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Die Erfindung betrifft einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft auch ein Turbinengehäuse für einen solchen Turbolader.
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Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um einen Druck in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden.
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Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird.
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Es wurde erkannt, dass es während des Betriebs des Turboladers, beispielsweise bei Prüfstandsläufen zur Auslegung des Turboladers oder Komponenten des Turboladers wie des Läufers, zu einem Wellenbruch der Läuferwelle kommen kann. Dies kann verschiedene Ursachen haben. Beispielsweise können eine Mangelschmierung, etwa ein Ölmangel, oder Partikel bzw. Fremdkörper wie eine Mutter, die sich innerhalb des Turboladers gelöst haben und beispielsweise im Verdichter angesaugt werden oder in die Turbine gelangen, zu dem Wellenbruch führen. Darüber hinaus können auch spezielle Tests zu einem Wellenbruch führen. Der Wellenbruch würde dazu führen, dass Komponenten des Turboladers, etwa das Turbinenrad und/oder die Welle selbst, ihren vorgesehenen Bauraum verlassen. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass das im System befindliche Öl des Lagersystems des Turboladers nicht mehr zurückgehalten werden kann. Dadurch könnte Öl unkontrolliert in den Abgastrakt gelangen und/oder es könnte das Öldrucksystem zusammenbrechen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die sich vom vorgesehenen Platz gelösten Komponenten andere Komponenten wie beispielsweise Abgasnachbehandlungssysteme schädigen können.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es deshalb, ein Konzept für einen Turbolader anzugeben, welches zu einem sicheren Betrieb eines Turboladers in allen Test- und Betriebssituationen beiträgt.
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Es wird ein Turbolader für eine Brennkraftmaschine offenbart. Der Turbolader weist ein Lagergehäuse auf, in dem eine Läuferwelle drehbar um eine Läuferdrehachse gelagert ist. Der Turbolader weist ein Turbinenrad auf, welches drehfest auf der Läuferwelle angeordnet ist. Der Turbolader weist ein Turbinengehäuse auf, welches mechanisch an dem Lagergehäuse festgelegt ist. Weiterhin ist ein mit dem Turbinengehäuse verbundener Blockierkörper vorgesehen, welcher stromabwärts des Turbinenrads zumindest teilweise in dem Turbinengehäuse angeordnet ist und welcher als Anschlag für das Turbinenrad ausgebildet ist, so dass eine Bewegung des Turbinenrads relativ zu dem Turbinengehäuse in einer stromabwärtigen Richtung entlang der Läuferdrehachse begrenzt wird.
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Der Blockierkörper stellt eine spezielle Vorrichtung dar, die das Turbinenrad im Falle eines Wellenbruchs der Läuferwelle an seiner vorgesehenen Position hält oder dafür sorgt, dass das Turbinenrad im Falle des Wellenbruchs seine Position bezüglich der Läuferdrehachse nur unwesentlich verändern kann. Dadurch wird verhindert, dass das Turbinenrad den vorgesehenen Bauraum innerhalb des Turboladers verlässt. Durch diese Maßnahme wird dazu beigetragen, dass die Läuferwelle ihre axiale Position gleichermaßen nicht verlassen kann und so das im Turbolader befindliche Öl im Lagersystem zurückgehalten werden kann. Dadurch können Notlaufeigenschaften des Motors gewährleistet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass in einem Notlaufprogramm des Motors noch eine Werkstatt für eine Reparatur des Turboladers angefahren werden könnte.
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Der Blockierkörper kann auch als Blockiervorrichtung, Blockiereinheit, Rückhalter oder Rückhaltevorrichtung bezeichnet werden. Der Blockierkörper kann einteilig, mehrteilig oder auch als Teil eines weiteren Bauteils ausgebildet sein. Der Blockierkörper ist in zumindest einem Bereich oder einem Punkt mit dem Turbinengehäuse mechanisch verbunden. Der Blockierkörper kann unmittelbar oder mittelbar mit dem Turbinengehäuse verbunden sein. Auch kann der Blockierkörper Teil einer separaten Einheit sein, die an das Turbinengehäuse montiert ist. Der Blockierkörper ist beispielsweise so ausgebildet, dass negative Rückwirkungen auf das Turbinenrad hinsichtlich thermodynamischer und strukturmechanischer Anforderungen möglichst gering sind. Dies kann dadurch sichergestellt werden, dass der Blockierkörper einen bezüglich der Läuferdrehachse möglichst langen axialen Anteil aufweist und die radiale Anbindung an das Turbinengehäuse in möglichst großer Entfernung zum Rad erfolgt.
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Der Blockierkörper kann beispielsweise als Finger, Zapfen oder Bolzen ausgebildet sein. Es sind jedoch auch viele weitere Ausgestaltungen denkbar, wie sie teilweise nachfolgend in den Weiterbildungen beschrieben sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Blockierkörper zur Bildung des Anschlags zumindest teilweise unmittelbar gegenüberliegend einem bezüglich der Läuferdrehachse axialen, stromabwärtigen Ende des Turbinenrads angeordnet. Mit anderen Worten erstreckt sich der Blockierkörper zumindest teilweise vor das Turbinenrad. Unmittelbar bedeutet, dass der Blockierkörper leicht beabstandet von dem axialen Ende des Turbinenrads verläuft, beispielsweise wenige Millimeter oder wenige Zehntelmillimeter. Anders ausgedrückt hat der Blockierkörper einen Anschlagsabschnitt, welcher unmittelbar dem Turbinenrad gegenüberliegt. Im Falle eines Wellenbruchs wird eine Kraft des Turbinenrads von dem Blockierkörper aufgenommen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Blockierkörper zur Bildung des Anschlags einen Vorsprung, insbesondere einen Zapfen, auf, der sich koaxial zu der Läuferdrehachse in eine Aufnahmeausnehmung des Turbinenrads erstreckt. Der Vorsprung kann an dem oben erwähnten Anschlagabschnitt ausgebildet sein. Der Vorsprung ist als Führung und/oder Anschlag für das Turbinenrad ausgebildet. Insbesondere dient er als Führung, wenn ein Schadensfall des Turboladers eingetreten ist. In diesem Fall würde der im Normalbetrieb nicht mit dem Turbinenrad berührend im Eingriff stehende Zapfen berührend mit dem Turbinenrad zusammenwirken. Die Aufnahmeausnehmung ist beispielsweise ein Sackloch, in welches der Vorsprung hineinragt. Unter dem Vorsprung kann auch ein Bereich des Blockierkörpers verstanden werden, der in die Aufnahmeausnehmung des Turbinenrads hineinragt. Mit anderen Worten ragt der Blockierkörper direkt, beispielweise ohne separat ausgeformten Führungsbereich, direkt in die Aufnahmeausnehmung des Turbinenrads hinein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Blockierkörper eine Anschlagsfläche auf, die dem stromabwärtigen Ende des Turbinenrads zumindest teilweise unmittelbar gegenüberliegt. Beispielsweise hat der Anschlagsabschnitt die Anschlagsfläche. Die Anschlagsfläche ist beispielsweise normal zu der Läuferdrehachse ausgerichtet. Die Anschlagsfläche dient als Begrenzungsfläche zum Limitieren der axialen Bewegung des Turbinenrads im Falle eines Wellenbruchs.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Blockierkörper stiftförmig ausgebildet. Beispielsweise hat der stiftförmige Körper den Anschlagsabschnitt und die Anschlagsfläche wie oben beschrieben. Der stiftförmige Körper erstreckt sich bis unmittelbar vor das stromabwärtige Ende des Turbinenrads. Der stiftförmige Körper trägt aufgrund seiner Form dazu bei, dass negative Rückwirkungen auf das Turbinenrad hinsichtlich thermodynamischer, strukturmechanischet Anforderungen möglichst gering sind.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine bezüglich der Läuferdrehachse radiale Verbindung des Blockierkörpers mit dem Turbinengehäuse bezüglich der Läuferdrehachse axial entfernt von einem stromabwärtigen Ende des Turbinenrads. Anders ausgedrückt hat der Blockierkörper einen möglichst langen axialen Anteil beziehungsweise eine axiale Ausdehnung und die radiale Anbindung an das Turbinengehäuse erfolgt in möglichst großer Entfernung zum Turbinenrad. Dies ist insbesondere aus strömungstechnischer Hinsicht günstig. Die radiale Anbindung erfolgt beispielsweise nahe eines Turbinengehäuseaustritts in stromabwärtiger Richtung, etwa nahe an einem Anschlussstutzen oder -flansch.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Blockierkörper entlang einer Hauptlängsachse, wobei die Hauptlängsachse senkrecht, koaxial oder unter einem vorbestimmten Winkel zu der Läuferdrehachse verläuft. Die parallele und insbesondere koaxiale Ausrichtung des Blockierkörpers trägt im Besonderen dazu bei, eine strömungstechnisch günstige Lösung bereitzustellen. Bei einer schrägen, beispielsweise diagonalen Ausrichtung, ergibt sich hinsichtlich einer Kerngestaltung eine gusstechnisch vorteilhafte Form. Bei einer senkrechten Ausrichtung, etwa einer rein radialen Ausrichtung des Blockierkörpers, wird eine gute Montage und Fertigung erreicht, insbesondere bei Ausbildung eines von dem Turbinengehäuse separaten Blockierkörpers. Beispielsweise lässt sich so einfach von außen ein als Bolzen oder Schraube ausgebildeter Blockierkörper montieren.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht ein Durchmesser des Blockierkörpers zumindest in einem dem Turbinenrad zugewandten Bereich einem Durchmesser einer Turbinenradnabe. Auch dies trägt zu einer strömungstechnisch günstigen Lösung bei. Insbesondere wird ein strömungstechnisch günstiger Übergang von dem Turbinenrad auf den Blockierkörper erreicht. Der Durchmesser des Blockierkörpers kann auch etwas größer oder kleiner sein als der der Turbinenradnabe. Beispielsweise liegt der Durchmesser des Blockierkörpers in einem Bereich von 0,5 mal dem Durchmesser der Turbinenradnabe bis 1,2 mal dem Durchmesser der Turbinenradnabe.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Blockierkörper einstückig mit dem Turbinengehäuse ausgebildet. Beispielsweise ist der Blockierkörper stiftförmig, etwa als Zapfen oder Finger, ausgebildet, und aus einer Wandung des Turbinengehäuses herausgeformt. Beispielsweise ist der Blockierkörper gegossen als Bestandteil des Turbinengehäuses gebildet. Mit anderen Worten erstreckt sich der Blockierkörper direkt aus und/von einer Innenwand des Turbinengehäuses zumindest teilweise vor das Turbinenrad, um einen Anschlag für dieses zu bilden. Eine reine Guss-Variante lässt sich bei entformungsgerechter Ausführung darüber hinaus auch besonders kostengünstig darstellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Blockierkörper separat zu dem Turbinengehäuse ausgebildet und mit dem Turbinengehäuse verbunden. Beispielsweise ist der Blockierkörper als Bolzen, Zapfen, Schraube, Stift oder andersartig ausgebildet und in das Turbinengehäuse montiert. Beispielsweise ist der Blockierkörper mit dem Turbinengehäuse verschraubt, verschweißt, verpresst oder vernietet. Beispielsweise ist der Blockierkörper von außen durch eine Öffnung in dem Turbinengehäuse eingeführt und im Bereich der Öffnung mit dem Turbinengehäuse verbunden. Dadurch wird zu einer besonders einfachen Montage beigetragen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Blockierkörper als Teil eines zu dem Turbinengehäuse separaten Einsatzes gebildet. Der Einsatz ist an dem Turbinengehäuse angeordnet, etwa in dieses eingeschoben, und in/an dem Turbinengehäuse fixiert. Auch dies trägt zu einer einfachen Montage bei. Insbesondere sind wiederum verschiedene Verbindungstechniken wie oben angegeben möglich. Der Einsatz kann auf verschiedene Art und Weisen ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Einsatz durch einen scheibenartigen Körper gebildet, der hinsichtlich einer äußeren Kontur an eine innere Kontur des Turbinengehäuses stromabwärts des Turbinenrads angepasst ist. Von diesem scheibenartigen Körper erstreckt sich der Blockierkörper, beispielsweise stiftförmig und/oder koaxial zu der Läuferdrehachse. Beispielsweise kann die Scheibe mehrere Speichen haben oder speichenartig ausgebildet sein. Der Blockierkörper kann so geformt sein, dass sich aus dem umgebenden Turbinengehäuse und dem Blockierkörper ein thermodynamisch günstiger Flächenverlauf ergibt. Beispielsweise kann ein Diffusor mit strömungsgünstigen Öffnungsverhältnis realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Verbindungselement an dem Turbinengehäuse angeordnet und der Blockierkörper ist an dem Verbindungselement festgelegt. Das Verbindungselement kann einstückig mit dem Turbinengehäuse ausgebildet sein oder als separates Element mit dem Turbinengehäuse verbunden sein. Der Blockierkörper kann einstückig mit dem Verbindungselement ausgebildet sein. Das Verbindungselement stellt einen Halter für den Blockierkörper dar. Bei dem Verbindungselement handelt es sich beispielsweise um einen Steg oder eine Speiche. Eine solche Lösung ist insbesondere sinnvoll, wenn der Blockierkörper koaxial zur Läuferdrehachse angeordnet ist. Mittels des Verbindungselements wird eine stabile Anbindung des Blockierkörpers an das Turbinengehäuse gewährleistet. Analog zu oben sind verschiedene Verbindungstechniken zum Verbinden des Blockierkörpers mit dem Verbindungselement denkbar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Hauptlängsachse des Blockierkörpers parallel, insbesondere koaxial, zu der Läuferdrehachse angeordnet, und das zumindest eine Verbindungselement erstreckt sich radial von einer Innenwand des Turbinengehäuses. Dadurch wird zu einer strömungstechnisch besonders günstigen Lösung beigetragen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Länge des Blockierkörpers bezüglich einer Hauptlängsachse des Blockierkörpers größer als ein lichter Abstand des Blockierkörpers zu der Innenwand in radialer Richtung bezogen auf die Läuferdrehachse. Dadurch wird eine besonders strömungsgünstige Lösung ermöglicht.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Blockierkörper über zumindest zwei Verbindungselemente an dem Turbinengehäuse gehalten. Dadurch wird eine stabilere Anbindung des Körpers an das Turbinengehäuse ermöglicht. Beispielsweise ist der Blockierkörper speichenartig gehalten.
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Des Weiteren wird ein Turbinengehäuse für einen Turbolader gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen offenbart. In dem Turbinengehäuse ist ein Blockierkörper angeordnet, der entsprechend einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein kann.
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Das Turbinengehäuse ermöglicht im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile und Funktionen.
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Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele offenbart.
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Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Turboladers,
- 2 bis 5 verschiedene Ansichten eines Turboladers mit einem Blockierkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 6 bis 9 verschiedene Ansichten eines Turboladers mit einem Blockierkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 10 bis 13 verschiedene Ansichten eines Turboladers mit einem Blockierkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 14 bis 17 verschiedene Ansichten eines Turboladers mit einem Blockierkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 18 eine schematische Schnittansicht eines Turboladers mit einem Blockierkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
- 19 und 20 zwei perspektivische Ansichten zweier Blockierkörper für einen Turbolader gemäß zweier weiterer Ausführungsbeispiele.
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1 zeigt schematisiert einen exemplarischen Abgasturbolader 1 in Schnittdarstellung, der eine Abgasturbine 20, einen Frischluftverdichter 30 und ein Läuferlager 40 aufweist. Die Abgasturbine 20 ist mit einem Wastegateventil 29 ausgestattet und ein Abgasmassestrom AM ist mit Pfeilen angedeutet. Der Frischluftverdichter 30 weist ein Schub-Umluftventil 39 auf und ein Frischluft-Massestrom FM ist ebenfalls mit Pfeilen angedeutet. Ein sogenannter Turboladerläufer 10 des Abgasturboladers 1 weist ein Turbinenlaufrad 12 (auch Turbinenrad bezeichnet), ein Verdichterlaufrad 13 (auch Verdichterrad bezeichnet) sowie eine Läuferwelle 14 auf (auch Welle bezeichnet) . Der Turboladerläufer 10 rotiert im Betrieb um eine Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14. Die Läuferdrehachse 15 und gleichzeitig die Turboladerachse 2 (auch Längsachse bezeichnet) sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt und kennzeichnen die axiale Ausrichtung des Abgasturboladers 1. Der Turboladerläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier Radiallager 42 und einer Axiallagerscheibe 43 gelagert. Sowohl die Radiallager 42 als auch die Axiallagerscheibe 43 werden über Ölversorgungskanäle 44 eines Ölanschlusses 45 mit Schmiermittel versorgt.
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In der Regel weist ein gebräuchlicher Abgasturbolader 1, wie in 1 dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind ein im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Turbinengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 ein Lagergehäuse 41 bezüglich der gemeinsamen Turboladerachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden.
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Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 1 stellt der Turboladerläufer 10 dar, der die Läuferwelle 14, das in dem Turbinengehäuse 21 angeordnete Turbinenlaufrad 12 mit einer Laufradbeschaufelung 121 und das in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnete Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung 131 aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad 13 sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle 14 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 mit der Turboladerachse 2 zusammenfällt.
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Das Turbinengehäuse 21 weist einen oder mehrere ringförmig um die Turboladerachse 2 und das Turbinenlaufrad 12 angeordnete, sich schneckenförmig zum Turbinenlaufrad 12 hin verjüngende Abgas-Ringkanäle, sogenannte Abgasfluten 22 auf. Diese Abgasfluten 22 weisen einen jeweiligen oder gemeinsamen, tangential nach außen gerichteten Abgaszuführkanal 23 mit einem Krümmer-Anschlussstutzen 24 zum Anschluss an einen Abgaskrümmer (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf, durch den der Abgasmassenstrom AM in die jeweilige Abgasflute 22 und dann auf das Turbinenlaufrad 12 strömt. Alternativ ist auch die Montage des Turboladers 1 mit dem Krümmer-Anschlussstutzen 24 direkt an den Verbrennungsmotor. Das Turbinengehäuse 21 weist weiterhin einen Abgasabführkanal 26 auf, der vom axialen Ende des Turbinenlaufrades 12 weg in Richtung der Turboladerachse 2 verläuft und einen Auspuff-Anschlussstutzen 27 zum Anschluss an das Auspuffsystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist. Über diesen Abgasabführkanal 26 wird der aus dem Turbinenlaufrad 12 austretende Abgasmassenstrom AM in das Auspuffsystem des Verbrennungsmotors abgeführt. Alternativ kann an der Auspuff-Anschlussstutzen 27 als Anschlussflansch bezeichnet werden. Auch können vor dem Anschluss an das Auspuffsystem andere Komponenten zwischengeschaltet sein, etwa ein Abgasnachbehandlungssystem.
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Weitere Details des Turboladers 1 werden nicht näher erläutert. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der in 1 beschriebene Turbolader 1 exemplarisch zu verstehen ist und alternativ auch anderweitige Ausgestaltungen haben kann.
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Wie eingangs erwähnt, kann es bei Turboladern zu einem Wellenbruch mit verschiedenen nachteiligen Folgen kommen. Anhand der 2 bis 20 werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, die ein axiales Bewegen des Turbinenrads 12 aus seiner vorgegebenen Position und damit einhergehend ein axiales Bewegen der Welle nach einem solchen Bruch verhindern bzw. begrenzen.
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2 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Turboladers 1, der beispielsweise entsprechend des vorbeschriebenen Turboladers 1 der 1 ausgeführt ist. Zusätzlich ist in dem Turbinengehäuse 21 stromabwärts des Turbinenrads 12 ein Blockierkörper 50 angeordnet. Der Blockierkörper 50 ist durch einen im Wesentlichen stiftförmigen Körper 51 gebildet, etwa als ein Finger. Der Blockierkörper 50 erstreckt sich von einer Innenwand 52 des Turbinengehäuses 21, welche den Abgasabführkanal 26 begrenzt, bis unmittelbar vor ein stromabwärtiges, axiales Ende 53 des Turbinenrads 12.
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Der stiftförmige Blockierkörper 50 erstreckt sich entlang einer Hauptlängsachse 54, die unter einem vorbestimmten Winkel zu der Läuferdrehachse 15 ausgerichtet ist. Der Blockierkörper 50 weist an einem freien Ende 55a einen Anschlagabschnitt 55 auf, der eine Anschlagsfläche 56 hat. Die Anschlagsfläche 56 ist direkt unmittelbar dem axialen Ende 53 des Turbinenrads 12 gegenüberliegend angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist die Anschlagsfläche 56 normal zur Läuferdrehachse 15 ausgerichtet. Die Anschlagsfläche 56 ist beispielsweise nur wenige Millimeter von dem axialen Ende 53 des Turbinenrads 12 beabstandet. Eine radiale Anbindung des Blockierkörpers 50 an das Turbinengehäuse 21 ist somit entfernt von dem axialen Ende 53 des Turbinenrads 12.
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Der Blockierkörper 50 ist einstückig mit dem Turbinengehäuse 21 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist das Turbinengehäuse 21 und somit die Blockierkörper 50 aus einem Gusswerkstoff hergestellt. Der Blockierkörper 50 ist so ausgeführt, dass negative Rückwirkungen auf das Turbinenrad 12 in thermodynamischer und strukturmechanischer Hinsicht während eines „Normalbetriebs“ möglichst gering sind oder weitestgehend vermieden sind. Durch die schräge, diagonale Anordnung des Blockierkörpers 50 wird zu einer strömungstechnisch günstigen Ausführung beigetragen. Die schräge Anordnung ermöglicht auch den eingangs erwähnten, gusstechnischen Vorteil. Auch durch die stiftförmige Ausführung und die entfernte radiale Anbindung wird zu einer derart günstigen Ausführung beigetragen. Generell sei angemerkt, dass die negativen Rückwirkungen desto geringer sind je größer der Abstand der radialen Anbindung ans Turbinengehäuse 21 ist.
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Im Falle eines Wellenbruchs ist das Turbinenrad 12 somit durch den Blockierkörper 50 daran gehindert, sich in axialer Richtung der Läuferdrehachse 15 relativ zu dem Turbinengehäuse 21 zu bewegen. Das Turbinenrad 12 würde an dem Blockierkörper 50 anschlagen und im Wesentlichen in seiner Position gehalten werden. Dadurch werden die eingangs genannten Vorteile und Funktionen erreicht. Der Blockierkörper 50 bildet somit einen Anschlag für das Turbinenrad 12.
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6 bis 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Blockierkörpers 50 des Turboladers 1. Der Blockierkörper 50 ist wiederrum stiftförmig ausgeführt und als Zapfen mit Gewinde ausgebildet. Anders ausgedrückt ist der Blockierkörper 50 ein Schraubbolzen. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Blockierkörper 50 separat zu dem Turbinengehäuse 21 ausgebildet, also nicht einstückig mit diesem. Der Blockierkörper 50 ist über ein Verbindungselement 57 mit dem Turbinengehäuse 21 verbunden, welches einstückig mit dem Turbinengehäuse 21 ausgebildet ist und sich radial bezüglich der Läuferdrehachse 15 innerhalb des Abgasabführkanals 26 erstreckt. Das Verbindungselement 57 kann auch als Halter, Halteelement oder dergleichen bezeichnet sein.
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Der Blockierkörper 50 ist an dem Verbindungselement 57 über eine Schraubverbindung befestigt. Es sind jedoch auch andere konstruktive Ausgestaltungen für den Blockierkörper 50 denkbar. Auch sind andere Verbindungstechniken denkbar, etwa Verschweißen oder Verpressen. Der stiftförmige Blockierkörper 50 ist koaxial zu der Läuferdrehachse 15 ausgerichtet. Dies ist strömungstechnisch besonders günstig. Das Verbindungselement 57 ist möglichst weit von dem axialen Ende 53 des Turbinenrads 12 entfernt angeordnet. Auch dies trägt zur strömungstechnisch günstigen Ausgestaltung bei. Beispielsweise ist eine Länge Ll des Blockierkörpers 50 größer als ein maximaler, lichter Abstand L2 des Blockierkörpers 50 zu der Innenwand 52.
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Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel, ist der Blockierkörper 50 wiederum zumindest teilweise unmittelbar vor das Turbinenrad 12 geführt. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der stiftförmige Blockierkörper 50 an einem freien Ende 55a einen Anschlagabschnitt 55 mit einem Vorsprung 58, der in eine entsprechende Aufnahmeausnehmung 59 des Turbinenrads hineinragt. Der Vorsprung 58 hat die Anschlagsfläche 56 und dient neben dem Anschlag für das Turbinenrad 12 auch als Führung für das Turbinenrad 12.
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10 bis 13 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Blockierkörpers 50, der wiederum separat zu dem Turbinengehäuse 21 ausgebildet ist und mit diesem verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Blockierkörper 50 stiftförmig als ein Bolzen ausgeführt, der von außen über eine Öffnung 63 in das Turbinengehäuse 21 eingeschraubt oder eingepresst ist. Der Blockierkörper 50 ist schräg analog zum Beispiel gemäß 5 angeordnet. Wiederum hat der Blockierkörper 50 an einem freien Ende 55a einen Anschlagsabschnitt 55 mit einer Anschlagsfläche 56 unmittelbar gegenüber dem axialen Ende 53 des Turbinenrads 12.
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Der Blockierkörper 50 gemäß 10 bis 13 kann in unterschiedlichen Positionen ausgerichtet sein, wie etwa in 14 bis 17 gezeigt.
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14 bis 17 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 10 bis 13 entspricht, wobei der Blockierkörper 50 senkrecht zu der Läuferdrehachse 15 angeordnet ist. Der Anschlagsabschnitt 55 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Teilabschnitt des Körpers 50, der nicht zwingend am freien Ende 55a ausgebildet ist.
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In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann anstelle der bisherigen einseitigen Verbindung der Blockierkörper 50 mit dem umgebenden Turbinengehäuse 21 auch eine mehrseitige Verbindung vorgesehen sein. Beispielsweise sind zwei oder mehr Verbindungselement 57, etwa speichenartig, denkbar.
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18 bis 20 zeigen Ausführungsbeispiele von Blockierkörpern 50, die Teil separater Einsätze 60 für das Turbinengehäuse 21 sind. Insbesondere werden die Einsätze 60 jeweils in das Turbinengehäuse 21 eingeschoben und in diesem festgelegt. Diesbezüglich bieten sich verschiedene Befestigungsmethoden an, beispielsweise die in 18 gezeigte Verklemmung des Einsatzes 60. Allen Einsätzen 60 der 18 bis 20 ist gemein, dass diese einen scheibenartigen Körper 61 aufweisen, an welchem der stiftförmige Blockierkörper 50 angeordnet ist. Alternativ können die Einsätze 60 auch andersartig, insbesondere nicht scheibenartig, ausgebildet sein. Im montierten Zustand verläuft der stiftförmige Blockierkörper 50 wiederum koaxial zur Läuferdrehachse 15. Der Blockierkörper 50 kann beispielsweise speichenartig in Position gehalten sein. Der Blockierkörper 50 kann wiederrum auf unterschiedliche Art und Weisen mit dem scheibenartigen Körper 61 verbunden sein.
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Wie beispielsweise in 18 gezeigt, ist ein Durchmesser D1 des stiftförmigen Blockierkörpers 50 zumindest in dem dem Turbinenrad 12 zugewandten Bereich einem Durchmesser D2 einer Turbinenradnabe 62, insbesondere dem axialen zugewandten Ende des Turbinenrads 12, angepasst. Der Durchmesser D2 der Turbinenradnabe 62 ist ein Außendurchmesser des Turbinenrads 12 in diesem Bereich. Dies trägt zur strömungsgünstigen Ausbildung bei, da dies eine besonders optimale Lösung hinsichtlich Thermodynamik und Strukturmechanik des Blockierkörpers 50 darstellt. Die Durchmesser D1 und D2 entsprechen einander oder weichen nur geringfügig voneinander ab.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können hinsichtlich ihrer Merkmale kombiniert sein. So kann ein Blockierkörper 50 optional den anhand von 9 beschriebenen Vorsprung 59 haben. Alternativ kann auf diesen verzichtet sein zugunsten einer Ausbildung analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem entsprechenden Anschlagsabschnitt 55 und einer Anschlagsfläche 56.
