DE102013013571B4

DE102013013571B4 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102013013571B4
Application number: DE102013013571.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Maier
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: DE102013013571A1

Abstract

Abgasturbolader (1), mit einer Turbine (3) zur Entspannung von Abgas und zur Gewinnung von Energie, und mit einem Verdichter (2) zur Verdichtung von Ladeluft mit Hilfe der in der Turbine (3) gewonnen Energie, wobei die Turbine (3) ein Turbinengehäuse (5) und einen in dem Turbinengehäuse (5) positionierten Turbinenrotor aufweist, und wobei der Verdichter (2) ein Verdichtergehäuse (4) und einen in dem Verdichtergehäuse (4) positionierten und mit dem Turbinenrotor gekoppelten Verdichterrotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (4) und/oder das Turbinengehäuse (5) zumindest abschnittsweise von mindestens jeweils einem Metallringgewebe (8) umhüllt ist, wobei das oder jedes Metallringgewebe (8) über mindestens drei Spannseile (12, 13, 14) am jeweiligen Gehäuse (4, 5) derart befestigt ist, dass ein erstes Spannseil (12) und ein zweites Spannseil (13) jeweils in Umfangsrichtung des jeweiligen Gehäuses (4, 5) umlaufen und das Metallringgewebe (8) in Axialrichtung des jeweiligen Gehäuses (4, 5) an demselben fixieren, und dass mindestens ein drittes Spannseil (14) das Metallringgewebe (8) an jeweils einem in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansch (7) des jeweiligen Gehäuses (4, 5) fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Abgasturbolader verfügt über eine Turbine und einen Verdichter. Die Turbine des Abgasturboladers dient der Entspannung von Abgas, welches einen Motor verlässt, und zur Gewinnung von Energie bei der Entspannung des Abgases. Der Verdichter eines Abgasturboladers dient der Verdichtung von dem Motor zuzuführender Ladeluft mit Hilfe der in der Turbine gewonnenen Energie. Die Turbine eines Abgasturboladers verfügt über einen Turbinengehäuse und einen in dem Turbinengehäuse positionierten Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen in dem Verdichtergehäuse positionierten Verdichterrotor. Verdichterrotor und Turbinenrotor sind über eine Welle gekoppelt.
Im Betrieb eines Abgasturboladers besteht die Gefahr, dass zum Beispiel der Verdichterrotor bricht und Bruchstücke des Verdichterrotors das Verdichtergehäuse durchschlagen und in die Umgebung des Abgasturboladers fliegen. Ein ähnlicher Schadenfall kann auch im Bereich der Turbine des Abgasturboladers auftreten. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Abgasturboladern das Verdichtergehäuse sowie ggf. das Turbinengehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadenfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst beim Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch einerseits das Gewicht des Abgasturboladers erhöht, andererseits können diese Maßnahmen nur bei neu konstruierten Abgasturboladern zum Einsatz kommen. Bereits bestehend, ältere Abgasturbolader hingegen können nicht umkonstruiert werden, sodass dieselben keinen entsprechenden Schutz aufweisen und demnach im Schadenfall Bruchstücke von Rotor und Gehäuse in die Umgebung gelangen können.
Aus der DE 10 2006 041 321 A1 , der DE 10 2008 062 363 A1 , der US 2007 / 0 101 715 A1 und der WO 2008 / 119 654 A1 sind jeweils diverse Schutzvorrichtung im Peripheriebereich des Turboladergehäuses bekannt, die im Schadensfall verhindern sollen, dass Bruchstücke des Turboladers in die Umgebung fliegen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Abgasturbolader zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist das Verdichtergehäuse und/oder das Turbinengehäuse zumindest abschnittsweise von mindestens jeweils einem Metallringgewebe umhüllt.
Mit der Erfindung wird eine einfache und effektive Möglichkeit geschaffen, sowohl neue Abgasturbolader als auch ältere, bestehende Abgasturbolader mit einer Sicherheitsfunktion auszustatten, nämlich derart, dass bei einem Schadensfall Bruchstücke des Verdichters bzw. der Turbine nicht in die Umgebung gelangen können. Vielmehr werden im Schadenfall Bruchstücke von dem oder jedem Metallringgewebe zurückgehalten bzw. eingefangen.
Vorzugsweise ist das oder jedes Metallringgewebe ein flächiges Gewebe aus reihenartig und spaltenartig angeordneten Metallösen, wobei in den Reihen und Spalten unmittelbar benachbarte Metallösen jeweils derart miteinander verbunden sind, dass die Metallösen ineinander greifen und gegeneinander beweglich sind. Ein derartiges Metallringgewebe lässt sich einerseits einfach montieren und gewährleistet andererseits ein effektives Zurückhalten von Bruchstücken im Schadenfall.
Gemäß der Erfindung ist das oder jedes Metallringgewebe über mindestens drei Spannseile am jeweiligen Gehäuse derart befestigt, dass ein erstes Spannseil und ein zweites Spannseil jeweils in Umfangsrichtung des jeweiligen Gehäuses umlaufen und das Metallringgewebe in Axialrichtung des jeweiligen Gehäuses an demselben fixieren, wobei mindestens ein drittes Spannseil das Metallringgewebe an jeweils einem in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansch des jeweiligen Gehäuses fixiert.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung ist das oder jedes Metallringgewebe über mindestens zwei Spannseile und mehrere Haltbleche am jeweiligen Gehäuse derart befestigt, dass die Haltebleche und ein erstes Spannseil das Metallringgewebe in Axialrichtung des jeweiligen Gehäuses an demselben fixieren, wobei mindestens ein zweites Spannseil das Metallringgewebe an jeweils einem in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansch des jeweiligen Gehäuses fixiert.
Mit diesen beiden vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung kann ein Metallringgewebe einfach und zuverlässig an einem Verdichtergehäuse bzw. Turbinengehäuse befestigt werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1: eine Draufsicht auf einen Verdichter eines ersten erfindungsgemäßen Abgasturboladers;
2: den Verdichter der 1 in perspektivischer Ansicht;
3: das Detail III der 1;
4: eine perspektivische Ansicht eines Verdichter eines zweiten erfindungsgemäßen Abgasturboladers ohne Metallringgewebe; und
5: ein Detail der 4 zusammen mit einem Metallringgewebe.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader.
Die Hauptbaugruppen eines Abgasturboladers sind eine Turbine und ein Verdichter. Die Turbine dient der Entspannung von Abgas, welches einen Motor verlässt. Der Verdichter dient der Verdichtung von dem Motor zuzuführender Ladeluft. Bei der Entspannung des Abgases in der Turbine gewonnene Energie wird genutzt, um den Verdichter anzutreiben und die Ladeluft im Verdichter zu verdichten.
1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 im Bereich eines Verdichters 2 und einer Turbine 3. Vom Verdichter 2 ist ein Verdichtergehäuse 4 und von der Turbine 3 ein Turbinengehäuse 5 erkennbar. Das Verdichtergehäuse 2 des Verdichters nimmt einen Verdichterrotor und das Turbinengehäuse 5 der Turbine 3 einen Turbinenrotor auf, die über eine Welle gekoppelt sind. Diese rotorseitigen Baugruppen sind in 1 und 2 nicht sichtbar.
In dem Verdichter 2 zu verdichtende Ladeluft ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Schalldämpfer 6 ansaugbar, und zwar in Axialrichtung des Verdichters 2 bzw. des Verdichtergehäuses 4. In dem Verdichter 2 verdichtete Ladeluft kann in Radialrichtung des Verdichtergehäuses 4 über einen in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseflansch 7 vom Verdichter 2 abgeführt werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist insbesondere das Verdichtergehäuse 4 zumindest abschnittsweise von mindestens einem Metallringgewebe 8 umhüllt.
Über das Metallringgewebe 8 können im Schadensfall des Verdichtergehäuses 4 und des im Verdichtergehäuse 4 positionierten Verdichterrotors Bruchstücke sicher eingefangen werden, um so zu verhindern, dass dieselben in die Umgebung gelangen.
Bei dem oder jedem Metallringgewebe 8 handelt es sich um ein flächiges Gewebe aus reihenartig und spaltenartig angeordneten Metallösen 9.
3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Metallringgewebe 8, wobei die Metallösen 9 desselben in Reihen 10 und Spalten 11 positioniert bzw. angeordnet sind. Die Metallösen 9 sind dabei derart reihenartig und spaltenartig zu dem flächigen Metallringgewebe 8 angeordnet, das in den Reihen 10 und Spalten 11 unmittelbar benachbarte Metallösen 9 jeweils derart miteinander verbunden sind, dass die Metallösen 9 ineinandergreifen und gegeneinander beweglich sind.
In der Mitte des flächigen Metallringgewebes 8 positionierte Metallösen 9 sind demnach jeweils mit vier benachbarten Metallösen 9 verbunden, nämlich mit den in derselben Reihe 10 und in derselben Spalte 11 positionierten Metallösen 9. An Rändern des Metallringgewebes 8 angeordnete Metallösen 9 sind hingegen lediglich mit drei benachbarten Metallösen 9 verbunden.
In der Ausführung der Erfindung gemäß der 1 bis 3 ist das Metallringgewebe 8 über mindestens drei Spannseile am Verdichtergehäuse 4 des Verdichters 2 befestigt. Ein erstes Spannseil 12 und ein zweites Spannseil 13 erstrecken sich jeweils im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Verdichtergehäuses 4 und fixieren das Metallringgewebe 8 in Axialrichtung des Verdichtergehäuses 4 an demselben. Über mindestens ein drittes Spannseil 14 ist das Metallringgewebe 8 an jeweils einem Gehäuseanschlussflansch des Verdichtergehäuses 4 fixiert, nämlich in 1 und 2 an dem Gehäuseanschlussflansch 7, über welchen die verdichtete Ladeluft in radialer Richtung vom Verdichter 2 abgeführt werden kann.
Das erste Spannseil 12 und das zweite Spannseil 13 verlaufen dabei an sich gegenüberliegenden Rändern des Metallringgewebes 8 und sind an diesen Rändern mit den entsprechenden Metallösen 9 verbunden, nämlich derart, dass die Metallösen 9 relativ zum jeweiligen Spannseil 12 bzw. 13 beweglich sind. Die an diesen Rändern angeordneten Metallösen 9 sind auf das jeweilige Spannseil 12 bzw. 13 aufgefädelt bzw. das jeweilige Spannseil 12 bzw. 13 ist in diese Metallösen 9 eingefädelt.
Das oder jedes dritte Spannseil 14 verläuft an einem sich senkrecht zu diesen Rändern des Metallringgewebes 8 verlaufenden Rand und ist an diesem Rand mit den entsprechenden Metallösen des Metallringgewebes wiederum derart verbunden, dass die Metallösen 9 relativ zum jeweiligen dritten Spannseil 14 beweglich sind. Die an diesem Rand angeordneten Metallösen 9 sind auf das dritte Spannseil 14 aufgefädelt bzw. das dritte Spannseil ist in diese Metallösen eingefädelt.
Die Fixierung des Metallringgewebes 8 am Verdichtergehäuse 4 des Verdichters 2 des Abgasturboladers 1 über mindestens drei Spannseile ist besonders einfach. Die Spannseile 12, 13 und 14 werden sukzessive zusammengezogen, um das Metallringgewebe beutelartig bzw. schlauchartig am Verdichtergehäuse 4 des Verdichters 2 zu befestigen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 zeigen 4 und 5, wobei nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 vom Ausführungsbeispiel der der 1 bis 3 unterscheidet.
Hinsichtlich aller übrigen Details wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet und es wird auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 verwiesen.
Das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 durch die Befestigung des Metallringgewebes 8 am Verdichtergehäuse 4. Während im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 die Befestigung des Metallringgewebes 8 am Verdichtergehäuse 4 über mindestens drei Spannseile erfolgt, erfolgt im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 die Fixierung des Metallringgewebes 8 am Verdichtergehäuse 4 über mehrere Haltebleche 15 und mindestens zwei Spannseile.
Wie 4 entnommen werden kann, sind an einer Axialposition des Verdichtergehäuses 4 über den Umfang desselben mehrere Haltebleche 15 verteilt, die mit dem Verdichtergehäuse 4 insbesondere durch Verschrauben fest verbunden sind. An diesen Halteblechen 15 wird das Metallringgewebe 8 an einem ersten Rand mit den entsprechenden Metallösen 9 derart verbunden, dass die Metallösen 9 nicht relativ zu den Halteblechen 15 beweglich sind.
Gemäß der Ausführungsvariante der 5 stehen gegenüber jedem der Haltebleche 15 in Radialrichtung des Verdichtergehäuses 4 gesehen mehrere Befestigungsschrauben 16 vor, wobei auf jeder der Befestigungsschrauben 16 eine Metallöse 9, die an dem entsprechenden Rand des Metallringgewebes 8 positioniert ist, aufgesteckt bzw. aufgefädelt ist. Dabei ist dann gemäß 5 im Bereich jeder Befestigungsschraube 16 weiterhin eine Befestigungsmutter 17 vorgesehen, mit Hilfe derer dann die jeweilige Metallöse 9 des Metallringgewebes 8 unverschiebbar an dem jeweiligen Befestigungsschraube 16 montiert werden kann.
Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, auf die Befestigungsschrauben 16 nach dem Aufstecken bzw. Einfädeln der Metallösen 8 ein gelochtes Befestigungsblech aufzusetzen, das dann lediglich über zwei seitliche Befestigungsmuttern 17 fixiert wird, um dann die einzelnen Metallösen 9 an den jeweiligen Befestigungsschrauben 16 derart zu fixieren, dass dieselben zum jeweiligen Halteblech 15 nicht beweglich sind.
An einem diesem Rand des Metallgewebes 8 gegenüberliegenden Rand kommt ein erstes Spannseil (nicht gezeigt) analog zu dem in 3 gezeigten Spannseil 12 zum Einsatz, wobei die Metallösen 9, die an dem Rand des Metallgewebes 8 befestigt sind, an dem das erste Spannseil zum Einsatz kommt, relativ zum Spannseil beweglich sind. Die an diesem Rand angeordneten Metallösen 9 sind auf das erste Spannseil aufgefädelt bzw. das erste Spannseil ist in diese Metallösen eingefädelt.
Hierdurch kann dann das im Bereich der Haltebleche 15 fest an den Halteblechen 15 fixierte Metallringgewebe 8 beutelartig über das Spannseil zusammengezogen und am Verdichtergehäuse 4 des Verdichters 2 befestigt werden. Hierdurch wird dann das Metallringgewebe 8 wiederum in Axialrichtung am Verdichtergehäuse 4 fixiert.
Senkrecht zu diesen Rändern, an welchen die Haltebleche 15 und das erste Spannseil zum Einsatz kommen, kommt mindestens ein zweites Spannseil zum Einsatz, mit Hilfe dessen das Metallringgewebe 8 dann im Bereich des in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansches 7 fixiert werden kann. Das sich im Bereich dieses Randes erstreckende Spannseil ist dann wiederum mit den jeweiligen Metallösen 9 dieses Randes derart verbunden, dass die Metallösen 9 relativ zu dem jeweiligen Spannseil beweglich sind. Die an diesem Rand angeordneten Metallösen 9 sind auf das zweite Spannseil aufgefädelt bzw. das zweite Spannseil ist in diese Metallösen eingefädelt.
An dem Verdichtergehäuse 4 des Verdichters 2 können auch mehrere Metallringgewebe 8 sandwichartig übereinander auf die obige Art und Weise befestigt werden, wobei vorzugsweise jedes Metallringgewebe 8 über separate Spannseile am Verdichtergehäuse 4 befestigt wird. An den Halteblechen 15 können übereinander gleichzeitig mehrere Metallringgewebe 8 befestigt werden.
Obwohl die Verwendung des Metallringgewebes 8 als sogenannter Containment-Schutz im Bereich des Verdichters 2 bzw. des Verdichtergehäuses 4 bevorzugt ist, kann auch im Bereich des Turbinengehäuses 5 der Turbine 3 mindestens ein Metallringgewebe 8 auf die obige Art und Weise befestigt werden. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen zur Befestigung des Metallringgewebes 8 am Verdichtergehäuse 4 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Verdichter
3: Turbine
4: Verdichtergehäuse
5: Turbinengehäuse
6: Schalldämpfer
7: Gehäuseanschlussflansch
8: Metallringgewebe
9: Metallöse
10: Reihe
11: Spalte
12: Spannseil
13: Spannseil
14: Spannseil
15: Haltblech
16: Befestigungsschraube
17: Befestigungsmutter

Claims

Abgasturbolader (1), mit einer Turbine (3) zur Entspannung von Abgas und zur Gewinnung von Energie, und mit einem Verdichter (2) zur Verdichtung von Ladeluft mit Hilfe der in der Turbine (3) gewonnen Energie, wobei die Turbine (3) ein Turbinengehäuse (5) und einen in dem Turbinengehäuse (5) positionierten Turbinenrotor aufweist, und wobei der Verdichter (2) ein Verdichtergehäuse (4) und einen in dem Verdichtergehäuse (4) positionierten und mit dem Turbinenrotor gekoppelten Verdichterrotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (4) und/oder das Turbinengehäuse (5) zumindest abschnittsweise von mindestens jeweils einem Metallringgewebe (8) umhüllt ist, wobei das oder jedes Metallringgewebe (8) über mindestens drei Spannseile (12, 13, 14) am jeweiligen Gehäuse (4, 5) derart befestigt ist, dass ein erstes Spannseil (12) und ein zweites Spannseil (13) jeweils in Umfangsrichtung des jeweiligen Gehäuses (4, 5) umlaufen und das Metallringgewebe (8) in Axialrichtung des jeweiligen Gehäuses (4, 5) an demselben fixieren, und dass mindestens ein drittes Spannseil (14) das Metallringgewebe (8) an jeweils einem in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansch (7) des jeweiligen Gehäuses (4, 5) fixiert.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Metallringgewebe (8) ein flächiges Gewebe aus reihenartig und spaltenartig angeordneten Metallösen (9) ist, wobei in den Reihen (10) und Spalten (11) unmittelbar benachbarte Metallösen (9) jeweils derart miteinander verbunden sind, dass die Metallösen (9) ineinander greifen und gegeneinander beweglich sind.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannseil (12) und das zweite Spannseil (13) an sich gegenüberliegenden Rändern des Metallringgewebes (8) verlaufen und an diesen Rändern mit den entsprechenden Metallösen (9) derart verbunden ist, dass die Metallösen (9) relativ zum jeweiligen Spannseil (12, 13) beweglich sind.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes dritte Spannseil (14) an einem sich senkrecht hierzu erstreckenden Rand des Metallringgewebes (8) verläuft und an dem Rand mit den entsprechenden Metallösen (9) derart verbunden ist, dass die Metallösen (9) relativ zum dritten Spannseil (14) beweglich sind.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Metallringgewebe (8) über mindestens zwei Spannseile und mehrere Haltebleche (15) am jeweiligen Gehäuse derart befestigt ist, dass die Haltebleche (15) und ein erstes Spannseil (12) das Metallringgewebe (8) in Axialrichtung des jeweiligen Gehäuses an demselben fixieren, und dass mindestens ein zweites Spannseil (13) das Metallringgewebe (8) an jeweils einem in Radialrichtung vorstehenden Gehäuseanschlussflansch (7) am jeweiligen Gehäuse fixiert.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebleche (15) an einer Axialposition des jeweiligen Gehäuses (4, 5) mit demselben verbunden sind und in Umfangrichtung desselben voneinander beabstandet sind, wobei das Metallringgewebe (8) an einem ersten Rand mit den Halteblechen (15) derart verbunden ist, dass die jeweiligen Metallösen (9) nicht relativ zu den Halteblechen (15) beweglich sind, und dass das erste Halteseil an einem gegenüberliegenden zweiten Rand mit den jeweiligen Metallösen (9) derart verbunden ist, dass die Metallösen (9) relativ zum ersten Spannseil (12) beweglich sind.
Abgasturbolader (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes zweite Spannseil (13) an einem sich senkrecht hierzu erstreckenden Rand des Metallringgewebes (8) verläuft und an dem Rand mit den entsprechenden Metallösen (9) derart verbunden ist, dass die Metallösen (9) relativ zum zweiten Spannseil (13) beweglich sind.