DE102017120543A1 - Axial turbine of a turbocharger and turbocharger - Google Patents

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Abstract

Axialturbine (10) eines Turboladers zur Entspannung eines Mediums, mit einem Turbinenabströmgehäuse (12), mit einem Turninenrotor (15), mit einem in Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen stromabwärts des Turninenrotors (15) positionierten Diffusor (17), der einen Innendiffusor (19) und einen Außendiffusor (18) umfasst. Der Außendiffusor (18) ist integraler Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses (12). Der Innendiffusor (19) ist als separate Baugruppe ausgeführt und mit dem Lagergehäuse (20) oder dem Turbinenabströmgehäuse (12) verschraubt oder lösbar verbunden ist.

Figure DE102017120543A1_0000
Axial turbine (10) of a turbocharger for expansion of a medium, comprising a Turbinenabströmgehäuse (12), with a Turninenrotor (15), with a seen in the flow direction of the medium to be relaxed downstream of the Turninenrotors (15) positioned diffuser (17) having an inner diffuser ( 19) and an outer diffuser (18). The outer diffuser (18) is an integral part of the Turbinenabströmgehäuses (12). The inner diffuser (19) is designed as a separate assembly and bolted to the bearing housing (20) or the Turbinenabströmgehäuse (12) or is detachably connected.
Figure DE102017120543A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialturbine eines Turboladers und einen Turbolader.The invention relates to an axial turbine of a turbocharger and a turbocharger.

Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums sowie über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Turbinenrotor und der Verdichterrotor sind über eine Welle miteinander verbunden, die in einem Lagergehäuse des Turboladers drehbar gelagert ist. Das Lagergehäuse des Turboladers ist sowohl mit dem Turbinengehäuse als auch mit dem Verdichtergehäuse verbunden. Die Turbine eines Turboladers kann als Axialturbine oder auch als Radialturbine ausgeführt sein. Ebenso kann der Verdichter eines Turboladers als Axialverdichter oder als Radialverdichter ausgeführt sein.A turbocharger has a turbine for relaxing a first medium and a compressor for compressing a second medium. The turbine of the turbocharger has a turbine housing and a turbine rotor. The compressor of the turbocharger has a compressor housing and a compressor rotor. The turbine rotor and the compressor rotor are connected to each other via a shaft which is rotatably mounted in a bearing housing of the turbocharger. The bearing housing of the turbocharger is connected to both the turbine housing and the compressor housing. The turbine of a turbocharger can be designed as an axial turbine or as a radial turbine. Likewise, the compressor of a turbocharger may be designed as an axial compressor or as a centrifugal compressor.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine als Axialturbine ausgebildeten Turbine eines Turboladers und einen Turbolader mit einer Axialturbine.The present invention relates to a designed as an axial turbine turbine of a turbocharger and a turbocharger with an axial turbine.

Aus der DE 101 25 250 C5 ist der grundsätzliche Aufbau einer Axialturbine eines Turboladers bekannt. Die Axialturbine verfügt über ein Turbinengehäuse, das ein Turbinenzuströmgehäuse und ein Turbinenabströmgehäuse umfasst. Ferner umfasst eine Axialturbine einen Turbinenrotor mit Laufschaufeln. In Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen ist stromaufwärts des Turbinenrotors ein Leitapparat positioniert, der auch als Düsenring bezeichnet wird. In Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen stromabwärts des Turbinenrotors ist ein Diffusor positioniert, der einen Innendiffusor und einen Außendiffusor umfasst.From the DE 101 25 250 C5 is the basic structure of an axial turbine of a turbocharger known. The axial turbine has a turbine housing that includes a turbine inlet housing and a turbine exhaust housing. Furthermore, an axial turbine comprises a turbine rotor with rotor blades. As viewed in the flow direction of the medium to be expanded upstream of the turbine rotor, a nozzle is positioned, which is also referred to as a nozzle ring. In the direction of flow of the medium to be expanded downstream of the turbine rotor, a diffuser is positioned, which comprises an inner diffuser and an outer diffuser.

Aus der Praxis ist es bekannt, den Innendiffusor und den Außendiffusor des Diffusors einer Axialturbine jeweils als separate Bauteile bzw. Baugruppen auszuführen und den Innendiffusor sowie den Außendiffusor jeweils individuell mit dem Turbinengehäuse zu verbinden. Hierdurch können die einzelnen Baugruppen zwar einfach gefertigt werden, dieselben müssen jedoch aufwendig miteinander verbunden werden.From practice, it is known to each design the inner diffuser and the outer diffuser of the diffuser of an axial turbine as separate components or assemblies, and to individually connect the inner diffuser and the outer diffuser to the turbine housing. As a result, the individual modules are indeed easy to manufacture, but they must be connected consuming each other.

Ferner ist es aus der Praxis bekannt, sowohl den Innendiffusor und den Außendiffusor als integralen Bestandteil des Turbinengehäuses auszuführen, wodurch zwar die Anzahl der Baugruppen und damit die Anzahl der Verbindungsstellen bzw. Schnittstellen zwischen den Baugruppen reduziert werden kann, ein Turbinengehäuse mit integralem Innendiffusor und integralem Außendiffusor ist jedoch in seiner Herstellung aufwendig.Furthermore, it is known from practice to design both the inner diffuser and the outer diffuser as an integral part of the turbine housing, which, while the number of assemblies and thus the number of interfaces between the assemblies can be reduced, a turbine housing with integral internal diffuser and integral Exterior diffuser is consuming in its manufacture.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartige Axialturbine eines Turboladers und einen Turbolader zu schaffen. Diese Aufgabe wird nach durch eine Axialturbine nach Anspruch 1 gelöst. Der Außendiffusor ist integraler Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses. Der Innendiffusor ist als separate Baugruppe ausgeführt und mit dem Lagergehäuse oder dem Turbinenabströmgehäuse verschraubt.On this basis, the present invention has the object to provide a novel axial turbine of a turbocharger and a turbocharger. This object is achieved by an axial turbine according to claim 1. The outer diffuser is an integral part of the Turbinenabströmgehäuses. The inner diffuser is designed as a separate module and bolted to the bearing housing or Turbinenabströmgehäuse.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, den Außendiffusor als integralen Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses auszuführen, den Innendiffusor jedoch als separate Baugruppe auszuführen, die vorzugsweise mit dem Lagergehäuse verschraubt ist. Hierdurch wird nach wie vor eine einfache Herstellung des Turbinenabströmgehäuses durch Gießen ermöglicht, andererseits wird die Anzahl von Schnittstellen und Verbindungsstellen reduziert.With the invention it is proposed to carry out the outer diffuser as an integral part of the Turbinenabströmgehäuses, however, to carry out the inner diffuser as a separate assembly, which is preferably bolted to the bearing housing. This still allows for easy manufacture of the turbine exhaust casing by casting, while reducing the number of interfaces and joints.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der separate Baugruppe ausgeführte Innendiffusor mit dem Lagergehäuse verschraubt ist, da dann der Innendiffusor zusammen mit dem Lagergehäuse als Einheit demontiert werden kann, um ein Zugriff auf den Turbinenrotor der Axialturbine zu ermöglichen.It is particularly preferred if the separate assembly executed internal diffuser is bolted to the bearing housing, since then the inner diffuser can be dismantled together with the bearing housing as a unit to allow access to the turbine rotor of the axial turbine.

Der erfindungsgemäße Turbolader ist in Anspruch 2 definiert.The turbocharger according to the invention is defined in claim 2.

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 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialturbine eines Turboladers.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Axialturbine eines Turboladers.
Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
  • 1 an axial section through an axial turbine according to the invention of a turbocharger.
  • 1 shows a section of an axial turbine according to the invention of a turbocharger.

Die Axialturbine 10 der 1 umfasst ein Turbinengehäuse 11, wobei vom Turbinengehäuse 11 ausschließlich ein Turbinenabströmgehäuse 12 gezeigt ist. Ein Turbinenzuströmgehäuse des Turbinengehäuses 11 ist in 1 nicht gezeigt, schließt sich jedoch in 1 auf der rechten Seite des Turbinenabströmgehäuses 11 an einen Flansch 13 des Turbinenabströmgehäuses 12 an.The axial turbine 10 of the 1 includes a turbine housing 11 , being from the turbine housing 11 exclusively a Turbinenabströmgehäuse 12 is shown. A Turbinenzuströmgehäuse the turbine housing 11 is in 1 not shown, however, closes in 1 on the right side of the Turbinenabströmgehäuses 11 to a flange 13 the Turbinenabströmgehäuses 12 at.

Die Axialturbine 10 der 1 verfügt weiterhin über einen mit Laufschaufeln 14 beschaufelten Turbinenrotor 15. Radial außen an die Laufschaufeln 14 des Turbinenrotors 15 schließt sich ein sogenanntes Deckband 16 an. The axial turbine 10 of the 1 also has one with blades 14 bladed turbine rotor 15 , Radially outward on the blades 14 of the turbine rotor 15 closes a so-called shroud 16 at.

In Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen ist stromaufwärts des Turbinenrotors 15 ein nicht gezeigter Leitapparat der Axialturbine angeordnet.Seen in the flow direction of the medium to be relaxed is upstream of the turbine rotor 15 arranged an unillustrated nozzle of the axial turbine.

In Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen schließt sich stromabwärts des Turbinenrotors 15 ein Diffusor 17 an, der einen Außendiffusor 18 und einen Innendiffusor 19 umfasst.As seen in the flow direction of the medium to be expanded, it is closed downstream of the turbine rotor 15 a diffuser 17 on, an outdoor diffuser 18 and an interior diffuser 19 includes.

1 zeigt weiterhin ein Lagergehäuse 20 eines die Axialturbine 10 umfassenden Turboladers. In dem Lagergehäuse 20 ist eine nichtgezeigte Welle gelagert, die den gezeigten Turbinenrotor 15 der Turbine 10 mit einem nicht gezeigten Verdichterrotor eines nicht gezeigten Verdichters des Turboladers koppelt. An der dem Turbinenrotor 15 zugewandten Seite des Lagergehäuses 20 ist dasselbe von einem Flansch 22 begrenzt. 1 further shows a bearing housing 20 one the axial turbine 10 comprehensive turbocharger. In the bearing housing 20 is mounted a shaft, not shown, which is the turbine rotor shown 15 the turbine 10 coupled with a compressor rotor, not shown, of a compressor, not shown, of the turbocharger. At the turbine rotor 15 facing side of the bearing housing 20 is the same of a flange 22 limited.

Bei der erfindungsgemäßen Axialturbine 10 ist der Außendiffusor 18 integraler Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses 12.In the axial turbine according to the invention 10 is the outer diffuser 18 integral part of the Turbinenabströmgehäuses 12 ,

Der Innendiffusor 19 hingegen ist als separate Baugruppe ausgeführt und in 1 mit dem Lagergehäuse 20 über nicht gezeigte Schraubverbindungen verschraubt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch weitere Befestigungsmittel, z.B. form- oder kraftschlüssige Verbindungen, hierzu zur Verbindung geeignet sind.The interior diffuser 19 however, is designed as a separate module and in 1 with the bearing housing 20 bolted via screw connections, not shown. At this point it should be mentioned that also other fastening means, for example positive or non-positive connections, are suitable for this purpose for connection.

So zeigt 1, dass der Innendiffusor 19 mit einem stromabwärtigen Flansch 21 desselben an einem Flansch 22 des Lagergehäuses 20 anliegt und mit diesem Flansch 21, der am stromabwärtigen Ende des Innendiffusors 19 ausgebildet ist, mit dem Flansch 22 des Lagergehäuses 20 verbunden ist. Der Flansch 21 des Innendiffusors 19 ist dabei zwischen dem Flansch 22 des Lagergehäuses 20 und einem Flansch 23 des Turbinenabströmgehäuses 12 des Turbinengehäuses 11 geklemmt.So shows 1 that the interior diffuser 19 with a downstream flange 21 the same on a flange 22 of the bearing housing 20 abuts and with this flange 21 located at the downstream end of the inside diffuser 19 is formed with the flange 22 of the bearing housing 20 connected is. The flange 21 of the interior diffuser 19 is between the flange 22 of the bearing housing 20 and a flange 23 the Turbinenabströmgehäuses 12 of the turbine housing 11 clamped.

Im Unterschied zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den als separate Baugruppe ausgebildeten Innendiffusor 19 auch am Flansch 23 des Turbinenabströmgehäuses 12 zu befestigen. Ferner kann der Innendiffusor 19 an einem stromaufwärtigen Ende mit dem Lagergehäuse 20, insbesondere mit dem Lagergehäusedeckel 21 desselben, verbunden werden.In contrast to the embodiment shown, it is possible, designed as a separate assembly inner diffuser 19 also on the flange 23 the Turbinenabströmgehäuses 12 to fix. Furthermore, the interior diffuser 19 at an upstream end with the bearing housing 20 , in particular with the bearing housing cover 21 the same.

Die in 1 gezeigte Ausführung, in welcher der Innendiffusor 19 mit seinem stromabwärtigen Flansch 21 am Lagergehäuse 20 befestigt ist, ist jedoch bevorzugt, um den Innendiffusor 17 zusammen mit dem Lagergehäuse 20 demontieren zu können und dann den Zugriff auf den Turbinenrotor 15 der Axialturbine 10 freizugeben.In the 1 shown embodiment, in which the inner diffuser 19 with its downstream flange 21 on the bearing housing 20 is attached, but is preferred to the inner diffuser 17 together with the bearing housing 20 and then access to the turbine rotor 15 the axial turbine 10 release.

Mit der Erfindung kann die Anzahl der Baugruppen sowie der Anzahl der Schnittstellen bzw. Verbindungsstellen der Baugruppen der Axialturbine 10 reduziert werden. Der Außendiffusor 18 des Diffusors 17 ist integraler Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses 12. Lediglich der Innendiffusor 19 des Diffusors 17 ist als separate Baugruppe ausgebildet und vorzugsweise mit dem Lagergehäuse 20 durch Verschrauben oder sonstige geeignete Befestigungen verbunden. Das Turbinenabströmgehäuse 12 kann mit im Lagergehäuse 20 montiertem Turbinenrotor 15 vom Lagergehäuse 20 und Innendiffusor entfernt werden. Alternativ kann auch das Lagergehäuse 20 mit moniertem Innendiffusor 19 und montiertem Turbinenrotor 15 vom Turbinenabströmgehäuse entfernt werden. Der Turbinenrotor 15 ist nach Demontage des Lagergehäuses 20 und des Innendiffusors 17, der zusammen mit dem Lagergehäuse 20 demontiert werden kann, leicht zugänglich. Das Turbinenabströmgehäuse 12 kann einfach gefertigt werden.With the invention, the number of modules and the number of interfaces or connection points of the assemblies of the axial turbine 10 be reduced. The outer diffuser 18 of the diffuser 17 is an integral part of the Turbinenabströmgehäuses 12 , Only the interior diffuser 19 of the diffuser 17 is designed as a separate module and preferably with the bearing housing 20 connected by screwing or other suitable fasteners. The turbine exhaust housing 12 can with in the bearing housing 20 mounted turbine rotor 15 from the bearing housing 20 and indoor diffuser are removed. Alternatively, the bearing housing 20 with painted interior diffuser 19 and mounted turbine rotor 15 be removed from the Turbinenabströmgehäuse. The turbine rotor 15 is after disassembly of the bearing housing 20 and the interior diffuser 17 , which together with the bearing housing 20 can be dismantled, easily accessible. The turbine exhaust housing 12 can be easily manufactured.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer solchen Axialturbine 10. Wie bereits ausgeführt, verfügt ein Turbolader zusätzlich zur Axialturbine 10 über einen Verdichter. Der Turbinenrotor 15 der Axialturbine 10 ist mit einem nicht gezeigten Verdichterrotor des Verdichters über eine Welle gekoppelt, die im Lagergehäuse 20 gelagert ist.The invention further relates to a turbocharger with such an axial turbine 10 , As already stated, has a turbocharger in addition to the axial turbine 10 over a compressor. The turbine rotor 15 the axial turbine 10 is coupled to a compressor rotor, not shown, of the compressor via a shaft in the bearing housing 20 is stored.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Axialturbineaxial turbine
1111
Turbinengehäuseturbine housing
1212
TurbinenabströmgehäuseTurbinenabströmgehäuse
1313
Flanschflange
1414
Laufschaufelblade
1515
Turbinenrotorturbine rotor
1616
Deckbandshroud
1717
Diffusordiffuser
1818
Außendiffusordiffusor
1919
Innendiffusorinternal diffuser
2020
Lagerhäusecogged
2121
Flanschflange
2222
Flanschflange
2323
Flanschflange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10125250 C5 [0004]DE 10125250 C5 [0004]

Claims (5)

Axialturbine (10) eines Turboladers zur Entspannung eines Mediums, mit einem Turbinenabströmgehäuse (12), mit einem Turninenrotor (15), mit einem in Strömungsrichtung des zu entspannenden Mediums gesehen stromabwärts des Turninenrotors (15) positionierten Diffusor (17), der einen Innendiffusor (19) und einen Außendiffusor (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendiffusor (18) integraler Bestandteil des Turbinenabströmgehäuses (12) ist, der Innendiffusor (19) als separate Baugruppe ausgeführt und mit dem Lagergehäuse (20) oder mit dem Turbinenabströmgehäuse (12) verschraubt oder lösbar verbunden ist.Axial turbine (10) of a turbocharger for expansion of a medium, comprising a Turbinenabströmgehäuse (12), with a Turninenrotor (15), with a seen in the flow direction of the medium to be relaxed downstream of the Turninenrotors (15) positioned diffuser (17) having an inner diffuser ( 19) and an outer diffuser (18), characterized in that the outer diffuser (18) is an integral part of the Turbinenabströmgehäuses (12), the inner diffuser (19) designed as a separate assembly and with the bearing housing (20) or with the Turbinenabströmgehäuse (12 ) is bolted or releasably connected. Turbolader, mit einer Turbine (10) zur Entspannung eines ersten Mediums, wobei die Turbine einen Turbinenrotor (15) und ein Turbinengehäuse (11) aufweist, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei der Verdichter einen mit dem Turbinenrotor (15) über eine Welle gekoppelten Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse aufweist, mit einem Lagergehäuse (20), in welchem die den Turbinenrotor (15) und den Verdichterrotor koppelende Welle gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (10) eine Axialturbine nach Anspruch 1 ist.A turbocharger, comprising a turbine (10) for venting a first medium, the turbine having a turbine rotor (15) and a turbine housing (11) with a compressor for compressing a second medium using turbulence recovery of the first medium Energy, wherein the compressor has a compressor rotor coupled to the turbine rotor (15) via a shaft and a compressor housing, with a bearing housing (20) in which the shaft coupling the turbine rotor (15) and the compressor rotor is mounted, characterized in that the Turbine (10) an axial turbine to Claim 1 is. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendiffusor (17) mit dem Lagergehäuse (20) verschraubt oder lösbar verbunden ist. Turbocharger after Claim 2 , characterized in that the inner diffuser (17) with the bearing housing (20) screwed or releasably connected. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendiffusor (19) an einem stromabwärtigen Flansch (21) mit einem Flansch (22) des Lagergehäuses (20) verschraubt ist.Turbocharger after Claim 3 characterized in that the inner diffuser (19) is bolted to a downstream flange (21) with a flange (22) of the bearing housing (20). Turbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Flansch (21) des Innendiffusors (19) zwischen dem Flansch (22) des Lagergehäuses (20) und einem Flansch (23) des Turbinenabströmgehäuses (12) geklemmt ist.Turbocharger after Claim 4 characterized in that the downstream flange (21) of the inner diffuser (19) is clamped between the flange (22) of the bearing housing (20) and a flange (23) of the turbine exhaust case (12).
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