 18 umgehen und somit nicht antreiben kann. Dieses Umgehen wird auch als Abblasen bezeichnet. Hierbei kann durch das Leitgitter 30 eine sogenannte Drallabblasung bewirkt werden, da die Leitschaufel 32 in zumindest bereichsweiser Überdeckung mit der Abblaseöffnung 28 angeordnet ist und somit auch das das Turbinenrad 18 umgehende Abgas entsprechend ablenken kann.At least in the closed position is the vent opening 28 by means of the axial slide 38 fluidly obstructed, leaving the vent opening 28 can not be traversed by exhaust gas. In at least one of the open positions is the vent opening 28 released and therefore flowed through by exhaust gas. In this released state of the vent opening 28 can exhaust from upstream of the turbine wheel 18 be branched, this diverted exhaust gas turbine wheel 18 handle and thus can not drive. This bypassing is also called blowing off. This can be done by the Leitgitter 30 a so-called swirl blowing be effected, since the vane 32 in at least partially covering with the blow-off opening 28 is arranged and thus also the turbine wheel 18 bypassing exhaust gas can deflect accordingly.
Wird diese Drallabblasung bei der oben angestellten Berechnung berücksichtigt, so treten zusätzliche und auf das Leitgitter 30 wirkende Impulskräfte auf, die bei Abgasmassenströmen von beispielsweise über 0,2 kg/sec. zu Impulskräften von mehr als 100 N führen könnten.If this swirl blow-off is taken into account in the above-mentioned calculation, additional and to the guide grid occur 30 acting momentum forces, which at exhaust gas mass flows of, for example, about 0.2 kg / sec. could lead to momentum forces of more than 100N.
Neben der Realisierung der hohen Funktionserfüllungssicherheit wird vorzugsweise auch ein hoher Wirkungsgrad der Turbine 10 angestrebt. Darüber hinaus ist ein hoher Wirkungsgrad in der Beschleunigungsstellung des Axialschiebers 38 vorteilhaft, um eine sehr hohe Agilität der Verbrennungskraftmaschine bewirken zu können und beispielsweise im unteren Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine einen Volllastbereich mit sehr hohen Drehmomenten zu realisieren.In addition to the realization of the high functional performance reliability is preferably also a high efficiency of the turbine 10 sought. In addition, a high efficiency in the acceleration position of the axial slide 38 advantageous to be able to cause a very high degree of agility of the internal combustion engine and to realize a full load range with very high torques, for example, in the lower speed range of the internal combustion engine.
Untersuchungen mit variablen Turbinen von Abgasturboladern haben gezeigt, dass diese Anforderungen besonders dann gut erfüllt werden, wenn es gelingt, geringe Spalte zwischen der Leitschaufel 32 und dem Axialschieber 38 und somit geringe Leckagen insbesondere in der Schließposition bzw. Schließstellung des Axialschiebers 38 zu realisieren. In der Schließposition ist vor der Turbine 10 ein besonders kleiner und somit enger, effektiver Strömungsquerschnitt bereitgestellt, welcher vom Abgas zu durchströmen ist. Dadurch kann das Turbinenrad 18 besonders gut beschleunigt werden, so dass ein vorteilhaftes Beschleunigungsverhalten realisiert werden kann.Investigations with variable turbines of exhaust gas turbochargers have shown that these requirements are met well, especially if it succeeds, small gaps between the guide vane 32 and the axial slide 38 and thus small leaks, especially in the closed position or closed position of the axial slide 38 to realize. In the closed position is in front of the turbine 10 a particularly small and thus narrow, effective flow cross-section is provided, which is to flow through the exhaust gas. This allows the turbine wheel 18 be accelerated particularly well, so that an advantageous acceleration behavior can be realized.
In diesem Zusammenhang zeigt 2 ein Diagramm 57, auf dessen Abszisse 59 die mit n bezeichnete Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine aufgetragen ist. Auf der Ordinate 58 ist das von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbare Drehmoment M aufgetragen. Verläufe 60, 62 veranschaulichen dabei einen jeweiligen Verlauf des Drehmoments M über der Drehzahl n. Der Verlauf 62 bezieht sich dabei auf die Turbine 10 gemäß 1, bei welcher in der Schließstellung der genannte Nullspalt realisiert ist. Wie aus dem Diagramm 54 ersichtlich ist, kann das Drehmoment ausgehend vom Verlauf 60 um 10% bis 20% gesteigert werden, wenn Leckageströmungen zwischen der Leitschaufel 32 bzw. zwischen den Leitschaufeln 32 und dem Axialschieber 38 durch den Nullspalt minimiert werden.In this context shows 2 a diagram 57 , on the abscissa 59 the speed designated n of the internal combustion engine is plotted. On the ordinate 58 the torque M which can be supplied by the internal combustion engine is plotted. courses 60 . 62 illustrate a respective curve of the torque M on the rotational speed n. The course 62 refers to the turbine 10 according to 1 , in which in the closed position of said zero gap is realized. Like from the diagram 54 can be seen, the torque from the course 60 increased by 10% to 20% when leakage flows between the vane 32 respectively. between the vanes 32 and the axial slide 38 be minimized by the zero gap.
Zusätzlich zur Realisierung des Nullspalts kann ein Verklemmen und Verhaken der relativ zueinander bewegbaren Bauteile der Turbine 10 vermieden oder die Gefahr einer solchen Fehlfunktion besonders gering gehalten werden, da der jeweilige Spalt zwischen den Leitschaufeln 32 und der jeweiligen, zumindest im Wesentlichen profilförmigen Matrizenöffnung 44 mit zunehmender Schaufelhöhe x am Mund 46 der jeweiligen Matrizenöffnung 44 vergrößert ist.In addition to the realization of the zero gap can jamming and snagging of the relatively movable components of the turbine 10 avoided or the risk of such a malfunction are kept particularly low, since the respective gap between the vanes 32 and the respective, at least substantially profiled die opening 44 with increasing bucket height x at the mouth 46 the respective die opening 44 is enlarged.
Je größer also die für die Strömung wirksame Schaufelhöhe x zwischen der Wurzel 36 und dem Mund 46 eingestellt wird, desto höher wird im Allgemeinen der Bedarf an einer Zunahme des Schaufelspalts H. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wahrscheinlichkeit von thermischen, asymmetrischen Verzügen mit zunehmenden Schaufelhöhen wachsen, insbesondere im Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine.Thus, the larger the effective blade height x between the root for the flow 36 and the mouth 46 is set, the higher is generally the need for an increase of the blade gap H. This is based on the finding that the likelihood of thermal, asymmetrical distortions grow with increasing blade heights, especially in full load operation of the internal combustion engine.
3 zeigt die Turbine 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hierbei ist wenigstens ein Sicherungselement 64 vorgesehen, mittels welchem das Leitgitter 30 gegen eine Drehung relativ zu dem Turbinengehäuse 12, insbesondere zumindest formschlüssig, gesichert ist. Vorzugsweise sind mehrere solcher Sicherungselemente vorgesehen. Das Sicherungselement 64 ist beispielsweise als Führungsstift ausgebildet, welcher einerseits in den Träger 34 und andererseits in das Turbinengehäuse 12 eingreift. 3 shows the turbine 10 according to a second embodiment. Here is at least one securing element 64 provided by means of which the guide grid 30 against rotation relative to the turbine housing 12 , in particular at least form-fitting, is secured. Preferably, a plurality of such securing elements are provided. The fuse element 64 is designed for example as a guide pin, which on the one hand in the carrier 34 and on the other hand into the turbine housing 12 intervenes.
Die Lagerung des Axialschiebers 38 hingegen sollte eine Kompensation der thermischen Verzüge des Verstellapparats und dessen Peripherie so weit bewältigen, dass keine allzu großen Reibungen der beweglichen Teile und kein Verklemmen derselben erfolgen können.The bearing of the axial slide 38 In contrast, a compensation of the thermal distortion of the adjusting and its periphery should cope so far that no excessive friction of the moving parts and no jamming of the same can take place.
Diese Verzugskompensation ist vorliegend durch ein Konzept einer drehschwimmenden Lagerung des Axialschiebers 38 realisiert. Dies bedeutet, dass der Axialschieber 38 am Turbinengehäuse 12 um eine Drehachse des Axialschiebers 38 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 drehbar gelagert ist, wobei wenigstens ein Begrenzungselement 66 vorgesehen ist, mittels welchem eine Drehung des Axialschiebers 38 relativ zum Turbinengehäuse 12 um die Drehachse des Axialschiebers 38, insbesondere zumindest formschlüssig, begrenzt ist. Der Axialschieber 38, der nur geringen freien Gaskräften in Umfangsrichtung, wie z. B. der stirnseitigen Reibung des beschleunigten Abgases, ausgesetzt ist, wird somit in Winkelbereichen, die in Richtung der Profilnasenseite und in Richtung der Hinterkantenseite unterschiedlich sein können, in Umfangsrichtung beweglich gestaltet.This distortion compensation is in the present case by a concept of a rotationally floating mounting of the axial slide 38 realized. This means that the axial slide 38 at the turbine housing 12 about a rotation axis of the axial slide 38 relative to the turbine housing 12 is rotatably mounted, wherein at least one limiting element 66 is provided, by means of which a rotation of the axial slide 38 relative to the turbine housing 12 around the axis of rotation of the axial slide 38 , in particular at least form-fitting, is limited. The axial slide 38 , the only small free gas forces in the circumferential direction, such. B. the frontal friction of the accelerated exhaust gas is exposed, thus in the angular ranges, which may be different in the direction of the profile nose side and in the direction of the trailing edge side, designed to be movable in the circumferential direction.
Das Begrenzungselement 66 greift dabei einerseits teilweise in das Turbinengehäuse 12 und andererseits teilweise in den Axialschieber 38 ein, so dass sich der Axialschieber in vorgebbaren, geringen Grenzen relativ zum Turbinengehäuse 12 drehen kann.The boundary element 66 Partially engages in the turbine housing 12 and partly in the axial slide 38 a, so that the axial slide in predetermined, small limits relative to the turbine housing 12 can turn.
Neben der Darstellung der mechanischen Funktionsfähigkeit ist zur Darstellung eines besonderes hohen Wirkungsgrads insbesondere in Beschleunigungspositionen des Axialschiebers 38, d. h. in seiner Schließstellung, das Leitgitter 30 als sogenanntes Stufengitter ausgebildet. Durch das Anpressen einer Stirnseite 68 des Axialschiebers 38 an die Leitschaufelkante 52 ist der geschilderte Nullspalt bewirkt, wodurch wirkungsgradschädliche Leckagen zumindest weitgehend ausgeschlossen werden. Dies führt zu hohen Wirkungsgraden der Turbine 10 sowie zu einer sehr hohen Agilität der Verbrennungskraftmaschine.In addition to the representation of the mechanical functionality is to represent a particularly high efficiency, especially in acceleration positions of the axial slide 38 , ie in its closed position, the guide grid 30 designed as a so-called step grid. By pressing a front side 68 of the axial slide 38 to the vane edge 52 is the described zero gap causes, thereby effectively harmful leaks are at least largely excluded. This leads to high efficiencies of the turbine 10 and to a very high agility of the internal combustion engine.
Die Leitschaufelkante 52 hat über den Umfang des Profils der Leitschaufel 32 gegebenenfalls eine variabel, spaltangepasste Stufenhöhe. Die Stufenhöhe orientiert sich beispielsweise am Schaufelspalt H, wodurch sich eine Anlagefläche, an der der Axialschieber 38 anliegt, beispielsweise mit einer Höhe von ca. 0,3 bis 0,6 mm darstellt und in der Anschlagposition, d. h. in der Schließstellung des Axialschiebers 38, nahezu eine spaltfreie Schließposition mit günstigen Wirkungsgraden der Turbine 10 ergibt.The vane edge 52 has over the circumference of the profile of the vane 32 optionally a variable, gap-adapted step height. The step height is oriented, for example, on the blade gap H, resulting in a contact surface on which the axial slide 38 is present, for example, represents a height of about 0.3 to 0.6 mm and in the stop position, ie in the closed position of the axial slide 38 , almost a gap-free closing position with favorable efficiencies of the turbine 10 results.
Die drehschwimmende Lagerung des Axialschiebers 38 ermöglicht dabei sowohl eine Drehung des Axialschiebers 38 in Drehrichtung des Turbinenrads 18 als auch entgegen der Drehrichtung. Ein Drehwinkelbereich ist dabei eingeschränkt, insbesondere, falls der Schaufelspalt H in der Offenstellung, z. B. durch die Abblasequerschnittsrandbedingung, zu große Drehwinkelbereiche beim internen Anschlag zwischen der Leitschaufel 32 und der Matrizenöffnung 44 ergeben würde.The rotationally floating mounting of the axial slide 38 allows both a rotation of the axial slide 38 in the direction of rotation of the turbine wheel 18 as well as against the direction of rotation. A rotation angle range is limited, in particular, if the blade gap H in the open position, z. B. by Abblasequerschnittsrandbedingung, too large rotation angle ranges in the internal stop between the vane 32 and the die opening 44 would result.
Es wird angestrebt, die Leitschaufeln 32 zueinander mit absolut gleicher Geometrie und ohne Unstetigkeit im Nasen- und Hinterkanten-Verlauf und der Dickenverteilung der jeweiligen Leitschaufel 32 zu realisieren, wodurch eine Relativbewegung der Leitschaufeln 32 zur Matrizenöffnung 44 günstige Gleit-Bedingungen erhält. Die jeweilige Matrizenöffnung 44 wird im einfachsten Fall prismatisch realisiert, wobei Spaltverhältnisse zwischen dem Schaufelprofil und der Matrizenöffnung 44 durch die Gestaltung der Leitschaufel 32 gestaltet werden.It is aimed at the vanes 32 to each other with absolutely identical geometry and without discontinuity in the nose and trailing edge course and the thickness distribution of the respective vane 32 to realize, thereby causing a relative movement of the vanes 32 for die opening 44 receives favorable sliding conditions. The respective die opening 44 is realized prismatically in the simplest case, wherein gap ratios between the blade profile and the die opening 44 through the design of the vane 32 be designed.
Dabei zeigt 6 eine schematische Draufsicht der Leitschaufel 32, welche üblicherweise auch als saugseitige Nullspalt-Kanten-Schaufel bezeichnet wird. Das Leitgitter 30 umfasst beispielsweise neun zumindest im Wesentlichen identische Schaufeln, welche durch zehn Profilschnitte P_n bis P8 erzeugt werden. 6 zeigt dabei ein Diagramm 70, auf dessen Abszisse 72 die Sehnenlänge der Leitschaufel 32 aufgetragen ist. Auf der Ordinate 74 ist die Schaufellänge aufgetragen. Anhand einer gestrichelten Linie 76 ist der Beginn der Abblaseöffnung 28 veranschaulicht.It shows 6 a schematic plan view of the vane 32 which is also commonly referred to as the suction-side zero-gap edge blade. The Leitgitter 30 includes, for example, nine at least substantially identical blades, which by ten profile cuts P_n to P8 be generated. 6 shows a diagram 70 , on the abscissa 72 the chord length of the vane 32 is applied. On the ordinate 74 the blade length is plotted. On the basis of a dashed line 76 is the beginning of the blow-off opening 28 illustrated.
Die Leitschaufel 32 und die zugehörige Matrizenöffnung 44 sind auch in 7 veranschaulicht. Der Profilschnitt P1 ist das sogenannte Basisprofil, bei dem ein Spalt von beispielsweise 0,35 mm vorliegt. Der Profilschnitt P_n ist ein sogenanntes, saugseitiges Nullspaltprofil.The vane 32 and the associated die opening 44 are also in 7 illustrated. The profile section P1 is the so-called base profile, in which there is a gap of, for example, 0.35 mm. The profile section P_n is a so-called, suction-side zero gap profile.
Aus 4 gehen die konische Ausgestaltung der fixierten Leitschaufel 32 mit der Nullspaltstufe (Leitschaufelkante 52) sowie der drehförmig gelagerte Axialschieber 38 hervor. Die Matrizenöffnung 44 ist prismatisch oder zumindest im Wesentlichen an die Leitschaufel 32 angepasst, was in 4 durch eine gestrichelte Linie 76 veranschaulicht ist. Die Leitschaufelkante 52, welche üblicherweise auch als Nullspaltstufe bezeichnet wird, ist vorliegend über ihren Umfang zumindest im Wesentlichen konstant und weist eine ca. doppelte Höhe des Mündungsspalts des Axialschiebers 38 auf. Mit s ist ein sich von einem Ausgangspunkt s0 bis zu einem Endpunkt se erstreckender Verlauf des Dickenmaximums der Leitschaufel 32 veranschaulicht. Der entlang der Schnittlinie A-A verlaufende Schnitt veranschaulicht das Leitschaufelprofil bei der Schaufelhöhe xs. Der Schaufelspalt H bezieht sich dabei ebenfalls auf die Schaufelhöhe xs. Ferner ist mit 78 eine Stirnfläche der Leitschaufelkante 52 bezeichnet.Out 4 go the conical design of the fixed vane 32 with the zero gap stage (vane edge 52 ) and the rotationally mounted axial slide 38 out. The die opening 44 is prismatic or at least substantially to the vane 32 adapted what was in 4 by a dashed line 76 is illustrated. The vane edge 52 , which is also commonly referred to as a zero gap stage, is present at least substantially constant over its circumference and has an approximately twice the height of the mouth gap of the axial slide 38 on. With s is a course extending from a starting point s0 to an end point se of the thickness maximum of the vane 32 illustrated. The section running along the section line AA illustrates the vane profile at the blade height x s . The blade gap H also relates to the blade height x s . Furthermore, with 78 an end face of the vane edge 52 designated.
Da die Sehnenlänge des Schaufelprofil aufgrund des Drall-Abblasebereichs mit der Schaufellänge bzw. Schaufelhöhe x sehr stark verringert wird, wird in diesem Fall quasi eine externe Drehbeschränkung in Richtung Profilnasen- wie auch Hinterkantenseite vorgeschlagen. Durch eine angepasste Matrizenöffnung 44, welche anhand der gestrichelten Linie 76 veranschaulicht ist, erhält man bei geringen effektiven Schaufelhöhen günstige Verhältnisse hinsichtlich Totvolumina in der jeweiligen Matrizenöffnung 44, was sehr geringe, von außen angefächerte Strömungsverluste bedeutet.Since the chord of the blade profile is greatly reduced due to the swirl Abblasebereichs with the blade length or blade height x, in this case quasi an external rotation restriction in the direction Profilnasen- as well as trailing edge side is proposed. Through an adapted die opening 44 , which are indicated by the dashed line 76 is illustrated, obtained at low effective blade heights favorable conditions in terms of dead volumes in the respective die opening 44 , which means very low, externally streamlined flow losses.
In 4 ist mit 80 ein erstes Begrenzungselement bezeichnet, mittels welchem die Drehung des Axialschiebers 38 an der Hinterkante begrenzt ist. Mit 82 ist ein zweites Begrenzungselement bezeichnet, mittels welchem die Drehung des Axialschiebers 38 in Richtung der Profilnase bzw. an der Profilnase begrenzt ist. Ein Abstand A veranschaulicht die Lage der Abblaseöffnung 28. Mit dmax ist die maximale Dicke des Schaufelprofils der Leitschaufel 32 veranschaulicht. Mit Rb ist eine Radeintrittsbreite bezeichnet.In 4 is with 80 denotes a first limiting element, by means of which the rotation of the axial slide 38 is limited at the trailing edge. With 82 is designated a second limiting element, by means of which the rotation of the axial slide 38 is limited in the direction of the profile nose or on the profile nose. A distance A illustrates the position of the vent opening 28 , With d max , the maximum thickness of the blade profile of the vane 32 illustrated. With Rb a Radeintrittsbreite is designated.
5 zeigt ein Diagramm 84, auf dessen Abszisse 86 der Verlauf s aufgetragen ist. Mit anderen Worten ist der Verlauf s eine Linienkoordinate, entlang welcher die Dickenmaxima der Leitschaufel 32 verlaufen. Dabei ist smin die Stelle an der Leitschaufelkante 52. Dementsprechend ist auf der Ordinate 88 die maximale Profildicke aufgetragen. Das Diagramm 84 zeigt somit über der genannten Linienkoordinate, die die Dickenmaxima der Leitschaufeln 32 miteinander verbindet, den Verlauf des abnehmenden Dickenmaximums der verjüngten Beschaufelung. Demgegenüber steht im Beispiel die konstante maximale Dicke des prismatischen Matrizenprofils, die durch eine gestrichelte Linie 90 veranschaulicht ist. Die Differenz zwischen den maximalen Dicken des Schaufelprofils zur Matrizenöffnung 44 gibt einen Hinweis auf den vergrößerten Summenspalt 92 zwischen der Leitschaufel 32 und dem Axialschieber 38, die sich relativ zueinander ohne Verklemmen bewegen sollen. Im Diagramm 84 ist auch anhand des gestrichelten Verlaufs 46 die an die Beschaufelung angepasste Matrizenöffnung 44 mit aufgeführt. Der mit dieser Ausgestaltung der Matrizenöffnung 44 korrespondierende Summenspalt ist mit 92' bezeichnet. 5 shows a diagram 84 , on the abscissa 86 the course s is plotted. In other words, the curve s is a line coordinate along which the thickness maxima of the guide vane 32 run. Where s min is the location on the vane edge 52 , Accordingly, on the ordinate 88 applied the maximum profile thickness. The diagram 84 shows over the above line coordinate, the thickness maxima of the vanes 32 connects the course of the decreasing thickness maximum of the tapered blading. In contrast, in the example, the constant maximum thickness of the prismatic die profile is represented by a dashed line 90 is illustrated. The difference between the maximum thicknesses of the blade profile and the die opening 44 gives an indication of the increased cumulative gap 92 between the vane 32 and the axial slide 38 that should move relative to each other without jamming. In the diagram 84 is also based on the dashed curve 46 the template opening adapted to the blading 44 with listed. The with this embodiment of the die opening 44 corresponding total gap is with 92 ' designated.
Anhand eines Bereichs C ist wiederum die Lage der Abblaseöffnung 28 veranschaulicht. Dabei können mehrere Abblaseöffnungen 28 vorgesehen sein. Hierbei ist beispielsweise für jede der Leitschaufeln 32 eine korrespondierende Abblaseöffnung 28 vorgesehen.On the basis of a region C, in turn, the position of the vent opening 28 illustrated. In this case, several vent openings 28 be provided. Here is, for example, for each of the vanes 32 a corresponding vent opening 28 intended.
Eine nicht triviale Ausführungsform stellt die nicht dargestellte Ausgestaltung des Abdeckelements und des entsprechenden Funktionsspaltes auf der Druckseite, stromab des Turbinenrades, dar. Die vorstehend in der Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen stromauf des Turbinenrades sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen stromauf und stromab des Turbinenrades oder in Alleinstellung stromauf oder stromab des Turbinenrades verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.A non-trivial embodiment is the embodiment, not shown, of the cover element and the corresponding functional gap on the pressure side, downstream of the turbine wheel. The features and feature combinations mentioned above in the description and the description of the figures upstream of the turbine wheel are not only in the respectively indicated combination, but also usable in other combinations upstream and downstream of the turbine wheel or in isolation upstream or downstream of the turbine wheel, without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
-
Turbineturbine
-
1212
-
Turbinengehäuseturbine housing
-
1414
-
Gehäusewandunghousing
-
1616
-
Aufnahmeraumaccommodation space
-
1818
-
Turbinenradturbine
-
2020
-
Drehachseaxis of rotation
-
2222
-
Abgaskanalexhaust duct
-
2424
-
Gehäusekonturhousing contour
-
2626
-
TurbinenaustrittsbereichTurbine outlet area
-
2828
-
Abblaseöffnungblow-off
-
3030
-
Leitgitterguide grid
-
3232
-
Leitschaufelvane
-
3434
-
Trägercarrier
-
36 36
-
Wurzelroot
-
3838
-
Axialschieberaxial slide
-
4040
-
Doppelpfeildouble arrow
-
4242
-
Matrizedie
-
4444
-
Matrizenöffnungdie opening
-
4646
-
Mundmouth
-
4848
-
erster Teilbereichfirst subarea
-
5050
-
zweiter Teilbereichsecond subarea
-
5252
-
Leitschaufelkanteguide vane
-
5454
-
erste Seitefirst page
-
5656
-
zweite Seitesecond page
-
5757
-
Diagrammdiagram
-
5858
-
Ordinateordinate
-
5959
-
Abszisseabscissa
-
6060
-
Verlaufcourse
-
6262
-
Verlaufcourse
-
6464
-
Sicherungselementfuse element
-
6666
-
Begrenzungselementlimiting element
-
6868
-
Stirnseitefront
-
7070
-
Diagrammdiagram
-
7272
-
Abszisseabscissa
-
7474
-
Ordinateordinate
-
7676
-
gestrichelte Liniedashed line
-
7878
-
Stirnflächeface
-
8080
-
Begrenzungselementlimiting element
-
8282
-
Begrenzungselementlimiting element
-
8484
-
Diagrammdiagram
-
8686
-
Abszisseabscissa
-
8888
-
Ordinateordinate
-
9090
-
gestrichelte Liniedashed line
-
92, 92'92, 92 '
-
Summenspalttotal gap
-
xx
-
Schaufelhöheblade height
-
xmin x min
-
minimale Schaufelhöheminimum bucket height
-
xs x s
-
Schaufelhöheblade height
-
HH
-
Schaufelspalttip clearance
-
DT D T
-
Durchmesserdiameter
-
nn
-
Drehzahlrotation speed
-
MM
-
Drehmomenttorque
-
na n a
-
Drehzahlrotation speed
-
dmax d max
-
maximale Dickemaximum thickness
-
AA
-
Abstanddistance
-
RbRb
-
RadeintrittsbreiteRadeintrittsbreite
-
ss
-
Verlaufcourse
-
s0s0
-
Ausgangspunktstarting point
-
sese
-
Endpunktendpoint
-
smin s min
-
StelleJob
-
AA
-
BereichArea
-
CC
-
BereichArea
-
P_np_n
-
Profilschnittprofile section
-
P1P1
-
Profilschnittprofile section
-
P2P2
-
Profilschnittprofile section
-
P3P3
-
Profilschnittprofile section
-
P4P4
-
Profilschnittprofile section
-
P5P5
-
Profilschnittprofile section
-
P6P6
-
Profilschnittprofile section
-
P7P7
-
Profilschnittprofile section
-
P8P8
-
Profilschnittprofile section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102009006278 A1 [0002] DE 102009006278 A1 [0002]
