DE102013202073A1

DE102013202073A1 - Turbinengehäuse

Info

Publication number: DE102013202073A1
Application number: DE201310202073
Authority: DE
Inventors: Max Fiedler; Timo Tries; Tatjana Kuzivanov
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-14

Abstract

Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse besitzt einen das Turbinenrad bogenförmig oder spiralig umschließenden Strömungsweg für die Treibgase. Dieser Strömungsweg ist nahe des Einlasskanals des Strömungsweges durch eine Leitfläche verlängert, so dass eine verlängerte Umschlingung des Umfanges des Turbinenrades sowie eine zum Umfang tangentiale Strömungsrichtung am Ende des Umschlingungsweges erreicht werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinengehäuse eines Radialturbinenrades, insbesondere für Turbolader, mit einem zum Umfang des Turbinenrades etwa tangentialen Eingangskanal, welcher sich in einen den Radumfang bogenförmig oder spiralig umschließenden Bogen- oder Spiralraum mit einem das Turbinenrad bogenförmig oder spiralig umschließenden Außenwandbereich fortsetzt und mit einem zur Radachse konzentrischen Ausgang kommuniziert.
Für derartige Turbinengehäuse sind unterschiedliche Bauweisen bekannt und gebräuchlich. Einerseits können diese Turbinengehäuse als Gussteile ausgebildet sein, die beispielsweise aus zwei Gussschalen zusammengesetzt sind. Stattdessen ist es auch möglich, das Turbinengehäuse aus dünnwandigen Blechschalen zusammenzusetzen. Hierzu kann beispielhaft auf die DE 10 2010 022 218 A1 sowie die GB 1263932 A verwiesen werden. Die letztere Druckschrift zeigt dabei die zusätzliche Möglichkeit, den den Radumfang umschlingenden Bogenraum durch eine Zwischenwand in zwei bezüglich der Radachse axial nebeneinanderliegende Bogenräume zu unterteilen, welche zueinander in Umfangsrichtung des Turbinenrades versetzte, in Umfangsrichtung erstreckte Schlitzöffnungen aufweisen, über die die zugeführten Treibgase auf die Schaufeln des Turbinenrades geleitet und damit zum Ausgang des Turbinengehäuses geführt werden. In diesem Zusammenhang wird auf die Möglichkeit verwiesen, die bogenförmigen Teilräume den Abgasströmen unterschiedlicher Zylinder eines Verbrennungsmotors zuzuordnen, so dass der eine Bogenraum die Abgase der einen Zylinder und der andere Bogenraum die Abgase der anderen Zylinder des Motors auf das Turbinenrad leitet.
Bei den Turbinen eines Abgasturboladers besteht das grundsätzliche Problem, einen möglichst geräuschfreien Betrieb mit hohem Wirkungsgrad der Turbine zu erreichen.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, den Zustrom der Ab- bzw. Treibgase zum Turbinenrad zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am eingangskanalseitigen Ende des Bogen- oder Spiralraums eine dessen Außenwand spiralig oder bogenförmig fortsetzende Leitfläche angeordnet ist, durch die gewährleistet wird, dass eine an dieser Außenwand umlaufende Strömungsschicht am Ende des Bogen- bzw. Spiralraums der den Eingangskanal durchsetzenden Strömung im Wesentlichen gleichgerichtet ist und dementsprechend im Wesentlichen wirbelfrei mit der Eingangsströmung vereinigt wird.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einerseits den Umschlingungsweg der Treibgase am Umfang des Turbinenrades zu verlängern und andererseits am Ende des Umschlingungsweges eine zum Umfang des Turbinenrades tangentiale Strömungsrichtung zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Turbinengehäuse aus dünnwandigen Blechschalen. Dies bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Leitfläche als Blechzunge ausgebildet sein kann, die mit zumindest einer der Blechschalen vor dem Zusammenbau des Gehäuses verbunden wird, beispielsweise durch Schweißen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Turbinengehäuse zusätzlich mehrflutig ausgebildet sein, indem der Eingangskanal sowie der Bogen- bzw. Spiralraum durch Zwischenwände in mehrere bezüglich der Rotorachse radial übereinanderliegende Strömungswege unterteilt wird, die das Rotorrad unterschiedlich weit umschlingen, derart, dass ein radial weiter außen liegender Strömungsweg erst nach einem größeren Umschlingungsbogen auf die Schaufeln des Turbinenrades gelangt.
Auch die für die mehrflutig Ausbildung des Rotorgehäuses erforderlichen Zwischenwände können durch zungenartige Blechstreifen ausgebildet werden, die mit zumindest einem Schalenteil des Rotorgehäuses fest verbunden werden.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen.
In der Zeichnung zeigen alle Figuren jeweils zweischalig aufgebaute Turbinengehäuse für Radialturbinenräder, wobei jeweils im Bild A ein ausgangsseitiges Schalenteil, in Bild B ein zugehöriges gegenüberliegendes Schalenteil und im Bild C der zusammengebaute Zustand der Schalenteile dargestellt ist. Im Übrigen zeigt
1 ein herkömmliches Turbinengehäuse für ein nicht dargestelltes Radialturbinenrad,
2 ein der 1 entsprechendes Turbinengehäuse mit zusätzlicher Leitfläche,
3 ein Turbinengehäuse mit zusätzlicher Leitfläche und zweiflutiger Ausgestaltung und
4 ein Turbinengehäuse mit zusätzlicher Leitfläche und dreiflutiger Ausgestaltung.
Das im Bild C der 1 dargestellte Turbinengehäuse 1 ist aus den Schalenteilen 2 und 3 zusammengesetzt, die im Bild A bzw. B der 1 dargestellt und gemäß dem Bild C an einer Naht 4 miteinander verschweißt sind. Das Schalenteil 2 besitzt einen zur Form des aufzunehmenden Turbinenrades komplementäre Innenraumkontur mit einer Auslassöffnung 5 für die das Turbinenrad treibenden Gase. Im Schalenteil 3 ist eine Öffnung 6 vorgesehen, an die bei einem Turbolader typischerweise ein Lagergehäuse anschließt, welches die Lager der Rotorwelle des Rotors aufnimmt, wobei an den in das Turbinengehäuse 1 hineinragenden Ende der Rotorwelle das Turbinenrad, in der Regel freitragend, angeordnet ist.
Die beiden Schalenteile 2 und 3 formen gemeinsam einen Einlasskanal 7, über den die das Turbinenrad beaufschlagenden Treibgase einströmen. Im Anschluss an den Eingangskanal 7 bildet das Turbinengehäuse 1 einen das Turbinenrad umschlingenden Bogen- bzw. Spiralraum, dessen bezüglich der Rotorachse äußerer Wandbereich 1' den Umfang des Rotorrades mit vom Einlasskanal 7 aus gesehen zunehmend geringer werdenden Radialabstand umschlingt. An diesem Wandbereich 1' bilden die einströmenden Treibgase eine wandnahe Strömungsschicht, die am einlasskanalseitigen Ende 1'' des Wandbereiches 1' im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der über den Einlasskanal 7 einströmenden Treibgase ist. Die dadurch verursachten Wirbel dürften die Ursache unerwünschter Geräusche sein.
Zur Vermeidung bzw. Verminderung dieser Wirbel bzw. Geräusch ist erfindungsgemäß entsprechend der 2 eine den Wandbereich 1' an deren Ende 1'' bogen- bzw. spiralförmig fortsetzende Leitfläche 8 vorgesehen. Diese führt die vorgenannte wandnahe Strömungsschicht in Umfangsrichtung des Turbinenrades weiter, derart, dass sich diese Strömungsschicht weitestgehend gleichgerichtet zur Strömung im Einlasskanal 7 mit der Einlasströmung vereinigen kann.
Gemäß den 3 und 4 können im Einlasskanal 7 sowie innerhalb des das Turbinenrad umschlingenden Bogen- bzw. Spiralraums mindestens eine Unterteilungswand 9, vorzugsweise zwei Unterteilungswände 9 und 10 angeordnet sein, welche das Turbinenrad mehr oder weniger weit umschlingen, wobei die bezüglich der Rotorachse radial äußere Unterteilungswand 10 ein größeres Umschlingungsmaß als die radial innere Unterteilswand 9 aufweist. Durch derartige Unterteilungswände 9 und 10 wird erreicht, dass die das Turbinenrad treibenden Treibgase mehrflutig in das Turbinengehäuse 1 einströmen und an in Umfangsrichtung des Turbinenrades in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Bereichen auf das Turbinenrad treffen.
Gemäß einer bevorzugten Bauweise sind die Schalenteile 2 und 3 sowie die Leitfläche 8 und die Unterteilungswände 9 und 10 als dünnwandige Blechteile ausgebildet, wobei die Leitfläche 8 und die Unterteilungswände 9 und 10 mehr oder weniger lange Blechzungen bilden, die mit zumindest einem der Schalenteile 2 oder 3, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden. Im Übrigen werden die beiden Blechschalenteile 2 und 3 miteinander ebenfalls durch Schweißung verbunden, jedoch sind auch andere Fügeverfahren möglich.
Die die Leitfläche 8 bzw. die Unterteilungswände 9 und 10 bildenden Blechzungen können mit jeweils einem Schalenteil, z.B. mit dem Schalenteil 2 verschweißt sein und mit randseitigen lappenartigen Fortsätzen am dem einen Schalenteil 2 gegenüberliegenden Rand der jeweiligen Blechzunge in schlitzartige Öffnungen am anderen Schalenteil 3 eingesteckt sein, wobei die Fortsätze außenseitig des Schalenteils 3 mit diesem Schalenteil 3 verschweißt werden können. Gegebenenfalls können in den Schalenteilen 2 und 3 auch den Längsrändern der Blechzungen entsprechende innenseitige Nuten ausgeformt sein, die die Längsränder der Blechzungen aufnehmen und zu einer Versteifung der Schalenteile 2, 3 beitragen.
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 102010022218 A1 [0002]
GB 1263932 A [0002]

Claims

Turbinengehäuse (1) eines Radialturbinenrades, insbesondere für Turbolader, mit einem zum Umfang des Turbinenrades etwa tangentialen Eingangskanal (7), welcher sich in einen den Radumfang bogenförmig oder spiralig umschließenden Bogen- oder Spiralraum mit einem das Turbinenrad bogenförmig oder spiralig umschließenden Außenwandbereich (1') fortsetzt und mit einem zur Radachse konzentrischen Ausgang (6) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass am dem Eingangskanal nahen Ende des Bogen- oder Spiralraumes eine dessen Außenwand (1') spiralig oder bogenförmig fortsetzende Leitfläche (8) angeordnet ist, die eine an der Außenwand (1') umlaufende Strömungsschicht am Ende des Bogen- oder Spiralraumes im Wesentlichen gleichgerichtet zur Eingangsströmung im Eingangskanal (7) in die Eingangsströmung einleitet.
Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mehrflutig ausgebildet ist und einen mehrflutigen Eingangskanal sowie einen daran anschließenden mehrflutigen Bogen- oder Spiralraum aufweist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Turbinengehäuses (1) durch Unterteilungswände (9, 10) mehrere radial übereinander liegende Strömungswege ausgebildet sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial weiter außen angeordneter Strömungsweg das Turbinenrad in Umfangsrichtung weiter umschlingt als ein radial weiter innen angeordneter Strömungsweg, so dass der weiter außen liegende Strömungsweg erst nach einem größeren Umschlingungsbogen auf den Umfang des Turbinenrades führt.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus Blechschalen (2, 3) zusammengesetzt ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (8) und/oder die Unterteilungswände (9, 10) als Blechzungen ausgebildet sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Längsrändern der Blechzungen seitliche lappenartige Fortsätze angeordnet sind, die in entsprechende schlitzförmige Öffnungen am Gehäuse (1) eingesteckt sind.