DE102021108686A1

DE102021108686A1 - Turbinenanordnung mit separater leiteinrichtung

Info

Publication number: DE102021108686A1
Application number: DE102021108686.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ramb; Bernhard Dreher; Patrick Weber; Alexander Umlauff; Ahmet COKSEN
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13
Also published as: CN215860342U; CN115182790A; US20220325631A1; JP2022161035A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung für eine Aufladevorrichtung. Die Turbinenanordnung umfasst ein Turbinengehäuse, ein Turbinenrad und eine Leiteinrichtung. Das Turbinengehäuse definiert eine Turbinenspirale und einen Turbinenauslass. Das Turbinenrad ist in dem Turbinengehäuse zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenauslass angeordnet. Die Leiteinrichtung umfasst einen Trägerring und mehrere Leitschaufeln. Die Leitschaufeln sind an dem Trägerring in einer vorbestimmten Orientierung fest angeordnet. Die Leiteinrichtung ist in einem Zuströmkanal zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenrad angeordnet, so dass im Betrieb Fluide von der Turbinenspirale durch den Zuströmkanal über die Leitschaufeln auf das Turbinenrad geleitet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung für eine Aufladevorrichtung mit einer Leiteinrichtung mit fixierten Leitschaufeln. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Turbinenanordnung.
Hintergrund
Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtung gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Turbolader, bei denen der Verdichter über eine Turbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beschrieben.
Um die Effizienz von Turbinen zu erhöhen an verschiedene Betriebspunkte anzupassen werden häufig variable Leitschaufeln in Turbinen verwendet, die so verstellt werden können, dass ein Anströmwinkel wie auch ein Strömungsquerschnitt der auf das Turbinenrad geleiteten Strömung variabel eingestellt werden können. Derartige Systeme werden auch als Variable Turbinengeometrie oder VTG bezeichnet. Daneben sind Systeme mit fixierten Leitschaufeln bekannt, um einzelne oder wenige mehrere spezifische Betriebspunkte der Turbine zu optimieren. Die fixierten Leitschaufeln sind dabei anders als VTG Leitschaufeln nicht verstellbar, sondern in einer fixierten Orientierung relativ zum Turbinengehäuse angeordnet, so dass der Strömungsquerschnitt und der Anströmwinkel einmal festgelegt, nicht mehr variabel verstellt werden kann, sondern für einen einzelnen oder wenige mehrere spezifische Betriebspunkte optimiert festgelegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Turbinenanordnung mit fest angeordneten Leitschaufeln bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung für eine Aufladevorrichtung nach Anspruch 1.
Die Turbinenanordnung für eine Aufladevorrichtung umfasst ein Turbinengehäuse, ein Turbinenrad und eine Leiteinrichtung. Das Turbinengehäuse definiert eine Turbinenspirale und einen Turbinenauslass. Das Turbinenrad ist in dem Turbinengehäuse zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenauslass angeordnet. Die Leiteinrichtung umfasst einen Trägerring und mehrere Leitschaufeln. Die Leitschaufeln sind an dem Trägerring in einer vorbestimmten Orientierung fest angeordnet. Die Leiteinrichtung ist in einem Zuströmkanal zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenrad angeordnet, so dass im Betrieb Fluide von der Turbinenspirale durch den Zuströmkanal über die Leitschaufeln auf das Turbinenrad geleitet werden. Die vorbestimmte Orientierung kann dabei eine Orientierung sein, die von einer Orientierung in Umfangsrichtung zu einer mehr radialen bzw. mehr tangentialen Orientierung abweicht. Dadurch können Fluide von der Turbinenspirale kommend mehr radial bzw. tangential auf das Turbinenrad geleitet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Leiteinrichtung derart angeordnet, dass die fixierten Leitschaufeln eine Strömung entsprechend der vorbestimmten Orientierung von der Turbinenspirale auf das Turbinenrad leiten. Dadurch dass die Leitschaufeln nicht integral mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, sondern in einer separaten Leiteinrichtung umfasst sind, ergeben sich Montage- und Kostenvorteile. So können beispielsweise für ein Basis-Turbinengehäuse - je nach Anwendung - verschiedene, beispielsweise verschieden konfigurierte, Leiteinrichtungen verwendet werden, die insbesondere unterschiedliche Orientierungen der Leitschaufeln aufweisen. Umgekehrt, könnte auch eine bestimmte Ausführung einer Leiteinrichtung in verschiedene Turbinengehäuse integriert bzw. eingesetzt werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der Austauschbarkeit und der Wiederverwendbarkeit der Leiteinrichtungen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung kann die Leiteinrichtung als separates Bauteil ausgebildet sein. Insbesondere kann die Leiteinrichtung als vom Turbinengehäuse separates Bauteil ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Leiteinrichtung als von einem Lagergehäuse der Aufladevorrichtung separates Bauteil ausgebildet sein. Hierdurch kann die Modularität der Turbinenanordnung verbessert werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung in das Turbinengehäuse eingesetzt sein. Insbesondere kann die Leiteinrichtung austauschbar und/oder herausnehmbar und/oder lösbar in das Turbinengehäuse eingesetzt sein. Hierdurch kann eine flexibel an verschiedene Anwendungen oder Betriebsbedingungen anpassbare Turbinenanordnung bereitgestellt werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung einstückig ausgebildet sein. Einstückig ausgebildet kann heißen, dass die Elemente der Leiteinrichtung in stoffschlüssigem Verbund miteinander in Verbindung stehen. Die Einstückigkeit kann beispielsweise durch ein urformendes Verfahren, insbesondere ein Gussverfahren, durch ein Fügeverfahren, insbesondere ein Schmelzfügetechnisches Verfahren wie beispielsweise ein Schweißverfahren oder ein Lötverfahren oder durch ein additives Verfahren wie selektives Laserschmelzen oder Lasermaterialdeposition hergestellt sein. Zusätzlich können umformende Verfahren und/oder abtragende Verfahren verwendet worden sein, um das finale Design zu erreichen. Durch die einstückige Ausbildung kann einerseits die Stabilität und die Festigkeitseigenschaften Leiteinrichtung verbessert werden. Andererseits kann hierdurch die Montage vereinfacht werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring in dem Turbinengehäuse, insbesondere durch das Turbinengehäuse, zentriert sein. Zusätzlich kann der Trägerring in axialer Richtung in eine Aussparung des Turbinengehäuses eingesetzt sein. Insbesondere kann die Aussparung eine ringförmige Aussparung sein. In Ausgestaltungen kann die Aussparung eine Nut sein, insbesondere eine ringförmige Nut. Alternativ oder zusätzlich kann die Aussparung, insbesondere die ringförmige Aussparung, in axialer Richtung in das Turbinengehäuse vertieft sein. Die ringförmige Aussparung kann im Bereich des Zuströmkanals angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Aussparung, insbesondere die ringförmige Aussparung, in eine Wand des Turbinengehäuses in axialer Richtung vertieft sein, die zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenrad angeordnet ist und im Wesentlichen in axialer Richtung zu einem Lagergehäuse der Aufladevorrichtung hin ausgerichtet ist.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der Trägerring ein erstes Ringelement und ein zweites Ringelement umfassen. Das erste Ringelement und das zweite Ringelement können axial voneinander beabstandet sein. Zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement können die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement derart in die Aussparung, insbesondere in die ringförmige Aussparung eingesetzt sein, dass sich nur die Leitschaufeln in dem Zuströmkanal befinden. Alternativ oder zusätzlich kann der Zuströmkanal axial zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement zumindest teilweise gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ringelement lagergehäuseseitig (axial) neben den Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement turbinengehäuseseitig (axial) neben den Leitschaufeln angeordnet sein.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring an einer Zentrierfläche, insbesondere eine zylinderförmigen Zentrierfläche, des Turbinengehäuses zentriert sein. Insbesondere kann der Trägerring an einer radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche zentriert sein. Zusätzlich kann der Trägerring zumindest ein erstes Ringelement umfassen. Zusätzlich können an dem ersten Ringelement turbinengehäuseseitig in axialer Richtung die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring über einen Außenumfang des ersten Ringelements an einem Innenumfang der Zentrierfläche zentriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Turbinengehäuse eine oder mehrere Axialkompensationsaussparungen umfassen, die ausgelegt sind Raum für eine thermische Ausdehnung der Leitschaufeln in axialer Richtung bereitzustellen. Insbesondere kann die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung eine ringförmige Aussparung sein. In Ausgestaltungen kann die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung eine Nut sein, insbesondere eine ringförmige Nut. Alternativ oder zusätzlich kann die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung, insbesondere die ringförmige Axialkompensationsaussparung, in axialer Richtung in das Turbinengehäuse vertieft sein. Die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung kann im Bereich des Zuströmkanals angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung, insbesondere die ringförmige Axialkompensationsaussparung, in eine Wand des Turbinengehäuses in axialer Richtung vertieft sein, die zwischen der Turbinenspirale und dem Turbinenrad angeordnet ist und im Wesentlichen in axialer Richtung zu einem Lagergehäuse der Aufladevorrichtung hin ausgerichtet ist. Alternativ zu der einen ringförmigen Axialkompensationsaussparung oder der einen nutförmigen Axialkompensationsaussparung, können mehrere Axialkompensationsaussparungen in dem Turbinengehäuse vorgesehen sein, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie der Anzahl der Leitschaufeln entsprechen und jeweils in axialer Richtung neben einer jeweiligen Leitschaufel angeordnet sind, so dass die jeweilige Leitschaufel in die benachbarte Axialkompensationsaussparung thermisch expandieren kann.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der Trägerring über ein Außengewinde am Außenumfang des ersten Ringelements mit dem Turbinengehäuse über ein Innengewinde am Innenumfang der Zentrierfläche verschraubt sein. Durch diese vorteilhafte Ausbildung kann sowohl eine Zentrierung als auch eine axiale Sicherung bzw. Verspannung der Leiteinrichtung im Turbinengehäuse bereitgestellt werden. Zusätzliche Sicherungselemente, wie beispielsweise ein Federelement sind möglich, aber nicht notwendig.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring konfiguriert sein, über eine Steckverbindung in einem Lagergehäuse der Aufladevorrichtung zentriert zu werden. Insbesondere kann der Trägerring konfiguriert sein, über mehrere in Umfangsrichtung verteilte Bolzen in einem Lagergehäuse der Aufladevorrichtung zentriert zu werden. Zusätzlich kann der Trägerring mehrere in Umfangsrichtung verteilte axiale Bohrungen aufweisen. Die axialen Bohrungen können angeordnet und ausgelegt sein, um über Bolzen mit dem Lagergehäuse gekoppelt bzw. verbunden zu werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Turbinenanordnung weiterhin einen Hitzeschild umfassen. Der Hitzeschild kann lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad angeordnet sein. Zusätzlich kann der Hitzeschild ringförmig ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring an dem Hitzeschild zentriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring zumindest ein erstes Ringelement umfassen. An dem ersten Ringelement können turbinengehäuseseitig in axialer Richtung die Leitschaufeln angeordnet sein. Ein Innenumfang des ersten Ringelements kann an einem Außenumfang des Hitzeschilds anliegen. Hierdurch kann eine einfache, aber effektive Zentrierung der Leiteinrichtung umgesetzt werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Turbinenanordnung weiterhin ein Federelement umfassen. Das Federelement kann lagergehäuseseitig axial neben dem Trägerring angeordnet sein. Zusätzlich kann das Federelement ausgelegt sein, die Leiteinrichtung in axialer Richtung gegen das Turbinengehäuse zu verspannen. In den Ausgestaltungen, in denen die Turbinenanordnung einen Hitzeschild umfasst, kann das Federelement lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild angeordnet sein. Das heißt, dass der Hitzeschild axial zwischen dem Trägerring und dem Federelement angeordnet sein kann. Zusätzlich kann das Federelement die Leiteinrichtung bzw. den Trägerring über den Hitzeschild gegen das Turbinengehäuse verspannen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann das Federelement als Tellerfeder ausgebildet sein. Zusätzlich kann der Trägerring an dem Federelement zentriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring zumindest ein erstes Ringelement, insbesondere nur das erste Ringelement, umfassen. An dem ersten Ringelement können turbinengehäuseseitig in axialer Richtung die Leitschaufeln angeordnet sein. Ein Innenumfang des ersten Ringelements kann an einem Außenumfang des Federelements zentriert sein. Hierdurch können eine einfache Zentrierung und axiale Verspannung mit nur einem Element ermöglicht werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Leitschaufeln bis kurz vor das Turbinenrad ragen. Insbesondere können die Leitschaufeln bis zum radial inneren Ende des Zuströmkanals ragen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung drei bis dreißig, insbesondere drei bis fünfzehn, bevorzugt vier bis zwölf und besonders bevorzugt fünf bis zehn Leitschaufeln umfassen. In einigen Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung sechs bis fünfzehn, bevorzugt sechs bis neun Leitschaufeln und besonders bevorzugt sechs bis acht Leitschaufeln umfassen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die fixierten Leitschaufeln derart in der vorbestimmten Orientierung an dem Trägerring fixiert sein, dass sie Fluide in einer Einströmrichtung unter einem Winkel α relativ zur Umfangsrichtung auf das Turbinenrad leiten. Der Winkel α kann in einem Bereich zwischen 100° bis 175° liegen. Insbesondere kann der Winkel α in einem Bereich zwischen 100° bis 170° oder 110° bis 160°, bevorzugt 120° bis 150° und besonders bevorzugt 130° bis 140° liegen. In einigen Ausgestaltungen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Winkel α in einem Bereich zwischen 145° bis 175°, bevorzugt 150° bis 170° und besonders bevorzugt 155° bis 165° liegt. Es kann weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn die Leitschaufeln in einer derartigen vorbestimmen Orientierung angeordnet und ausgebildet sind, dass ein Einströmwinkel ins Turbinenrad zwischen 150° bis 170° liegt. Alternativ oder zusätzlich können die Leitschaufeln derart angeordnet und ausgebildet sein, sie einen Auftreffwinkel des Abgases auf das Turbinenrad erzeugen, der ideal für einen gewünschten Betriebspunkt ist.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring ein erstes Ringelement und ein zweites Ringelement umfassen. Das erste Ringelement und das zweite Ringelement können axial voneinander beabstandet sein. Zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement können die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Zuströmkanal axial zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement zumindest teilweise gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ringelement lagergehäuseseitig (axial) neben den Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement turbinengehäuseseitig (axial) neben den Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Leitschaufeln ausgehend von den Ringelementen radial nach innen erstrecken. Die Leitschaufeln können sich insbesondere bis zum radial inneren Ende des Zuströmkanals erstrecken.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind und in denen die Turbinenanordnung den Hitzeschild umfasst, kann der Hitzeschild einen Kanalabschnitt in einem radial äußeren Endbereich aufweisen. Zusätzlich kann eine lagergehäusige Seite des Zuströmkanals radial innerhalb des zweiten Ringelements zumindest teilweise durch den Kanalabschnitt gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich, kann in einigen Ausgestaltungen die lagergehäusige Seite des Zuströmkanals radial innerhalb des zweiten Ringelements vollständig, durch den Kanalabschnitt gebildet werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind und in denen die Turbinenanordnung das Federelement umfasst, kann der Hitzeschild axial zwischen dem Federelement und der Leiteinrichtung angeordnet sein. Zusätzlich kann das Federelement ausgelegt sein die Leiteinrichtung über den Kanalabschnitt in axialer Richtung gegen das Turbinengehäuse zu verspannen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der Kanalabschnitt einen U-förmigen Querschnitt mit einem radial äußeren Schenkel und einem radial inneren Schenkel aufweisen. Zusätzlich kann ein Innenumfang des ersten Ringelements an einem Außenumfang des radial äußeren Schenkels des U-förmigen Querschnitts anliegen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind und in denen die Turbinenanordnung das Federelement umfasst, kann der Hitzeschild axial zwischen dem Federelement und der Leiteinrichtung angeordnet sein. Zusätzlich kann das Federelement mit einem radial äußeren Endbereich lagergehäuseseitig in den U-förmigen Querschnitt hineinragen, um somit die Leiteinrichtung über den Kanalabschnitt in axialer Richtung gegen das Turbinengehäuse zu verspannen.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Leiteinrichtung einstückig als Blechteil ausgebildet sein.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung als Blechteil ausgebildet sein. Insbesondere kann die Leiteinrichtung aus einem Blechteil geformt sein.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind und in denen das Turbinengehäuse die Aussparung umfasst, kann der Trägerring ein erstes Ringelement und ein zweites Ringelement umfassen. Das erste Ringelement und das zweite Ringelement können axial voneinander beabstandet sein. Zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement können die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement derart in die Aussparung, insbesondere in die ringförmige Aussparung eingesetzt sein, dass sich nur die Leitschaufeln in dem Zuströmkanal befinden. Zusätzlich können sich das erste Ringelement und das zweite Ringelement radial innerhalb und radial außerhalb der Leitschaufeln derart erstrecken, dass sie einen Großteil des Zuströmkanals bilden. Alternativ oder zusätzlich können sich in einigen Ausgestaltungen das erste Ringelement und das zweite Ringelement radial innerhalb und radial außerhalb der Leitschaufeln derart erstrecken, dass sie im Wesentlichen den gesamten Zuströmkanal bilden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann das erste Ringelement so ausgebildet sein, dass es zumindest einen Großteil einer ersten Kanalfläche des Zuströmkanals bildet. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement so ausgebildet sein, dass es zumindest einen Großteil einer zweite Kanalfläche des Zuströmkanals bildet, die der ersten Kanalfläche axial gegenüberliegt.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, können das erste Ringelement und das zweite Ringelement derart ausgebildet sein, dass sie einen sich radial nach innen verjüngenden Zuströmkanal bilden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der drei vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, können das erste Ringelement und das zweite Ringelement derart ausgebildet sein, dass sie einen Zuströmkanal bilden, dessen Verlauf eine Axial- und eine Radial-Komponente aufweist.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind und in denen das Turbinengehäuse die Aussparung umfasst, kann der Trägerring ein erstes Ringelement und ein zweites Ringelement umfassen. Das erste Ringelement und das zweite Ringelement können axial voneinander beabstandet sein. Zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement können die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Ringelement derart in die Aussparung, insbesondere in die ringförmige Aussparung eingesetzt sein, dass sich nur die Leitschaufeln in dem Zuströmkanal befinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Turbinenspirale eine erste Volute und eine zweite Volute umfassen. Die erste Volute und die zweite Volute können durch eine Trennwand voneinander strömungstechnisch separiert sein. Zusätzlich kann der Trägerring weiterhin ein drittes Ringelement umfassen. Zusätzlich kann das dritte Ringelement axial zwischen dem ersten Ringelement und dem zweiten Ringelement angeordnet und ausgebildet sein, dass es in Verlängerung zur Trennwand in den Zuströmkanal, insbesondere durch den Zuströmkanal verläuft.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann sich das dritte Ringelement von der Trennwand bis zu einem radial inneren Ende des Zuströmkanals erstrecken, so dass der Zuströmkanal in zwei axial benachbarte Zuströmkanalabschnitte separiert wird.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring im Turbinengehäuse verschraubt sein. Zusätzlich kann der Trägerring an einer Zentrierfläche, insbesondere einer zylinderförmigen Zentrierfläche, des Turbinengehäuses zentriert sein. Insbesondere kann der Trägerring an einer radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche zentriert sein. Zusätzlich kann der Trägerring zumindest ein erstes Ringelement umfassen. Optional kann der Trägerring nur das erste Ringelement umfassen. Alternativ oder zusätzlich können an dem ersten Ringelement turbinengehäuseseitig in axialer Richtung die Leitschaufeln angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring über einen Außenumfang des ersten Ringelements an einem Innenumfang der Zentrierfläche zentriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring über ein Außengewinde am Außenumfang des ersten Ringelements mit dem Turbinengehäuse über ein Innengewinde am Innenumfang der Zentrierfläche verschraubt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring an einer turbinengehäuseseitigen Kante am Außenumfang des ersten Ringelements eine umlaufende Fase aufweisen. Durch die Zentrierung über den Außenumfang kann eine präzise und stabile Positionierung der Leiteinrichtung erzielt werden. Weiterhin kann der Montageprozess vereinfacht werden. Durch die Verschraubung kann ebenfalls der Montageprozess vereinfacht werden. Weiterhin können Kosten reduziert werden, da eine axiale Verspannung durch ein zusätzliches Federelement nicht erforderlich, aber möglich ist. Durch die Fase können Strömungsverwirbelungen im Zuströmkanal verhindert oder zumindest reduziert werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Leiteinrichtung einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Leiteinrichtung aus einem Gussteil geformt sein. Alternativ kann die Leiteinrichtung durch eine Schweißgruppe gebildet sein. Hieraus resultieren Vorteile wie eine höhere Festigkeit und beispielsweise eine höhere Robustheit gegen externe Kräfte, insbesondere axiale Kräfte und Deformationen. Weiterhin kann durch die einstückige Ausbildung der Montageprozess vereinfacht werden.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Trägerring ein Teil aus einem vorbekannten Design, insbesondere aus einem vorbekannten VTG-Design sein. Alternativ oder zusätzlich können die Leitschaufeln Teile aus vorbekannten Designs, insbesondere aus vorbekannten VTG-Designs, sein. Zusätzlich kann der Trägerring der bestpassenden (bekannten) VTG Turbine bezüglich ihrer Größe, Schaufelbreite, und/oder Lochkreis ausgewählt werden. Hierdurch kann der Entwicklungsaufwand, insbesondere die Entwicklungszeit und -kosten reduziert werden. Beispielsweise kann eine Kostenersparnis durch die Verwendung bestehender Designs oder durch die Verwendung kostengünstiger massenproduzierter Teile erzielt werden. Weiterhin können bewährte und erprobte vorbekannte Designs verwendet werden, was zu einer Steigerung der Zuverlässigkeit der Turbinenanordnung führen kann.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, können der Trägerring und die Leitschaufeln als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet sein. Zusätzlich können der Trägerring und die Leitschaufeln fügetechnisch, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise können der Trägerring und die Leitschaufeln als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet und zusammengeschweißt sein. Durch ursprünglich separate Bereitstellung der Leitschaufeln, könne die Leitschaufeln besser spanend (nach-)bearbeitet werden. Dies führt zu einer Produktionserleichterung. Alternativ oder zusätzlich können Leitschaufeln in der vorbestimmten Orientierung mit dem Trägerring verbunden, insbesondere geschweißt oder gelötet, sein. Alternativ oder zusätzlich können die Leitschaufeln VTG-Leitschaufeln sein. Zusätzlich können die Leitschaufeln jeweils einen Zapfen aufweisen. Zusätzlich können die Leitschaufeln über den jeweiligen Zapfen in entsprechende Bohrungen des Trägerrings in der vorbestimmten Orientierung eingesetzt und starr befestigt, insbesondere verschweißt, sein. Alternativ können die Leitschaufeln über den jeweiligen Zapfen in entsprechende Bohrungen des Trägerrings in der vorbestimmten Orientierung eingepresst und starr befestigt, insbesondere verschweißt, sein.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Turbinenanordnung zur Verwendung in einer Dual-Volute Turbine ausgelegt sein. Die Turbinenspirale kann eine erste Volute und eine zweite Volute umfassen. Die erste Volute und die zweite Volute können strömungstechnisch separiert zwischen einer ersten Turbinengehäusezunge und einer zweiten Turbinengehäusezunge in die Leiteinrichtung münden. Zusätzlich können zwei der mehreren Leitschaufeln als Zungenleitschaufeln ausgebildet sein. Die Zungenleitschaufeln können benachbart zu den Turbinengehäusezungen angeordnet sein. Die Leiteinrichtung kann derart in dem Turbinengehäuse angeordnet und ausgebildet sein, dass jeweils eine der Zungenleitschaufeln in Verlängerung zu jeweils einer der Turbinengehäusezungen angeordnet ist, so dass eine strömungstechnische Trennung der Voluten in der Leiteinrichtung fortgeführt wird. Ein radial inneres Ende der jeweiligen Turbinengehäusezunge kann im Wesentlichen bündig mit einem radial äußeren Ende der jeweiligen Zungenschaufel angeordnet sein.
In Ausgestaltungen der Turbinenanordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Turbinenanordnung weiterhin eine Verdrehsicherung umfassen. Die Verdrehsicherung ist ausgelegt ist ein Verdrehen der Leiteinrichtung in Umfangsrichtung im Wesentlichen zu verhindern. Die Verdrehsicherung kann durch eine Tasche und einen radial in die Tasche greifenden Stift gebildet sein. In Ausgestaltungen kann die Tasche in eine radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche des Turbinengehäuses vertieft sein. Der Stift kann an dem Trägerring (210) derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der Stift von einem Außenumfang des Trägerrings radial nach außen in die Tasche greift.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung. Die Aufladevorrichtung umfasst eine Verdichteranordnung, ein Lagergehäuse, eine Welle sowie eine Turbinenanordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Die Verdichteranordnung umfasst ein Verdichtergehäuse und ein Verdichterrad, das rotatorisch in dem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Die Welle ist rotatorisch in dem Lagergehäuse angeordnet. Das Turbinenrad ist über die Welle drehbar mit dem Verdichterrad gekoppelt.
In Ausgestaltungen der Aufladevorrichtung in denen die Turbinenanordnung ein Federelement umfasst, kann das Lagergehäuse an einem turbinenseitigen Endbereich einen axialen Vorsprung aufweisen. Der axiale Vorsprung kann derart konfiguriert sein, dass das Federelement daran gelagert ist. Alternativ oder zusätzlich kann in Ausgestaltungen, in denen die Turbinenanordnung einen Hitzeschild umfasst, das Lagergehäuse an einem turbinenseitigen Endbereich einen axialen Vorsprung aufweisen, der konfiguriert ist, den Hitzeschild zu lagern. In Ausgestaltungen, in denen die Turbinenanordnung ein Federelement und einen Hitzeschild umfasst, kann der axiale Vorsprung eine Abstufung aufweisen, um für das Federelement und den Hitzeschild separate Lagerflächen bereitzustellen.
In Ausgestaltungen der Aufladevorrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der Trägerring über eine Steckverbindung im Lagergehäuse zentriert sein. Insbesondere kann der Trägerring über mehrere in Umfangsrichtung verteilte Bolzen im Lagergehäuse zentriert sein.
In Ausgestaltungen der Aufladevorrichtung, die mit der irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind und in denen der Trägerring im Turbinengehäuse verschraubt ist, kann der Hitzeschild zwischen das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse geflanscht sein.
Figurenliste

1 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhafte Aufladevorrichtung mit der Turbinenanordnung und einer schematisch dargestellten Leiteinrichtung in einer Seitenschnittansicht;
2A-2B zeigen eine Schnittansicht durch das Turbinengehäuse mit den in der vorbestimmten Orientierung angeordneten Leitschaufeln;
3 zeigt die Turbinenanordnung mit einer ersten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die zweiseitig zentriert ist;
4A-4C zeigen verschiedene Detailansichten der Leiteinrichtung aus 3;
5A zeigt die Turbinenanordnung mit einer zweiten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die zweiseitig zentriert ist;
6A zeigt die Turbinenanordnung mit einer dritten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die zweiseitig zentriert ist und einen verjüngenden Zuströmkanal bildet;
7A zeigt die Turbinenanordnung mit einer vierten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die zweiseitig zentriert ist und einen halbaxialen Zuströmkanal bildet;
8A zeigt die Turbinenanordnung mit einer fünften beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die zweiseitig zentriert ist und einen Zuströmkanal für eine zweiflutige (Twin-Volute) Turbinenspirale bildet;
5B, 6B zeigen Detailansichten der jeweiligen Leiteinrichtungen aus den 5A, 7B, 8B 6A, 7A und 8A.
9 zeigt die Turbinenanordnung mit einer sechsten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die einseitig zentriert ist;
10A-10B zeigen verschiedene Detailansichten der Leiteinrichtung aus 9;
11A zeigt die Turbinenanordnung mit einer siebten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die verschraubt ist;
11B zeigt eine Detailansicht der Leiteinrichtung aus 11A;
12A zeigt eine Seitenschnittansicht der Turbinenanordnung entlang der axialen Richtung der Turbinenanordnung mit einer achten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung für eine zweiflutige (Dual-Volute) Turbinenspirale;
12B zeigt die Turbinenanordnung aus 12A in einer Schnittansicht entlang einer radialen Ebene;
13A zeigt die Turbinenanordnung mit einer neunten beispielhaft ausgeführten Leiteinrichtung, die eine Verdrehsicherung aufweist;
13B zeigt die Turbinenanordnung aus 13A beim Einsetzen der Leiteinrichtung.

Ausführliche Beschreibung
Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Rotationsachse der Turbinenanordnung 100 bzw. des Turbinenrads 140 und/oder der Leiteinrichtung 200 bzw. des Trägerrings 220. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. 1, 3, 4C oder 5A) wird die axiale Richtung der Turbinenanordnung/Leiteinrichtung mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 der Turbinenanordnung/Leiteinrichtung. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 der Turbinenanordnung/Leiteinrichtung.
In 1 ist eine beispielhafte Aufladevorrichtung 10 gezeigt, die eine Turbinenanordnung 100 mit einer Leiteinrichtung 200 umfasst. Dargestellt ist in 1 lediglich ein Ausschnitt der Aufladevorrichtung 10 bis zu einer Symmetrielinie entlang einer Achse der Aufladevorrichtung 10 (bzw. entlang einer Achse einer Welle 330 der Aufladevorrichtung 10). Die Aufladevorrichtung 10 umfasst neben der Turbinenanordnung 100 eine Verdichteranordnung 320, ein Lagergehäuse 310 und eine Welle 330, die rotatorisch in dem Lagergehäuse 310 angeordnet ist. Die Verdichteranordnung 320 umfasst ein Verdichtergehäuse 322 und ein Verdichterrad 324, das rotatorisch in dem Verdichtergehäuse 322 angeordnet ist. Die Turbinenanordnung 100 umfasst neben der Leiteinrichtung 200 ein Turbinengehäuse 110, das eine Turbinenspirale 120 und einen Turbinenauslass 150 definiert. Weiterhin umfasst die Turbinenanordnung 100 ein Turbinenrad 140, das in dem Turbinengehäuse 110 zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenauslass 150 angeordnet ist. Zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 ist ein Zuströmkanal 130 ausgebildet. In einigen Ausführungen kann der Zuströmkanal 130 zumindest teilweise durch die Leiteinrichtung 200 gebildet werden (siehe Erläuterungen weiter unten). Der Zuströmkanal 130 wird durch eine erste Kanalfläche 134 und eine gegenüberliegende zweite Kanalfläche 136 gebildet (Bezugszeichen nicht in 1 eingezeichnet, aber siehe beispielsweise 9). Die erste Kanalfläche 134 ist lagerseitig des Zuströmkanals 130 angeordnet. Die zweite Kanalfläche 136 ist turbinenseitig des Zuströmkanals 130 angeordnet. Der Zuströmkanal 130 verläuft von der Turbinenspirale 120 im Wesentlichen radial nach innen zum Turbinenrad 140 (bei Halbaxial-Turbine verläuft Zuströmkanal 130 radial nach innen und axial vom Lagergehäuse 310 weg). Genauer gesagt verläuft der Zuströmkanal 130 von einem radial äußeren Ende (kein Bezugszeichen) zu einem radial inneren Ende 132. Das radial äußere Ende des Zuströmkanals 130 ist als der Bereich zu verstehen, in dem Fluide von der Turbinenspirale 120 in den Zuströmkanal 130 eintreten. Die Strecke zwischen radial äußerem Ende und radial innerem Ende 132 kann auch als Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 bezeichnet werden. Durch den Zuströmkanal 130 können Fluide von der Turbinenspirale 120 auf das Turbinenrad 140 geleitet werden und weiter durch den Turbinenauslass 150 aus dem Turbinengehäuse 110 ausströmen. Das Turbinenrad 140 ist über die Welle 330 drehbar mit dem Verdichterrad 324 gekoppelt. Das heiß, das Turbinenrad 140 ist an einem ersten Ende der Welle 330 angeordnet, insbesondere fixiert. Das Verdichterrad 324 ist an einem zweiten Ende der Welle 330 angeordnet, insbesondere fixiert. Das erste Ende kann auch als turbinenseitiges Ende oder turbinengehäuseseitiges Ende bezeichnet werden. Das zweite Ende kann auch als verdichterseitiges Ende oder verdichtergehäuseseitiges Ende bezeichnet werden. Das erste Ende ist dem zweiten Ende entgegengesetzt.
Grundsätzlich sind im Kontext dieser Anmeldung die Begriffe „turbinengehäuseseitig“, „verdichtergehäuseseitig“ und „lagergehäuseseitig“ als Begriffe für axiale Seiten, axiale Positionen bzw. axiale Richtungen relativ zu anderen Bauteilen zu verstehen. Insbesondere bezeichnet turbinengehäuseseitig beispielweise in 1 eine Position, die weiter rechts von einer anderen Position ist. Lagergehäuseseitig bezeichnet beispielsweise in 1 eine Position, die weiter links von einer anderen Position ist. Die Begriffe „turbinengehäuseseitig“, „verdichtergehäuseseitig“ und „lagergehäuseseitig“ können dabei als Synonyme für die jeweiligen Begriffe „turbinenseitig“, „verdichterseitig“ und „lagerseitig“ verwendet werden. Diese Erläuterungen sind im übertragenen Sinne auch auf die anderen Figuren anzuwenden.
Wie weiter in 1 zu erkennen ist, umfasst das Lagergehäuse 310 einen Flansch (turbinenseitigen Flansch) und einen turbinenseitigen Endbereich 312. Der Flansch ist im radial äußeren Bereich an dem Lagergehäuse 310 ausgebildet und dient dazu das Turbinengehäuse 110, bzw. einen Flansch des Turbinengehäuses 110, an dem Lagergehäuse 310 zu befestigen. Der turbinenseitige Endbereich 312 ist in einem radial inneren Bereich angeordnet. Alternativ kann der turbinenseitige Endbereich 312 auch als turbinenseitige Gehäuseendbereich bezeichnet werden. Der turbinenseitige Endbereich 312 ist zylinderförmig ausgebildet und umgibt die Welle 330. Wie in 1 zu erkennen, weist der turbinenseitige Endbereich 312 einen axialen Vorsprung 314 auf. Der axiale Vorsprung erstreckt sich von einer Stirnfläche auf dem turbinenseitigen Endbereich 312 in axialer Richtung 22 zum Turbinenrad 140. Der axiale Vorsprung 314 ist in dem gezeigten Beispiel konfiguriert ein Federelement 230 der Turbinenanordnung 200 zu stützen. Hierfür ist der axiale Vorsprung 314 stufenförmig ausgebildet, so dass das Federelement 230 an einem radial inneren Bereich gestützt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann das Federelement 230 an dem axialen Vorsprung 314 gelagert werden. Der radial innere Bereich des Federelements 230 kann auch als Innenumfang 232 bezeichnet werden (nicht dargestellt in 1, aber siehe beispielsweise 3). In anderen Ausführungen kann an dem axialen Vorsprung 314 auch ein Hitzeschild 240 gelagert bzw. gestützt werden. Genauer gesagt, kann ein radial innerer Bereich des Hitzeschilds 240, insbesondere ein Innenumfang 242 des Hitzeschilds 240, gestützt bzw. gelagert werden (nicht dargestellt in 1, aber siehe beispielsweise 3). In einigen Ausführungen kann der axiale Vorsprung 314 auch derart konfiguriert sein das Federelement 230 und den Hitzeschild 240 zu stützen bzw. zu lagern. Hierfür kann der axiale Vorsprung 314 beispielweise wie in 3 gezeigt zweistufig ausgebildet sein. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der axiale Vorsprung hierzu einen Treppenabsatz umfassen. Somit können zwei unterschiedliche Stützbereiche bzw. Begrenzungen für das Federelement 230 und den Hitzeschild 240 bereitgestellt werden (siehe auch 3, 5A, 6A, 7A, 8A und 9). In alternativen Ausführungen können das Federelement 230 und der Hitzeschild 240 auch auf einer Stufe gelagert bzw. gestützt sein (nicht dargestellt). Der axiale Vorsprung 314 kann auch als ringförmiger Vorsprung bezeichnet werden, der sich koaxial um die Welle 330 (bzw. um die Achse der Welle 330) erstreckt. Somit kann der axiale Vorsprung 314 auch der Zentrierung und/oder als Gegenlager des Federelements 230 bzw. des Hitzeschilds 240 dienen. Es versteht sich, dass das Lagergehäuse 310 bzw. dessen turbinenseitiger Endbereich 312 derart ausgebildet ist, dass es das Federelement 230 axial in Richtung des Turbinengehäuses 110 verspannt. Beispielsweise kann das Federelement 230 an einer axial orientierten Fläche des Endbereichs 312 anliegend angeordnet sein, von der aus sich der axiale Vorsprung 314 in Richtung des Turbinengehäuses 110 erhebt.
Wie bereits erwähnt, umfasst die Turbinenanordnung 100 eine Leiteinrichtung 200, die in dem Turbinengehäuse 110 zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 angeordnet ist (siehe 1). Die Leiteinrichtung 200 ist als vom Turbinengehäuse 110 und vom Lagergehäuse 310 separates Bauteil ausgebildet und in das Turbinengehäuse 110 eingesetzt. Genauer gesagt, ist die Leiteinrichtung 200 in dem Zuströmkanal 130 zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 angeordnet. Das heißt die Leiteinrichtung 200 ist austauschbar bzw. lösbar in das Turbinengehäuse 110 eingesetzt. Bei Bedarf könnte die Leiteinrichtung 200 wieder herausgenommen werden und beispielsweise durch eine andere Leiteinrichtung 200 ausgetauscht werden. Hierdurch kann eine flexibel an verschiedene Anwendungen oder Betriebsbedingungen anpassbare Turbinenanordnung 100 bereitgestellt werden.
Die Leiteinrichtung 200 umfasst einem Trägerring 210 und mehrere Leitschaufeln 220 (siehe beispielsweise 1 und 10A). Die Leitschaufeln 220 sind an dem Trägerring 210 in einer vorbestimmten Orientierung fest angeordnet. Die Leiteinrichtung 200 ist derart in dem Turbinengehäuse 110 angeordnet, dass im Betrieb der Aufladevorrichtung 10 bzw. der Turbinenanordnung 100, Fluide von der Turbinenspirale 120 durch den Zuströmkanal 130 über die Leitschaufeln 220 auf das Turbinenrad 140 geleitet werden können. Alternativ ausgedrückt ist die Leiteinrichtung 200 derart in dem Turbinengehäuse 110 angeordnet, dass Fluide von der Turbinenspirale 120 durch die Leiteinrichtung 200 bzw. an der Leiteinrichtung 200 entlang über die Leitschaufeln 220 auf das Turbinenrad 140 geleitet werden können. Dies ist dadurch möglich, dass die Leiteinrichtung 200 je nach Ausgestaltung den Zuströmkanal 130 vollständig oder zumindest teilweise bildet. Die vorbestimmte Orientierung ist als eine Orientierung zu verstehen, die von einer Orientierung in Umfangsrichtung 26 zu einer mehr radialen bzw. mehr tangentialen Orientierung abweicht (siehe 2A). Dadurch können Fluide von der Turbinenspirale 120 kommend mehr radial bzw. tangential auf das Turbinenrad 140 geleitet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Leiteinrichtung 200 derart angeordnet, dass die Leitschaufeln 220 eine Strömung entsprechend der vorbestimmten Orientierung von der Turbinenspirale 120 auf das Turbinenrad 140 leiten können. Dadurch dass die Leitschaufeln 220 nicht integral mit dem Turbinengehäuse 110 verbunden sind, sondern Teil der separaten Leiteinrichtung 220 sind, ergeben sich Montage- und Kostenvorteile. So können beispielsweise für ein Basis-Turbinengehäuse je nach Anwendung verschiedene, beispielsweise verschieden konfigurierte, Leiteinrichtungen 200 verwendet werden, die insbesondere unterschiedliche Orientierungen der Leitschaufeln 220 aufweisen. Umgekehrt, könnte auch eine bestimmte Ausführung einer Leiteinrichtung 200 in verschiedene Turbinengehäuse 110 integriert bzw. eingesetzt werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der Austauschbarkeit und der Wiederverwendbarkeit der Leiteinrichtungen 200 bzw. des Turbinengehäuses 110.
Die feste Anordnung der Leitschaufeln 220 ist so zu verstehen, dass die Leitschaufeln 220 nicht verstellbar sind. Insbesondere ist dies so zu verstehen, dass die die Leitschaufeln 220 nicht wie VTG-Leitschaufeln drehbar, sondern starr oder fixiert sind. Alternativ ausgedrückt, können die Leitschaufeln 220 auch als fixierte Leitschaufeln 220 bezeichnet werden. Das heißt, die Leitschaufeln 220 sind in einer fixierten Orientierung relativ zum Trägerring 210 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die Leitschaufeln 220 in einer festen Orientierung relativ zur Umfangsrichtung 26 angeordnet (siehe insbesondere 2A). Zur Veranschaulichung und genaueren Spezifizierung der vorbestimmten Orientierung, kann hierbei der Winkel α dienen, unter dem die Leitschaufeln 220 relativ zur Umfangsrichtung 26 angeordnet sind (siehe 2B). Das heißt die Leitschaufeln 220 sind in dem Winkel α relativ zur Umfangsrichtung 26 an dem Trägerring 210 fixiert. Mit anderen Worten ausgedrückt beschreibt der Winkel α eine Umlenkung der Strömung von einer ersten Strömungsrichtung entlang der Umfangsrichtung 26 zu einer zweiten Strömungsrichtung (auch modifizierte Richtung genannt) entlang der Leitschaufeln 220. Genauer gesagt verläuft die zweite Strömungsrichtung entlang einer zum Turbinenrad 140 orientierten Seitenfläche der jeweiligen Leitschaufeln 220. Die zweite Strömungsrichtung kann auch als Einströmrichtung 223 bezeichnet werden. Der Winkel α wird also zwischen der Umfangsrichtung 26 (bzw. einer Tangente entlang der Umfangsrichtung 26) und der Einströmrichtung 223 gebildet. Je nach Form der Leitschaufeln 220 (beispielsweise gekrümmt oder gerade verlaufend) kann die Einströmrichtung 223 beispielsweise einer Verbindungslinie zwischen Anströmkante 222 und Abströmkante 224 einer Leitschaufeln 220 entsprechen, beispielsweise bei gerade verlaufenden Leitschaufeln 220 mit im Wesentlichen konstanter Breite. Das heißt in derartigen Fällen entspricht die vorbestimmte Orientierung der Einströmrichtung 223 unter dem Winkel α. In Ausgestaltungen, in denen die Leitschaufeln 220 einen gekrümmten Verlauf aufweisen und/oder eine variierende Breite zwischen Anströmkante 222 und Abströmkante 224 aufweisen, entspricht die vorbestimmte Orientierung nicht der Einströmrichtung 223 unter dem Winkel α. In diesem Fall muss die vorbestimmte Orientierung (also die Anordnung der Leitschaufeln 220 auf dem Trägerring 210) derart gewählt werden, dass die Fluide wie gewünscht unter dem Winkel α entlang der Einströmrichtung 223 auf das Turbinenrad 140 geleitet werden können. Mit anderen Worten sind die fixierten Leitschaufeln 220 dazu ausgebildet, einen Abgasstrom innerhalb des Turbinengehäuses 110 von einer ersten Strömungsrichtung 26 in eine zweite Strömungsrichtung 223 umzulenken, die in einem Winkel α relativ zu der ersten Strömungsrichtung 26 liegt. Das heißt, die Leitschaufeln 220 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie einen Auftreffwinkel von Fluiden auf das Turbinenrad 140 erzeugen, der ideal für einen gewünschten Betriebspunkt ist.
In dem Beispiel der 2B sind die Leitschaufeln 220 in einer derartigen vorbestimmten Orientierung angeordnet, dass sie eine Einströmrichtung 223 von ungefähr α=155° erzeugen. Dies soll jedoch nur als beispielhafte Ausgestaltung angesehen werden. Der Winkel α kann in einem Bereich zwischen 100° bis 175° liegen. Insbesondere kann der Winkel α in einem Bereich zwischen 100° bis 170° oder 110° bis 160°, bevorzugt 120° bis 150° und besonders bevorzugt 130° bis 140° liegen. In einigen Ausgestaltungen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Winkel α in einem Bereich zwischen 145° bis 175°, bevorzugt 150° bis 170° und besonders bevorzugt 155° bis 165° liegt. Es kann weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn die Leitschaufeln 220 in einer derartigen vorbestimmen Orientierung angeordnet und ausgebildet sind, dass ein Einströmwinkel ins Turbinenrad 140 zwischen 150° bis 170° liegt. Grundsätzlich kann der für die Turbinenanordnung 100 optimale Winkel α beispielsweise in Abhängigkeit von der Konstruktion des Turbinenrads 140 und der Turbinenspirale 120 sowie von den Motorbetriebsbedingungen eines Motors für den die Aufladevorrichtung 10 vorgesehen ist, variieren. Jede Leitschaufel 220 kann unter demselben Winkel α orientiert sein, oder eine oder mehrere der Leitschaufeln 220 können unter einem unterschiedlichen Winkel α orientiert sein, wobei einige Leitschaufeln 220 eine stärkere Abgasumleitung bereitstellen, und andere Leitschaufeln 220 eine geringere Umleitung. Dabei kann auch die Teilung, d.h. der Abstand in Umfangsrichtung 26 zwischen den Leitschaufeln 220 variieren. Mit diesen Maßnahmen (Winkel α und/oder Teilung nicht konstant für alle Leitschaufeln 220) kann die Anregung der Turbine beeinflusst werden und damit die Lebensdauer bezüglich Ermüdungsschäden (insbesondere HCF-Schäden) erhöht werden.
Wie in 2A zu erkennen ist, ragen die Leitschaufeln 220 bis kurz vor das Turbinenrad 140. Das heißt, die Abströmkanten 224 der jeweiligen Leitschaufeln 220 sind in radialer Richtung 24 kurz vor dem Turbinenrad 140 angeordnet. Diesbezüglich zeigt 3, dass die Leitschaufeln 220 bis zu dem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 ragen. Anders ausgedrückt sind die Abströmkanten 224 der jeweiligen Leitschaufeln 220 an dem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 angeordnet. In einigen Ausgestaltungen können auch einzelne oder mehrere Leitschaufeln 220 nicht bis ganz zum radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 ragen. Die Erstreckung der Leitschaufeln 220 bis kurz vor das Turbinenrad führt zu einer guten Strömungsführung unter dem gewünschten Einströmwinkel 223. Um eine zuverlässige Strömungslenkung auf das Turbinenrad 140 zu ermöglichen, sollten die Leitschaufeln 220 zumindest bis 50% der Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 vor das radial innere Ende 132 des Zuströmkanals 130, bevorzugt zumindest bis 30% der Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 vor das radial innere Ende 132 des Zuströmkanals 130, und besonders bevorzugt zumindest bis 10% der Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 vor das radial innere Ende 132 des Zuströmkanals 130 ragen. Beispielsweise können die Leitschaufeln 220 unterschiedlich lang oder gleich lang in dem Zuströmkanal 130 radial nach innen ragen. In einigen Ausgestaltungen können die Leitschaufeln 220, bzw. deren Abströmkanten 224 an gleichen radial inneren Positionen angeordnet sein (bspw. auf einem zur Achse 22 konzentrischen Kreis angeordnet sein). Längen der Leitschaufeln 220 (zwischen Anströmkante 222 und Abströmkante 224) können dabei gleich oder unterschiedlich lang sein. Gleiches gilt für die weiteren Dimensionen der Leitschaufeln 220 wie beispielsweise Breite oder Krümmung der Leitschaufeln 220.
2A ist weiter zu entnehmen, dass die Leiteinrichtung 200 acht Leitschaufeln 220 umfasst. Grundsätzlich die Leiteinrichtung 200 aber auch eine andere Anzahl an Leitschaufeln 220 umfassen. Die Anzahl der Leitschaufeln 220 kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Größe der Leitschaufeln 220, davon, wie nahe beabstandet sie sind (Teilung) und in Abhängigkeit von der Herstellungsart, variieren. Die Größe, Anzahl, Beabstandung und Ganghöhe der Leitschaufeln 220 kann für spezifische Anwendungen (mit entsprechend unterschiedlichen optimalen Betriebspunkten) variiert werden. Dementsprechend kann die Leiteinrichtung 200 drei bis dreißig, insbesondere drei bis fünfzehn, bevorzugt vier bis zwölf oder besonders bevorzugt fünf bis zehn Leitschaufeln 220 umfassen. In einigen Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung 200 sechs bis fünfzehn bevorzugt sechs bis neun Leitschaufeln 220 und besonders bevorzugt sechs bis acht Leitschaufeln 220 umfassen. Weitere Details betreffend Orientierung und Ausgestaltung von fixierten Leitschaufeln sind beispielsweise aus der DE112015000631T5 bekannt.
Das Turbinenrad 140 arbeitet in einer Hochtemperaturumgebung und kann Gastemperaturen von bis zu 1922 °F (1050 °C) ausgesetzt sein). Darüber hinaus dreht sich das Turbinenrad 140 sehr schnell. Die Drehzahl eines Turbinenrads ist größenabhängig, und kleinere Turbinenräder können sich schneller drehen als größere Räder. Ein kleines Turbinenrad für eine Aufladevorrichtung 10, die in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor verwendet wird, kann Drehzahlen von bis zu 350.000 U/min erreichen. Die rasche Drehung des Turbinenrads 140 erzeugt starke Zentrifugalkräfte bzw. Zentrifugalbelastung an dem Turbinenrad 140. Dementsprechend ist es wichtig, zu verhindern, dass sich das Turbinenrad 140 schneller dreht als die Konstruktionsgrenzen vorgeben. Die Energie, die dem Turbinenrad 140 durch das Abgas verliehen wird, variiert mit dem Winkel, in dem das Abgas geleitet wird. Für ein Radialstrom-Turbinenrad variiert das an das Turbinenrad 140 gelieferte Abgas mit dem Winkel, in dem das Gas auf das Turbinenrad trifft. Für ein Radialstrom-Turbinenrad wird die maximale Energie bereitgestellt, wenn das Abgas radial bzw. tangential auf das Turbinenrad trifft. In manchen Fällen könnte jedoch die Leitung der vollen Kraft des Abgases auf das Turbinenrad dazu führen, dass sich das Turbinenrad schneller dreht als gewünscht, und somit einen zu hohen Verstärkungsdruck erzeugen. Die fixierten Leitschaufeln 220 in dem Zuströmkanal 130 können so eingestellt werden (durch eine entsprechende vorbestimmte Orientierung und optional durch eine entsprechend gekrümmte Ausbildung), dass sie einen Auftreffwinkel des Abgases auf das Turbinenrad 140 erzeugen, der ideal für einen gewünschten Betriebspunkt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Aufladevorrichtung 10 auch ein Wastegate (nicht dargestellt) umfassen, um falls erforderlich, Abgasdruck abzulassen. Zum Beispiel kann das Wastegate in einem Bypass-Durchgang angeordnet sein, der die Turbinenspirale 120 direkt mit dem Turbinenauslass 150 verbindet und das Turbinenrad 140 umgeht. Die Turbinenanordnung 100 kann in einer Aufladevorrichtung 10 für einen Benzin- oder Dieselmotor in Anwendungen verwendet werden, wo die Kosten und Komplexität einer Aufladevorrichtung 10 mit beweglicher Schaufel (z.B. VTG Schaufeln) nicht wünschenswert sind. In einigen Ausführungsformen können die fixierten Leitschaufeln 220 unter einem Winkel oder Winkeln eingestellt werden, die in den Bereich der Schaufelwinkel fallen, die von einem Turbolader mit beweglichen Schaufeln verwendet werden. Die Turbinenanordnung 100 kann auch in einer Aufladevorrichtung 10 für Anwendungen mit fixierten Motordrehzahlen, etwa elektrische Generatoren verwendet. In diesen Anwendungen wird der Motor mit einer konstanten Drehzahl und einer relativ konstanten Last betrieben. Die Leischaufeln 220 der Leiteinrichtung 200 können in einer derartigen vorbestimmten Orientierung angeordnet und ausgebildet sein, um eine Einströmrichtung 223 unter einem Winkel α zu erzeugen, der optimal für Motordrehzahlen und Last ist.
Die Leiteinrichtung 200 umfasst den Trägerring 210 mit den Leitschaufeln 220. Der Trägerring 210 kann, je nach Ausgestaltung, eine unterschiedliche Anzahl an Ringelementen 212, 216, 218 umfassen. Zumindest umfasst der Trägerring 210 immer ein erstes Ringelement 212 an dem die Leitschaufeln 220 befestigt sind (siehe beispielsweise 10A und 11A, 12A und 13A). Anders ausgedrückt sind turbinengehäuseseitig an dem ersten Ringelement 212 die Leitschaufeln 220 angeordnet. Alternativ formuliert, sind im Turbinengehäuse 110 an dem ersten Ringelement 212 die Leitschaufeln 220 angeordnet. In einigen Ausgestaltungen kann der Trägerring 210 zusätzlich zu dem ersten Ringelement 212 auch ein zweites Ringelement 216 umfassen (siehe beispielsweise 1, 4A und 5A). In einigen weiteren Ausgestaltungen kann der der Trägerring 210 zusätzlich zu dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 ein drittes Ringelement 218 umfassen (siehe beispielsweise 8A). Das erste Ringelement 212 ist lagergehäuseseitig des Zuströmkanals 130 angeordnet und kann zumindest einen Teil der ersten Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130 bilden (siehe beispielsweise 5A). Das zweite Ringelement 216 ist turbinenseitig des Zuströmkanals 130 angeordnet und kann zumindest einen Teil der zweiten Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 bilden (siehe beispielsweise 5A). Alternativ ausgedrückt ist das erste Ringelement 212 lagergehäuseseitig axial neben den Leitschaufeln 220 angeordnet, und, wenn vorhanden, das zweite Ringelement 216 turbinengehäuseseitig axial neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 sind axial voneinander beabstandet. Axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 sind die Leitschaufeln 220 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Leitschaufeln 220 axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 befestigt bzw. fixiert. Insbesondere sind die Leitschaufeln mit beiden Ringelementen 212, 216 einstückig verbunden. Der Zuströmkanal 130 wird axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 zumindest teilweise gebildet. Anders ausgedrückt verläuft der Zuströmkanal 130 axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216. In Ausgestaltungen, in denen der Trägerring 210 nur das erste Ringelement 212 umfasst, wird der Zuströmkanal 130 zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem Turbinengehäuse 110 gebildet. Das bedeutet, dass die Leitschaufeln 220 in dem Zuströmkanal 130 angeordnet sind. Somit können Fluide, insbesondere Abgase, die durch den Zuströmkanal 130 strömen durch die Leitschaufeln 220 in ihrer Strömungsrichtung beeinflusst werden. Wenn ein drittes Ringelement 218 vorhanden ist, ist dieses axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 angeordnet (siehe beispielsweise 8A). In einer nicht dargestellten alternativen Ausführung, in der der Trägerring 210 nur das erste Ringelement 212 umfasst, könnte das erste Ringelement 212 auch turbinenseitig des Zuströmkanals 130 angeordnet und die Leitschaufeln 220 lagergehäuseseitig an dem ersten Ringelement 212 befestigt sein. In diesem nicht dargestellten Beispiel könnte dann ein weiteres Element, wie beispielsweise der Hitzeschild 240 oder ein Teil des Lagergehäuses 310, zumindest einen Teil der ersten Kanalfläche 134 bilden.
Der Begriff Trägerring 210 ist grundsätzlich als ein die Leitschaufeln 220 relativ zueinander und zum Trägerring 210 selbst in einer fixierten Orientierung haltendes ringförmiges Element zu verstehen, das mehrere Abschnitte (beispielsweise erstes, zweites, drittes Ringelement 212, 216, 218) umfassen kann. In Ausgestaltungen mit nur einem ersten Ringelement 212, entspricht der Trägerring 210 beispielsweise dem ersten Ringelement 212 (siehe beispielsweise 10A oder 11B). Der Begriff Ringelement kann als ein im Wesentlichen ringförmiger Körper verstanden werden, insbesondere ein geschlossener Ring oder ein Ring mit einer oder mehreren Aussparungen. Das Ringelement ist als ein ringförmiger Körper zu verstehen, der geeignet ist, die Leitschaufeln 220 in einer fixierten Position in der vorbestimmten Orientierung zu halten. Insbesondere, ist ein Ringelement so zu verstehen, dass es, wie beispielsweise das erste Ringelement 212 aus 4C, einen in Umfangsrichtung 26 verlaufenden Außenumfang 214 und Innenumfang 213 definiert.
Wie insbesondere in 1 (siehe auch alle anderen Figuren) zu sehen ist, ist die Leiteinrichtung 200 einstückig ausgebildet. Einstückig ausgebildet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Elemente der Leiteinrichtung 200 in einem stoffschlüssigen Verbund miteinander in Verbindung stehen. Die Einstückigkeit kann beispielsweise durch ein urformendes Verfahren, insbesondere ein Gussverfahren, durch ein Fügeverfahren, insbesondere ein Schmelzfügetechnisches Verfahren wie beispielsweise ein Schweißverfahren oder ein Lötverfahren oder durch ein additives Verfahren wie selektives Laserschmelzen, Lasermaterialdeposition oder durch MIM (metal injection molding) hergestellt sein. Zusätzlich können umformende Verfahren und/oder abtragende Verfahren verwendet worden sein, um das finale Design zu erreichen. Durch die einstückige Ausbildung können einerseits die Stabilität und die Festigkeitseigenschaften Leiteinrichtung 200 verbessert werden. Andererseits kann hierdurch die Montage vereinfacht werden. In einigen Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung 200 auch integral aus einem Teil geformt sein, worunter zumindest die oben genannten urformenden Verfahren und additiven Verfahren zu zählen sind (siehe beispielsweise 1, 3, 5A). Demgegenüber wäre eine ursprünglich separate Bereitstellung des Trägerrings 210 und der Leitschaufeln 220 und die anschließende stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise schmelzfügetechnische Verbindung, von Trägerring 210 und Leitschaufeln 220 keine integrale Bereitstellung aus einem Teil (siehe beispielsweise 9, 10A, 10B). In alternativen Ausführungen (die hier nicht dargestellt sind) wäre auch eine fügetechnische Verbindung über Schrauben, Bolzen oder ähnliches denkbar. Dies hätte jedoch Nachteile bezüglich Festigkeit und Stabilität zur Folge, aber Vorteile wie die Möglichkeit der separaten mechanischen Bearbeitung der Einzelheiten vor dem Zusammensetzen.
Je nach Ausgestaltung der Leiteinrichtung 200 können verschiedene Arten der Zentrierung und der Verspannung der Leiteinrichtung 200 im Turbinengehäuse 110 vorgesehen sein, die im Folgenden anhand konkreter beispielhafter Ausgestaltungen gemäß der 3, 4A bis 4C, 5A und 5B, 6A und 6B, 7A und 7B, 8A und 8B, 9, 10A, 10B, 11A und 11B, 12A und 12B, 13A und 13B erläutert werden und mit den vorher erläuterten allgemeinen Merkmalen kombinierbar sind. Diese beispielhaften Erläuterungen sollten jedoch nicht als einschränkend verstanden werden, sondern vielmehr als kombinierbar. So kann beispielsweise eine Zentrierung einseitig oder zweiseitig umgesetzt sein. In allen Ausgestaltungen, die zumindest ein erstes Ringelement 212 umfassen, kann eine Zentrierung der Leiteinrichtung 200 über das erste Ringelement 212 umgesetzt sein. Dies kann eine oder mehrere der folgenden Zentrierungen umfassen: eine Zentrierung über eine Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110, eine Zentrierung über eine Verschraubung an einer Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110, eine Zentrierung über eine Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310, eine Zentrierung über den Hitzeschild 240 und/oder eine Zentrierung über das Federelement 230. In Ausgestaltungen, die weiterhin ein zweites Ringelement 216 umfassen, kann eine Zentrierung der Leiteinrichtung 200 zweiseitig erfolgen. Das heißt, eine Zentrierung der Leiteinrichtung 200 kann auch (alternativ oder zusätzlich) über das zweite Ringelement 216 umgesetzt sein. Hierfür kann in dem Turbinengehäuse 110 eine Aussparung 112 vorgesehen sein, in die das zweite Ringelement 216 eingesetzt ist. Die axiale Verspannung kann über das Federelement 230 umgesetzt sein, das die Leiteinrichtung 200 direkt oder über das Hitzeschild 230 in axialer Richtung 22 von lagergehäuseseitig nach turbinenseitig verspannt. Als axiales Gegenlager für das Federelement 230 kann wie oben beschrieben das Lagergehäuse 310 dienen, wenn die Turbinenanordnung 100 und das Lagergehäuse 310 zusammengesetzt sind. Alternativ oder zusätzlich kann die axiale Verspannung über eine Verschraubung des ersten Ringelements 212 mit der Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110 umgesetzt sein. Grundsätzlich ist die Leiteinrichtung 200, beispielsweise durch die axiale Verspannung, verdrehsicher im Turbinengehäuse 110 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Verdrehsicherung 318 vorgesehen sein, die beispielhaft anhand der 13A und 13B erläutert wird. Die Einzelheiten der Zentrierung, der axialen Verspannung und der Verdrehsicherung werden im Folgenden anhand der einzelnen Ausführungsformen eins bis neun erläutert. Auch wenn Details bestimmter Elemente der Turbinenanordnung nur in Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform oder Figur erläutert werden, sind einzelne oder mehrere dieser Details jedoch auch auf andere Ausführungsformen oder nicht dargestellte Ausgestaltungen übertragbar.
Diesbezüglich zeigen die 3 und 4A bis 4C die Turbinenanordnung 100 mit der Leiteinrichtung 200 in einer ersten beispielhaften Ausführung. Die Leiteinrichtung 200 dieser ersten beispielhaften Ausführung ist einstückig als Blechteil ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Leiteinrichtung 200 aus einem Blechteil geformt. Dabei kann beispielsweise aus einem ursprünglichen flachen und rechteckigen Blechteil in einem mittleren Streifen u-förmige Schnitte vorgenommen werden, dann das Blechteil ringförmig umgeformt werden und die Materialbereich der u-förmigen Schnitte radial nach innen gebogen werden. Somit können der Trägerring 210 mit dem ersten Ringelement 212, dem zweiten Ringelement 216 und die dazwischen liegenden Leitschaufeln 220 bereitgestellt werden (siehe 4A bis 4C). Durch Ausbildung als Blechteil kann Material und Gewicht eingespart werden und es entstehen Kostenvorteile.
Wie insbesondere in 3 ersichtlich, sind das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 axial voneinander beabstandet. Zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 sind die Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 ist lagergehäuseseitig axial neben den Leitschaufeln 220 angeordnet und das zweite Ringelement 216 ist turbinengehäuseseitig axial neben den Leitschaufeln 220 angeordnet sein. Die Leitschaufeln 220 erstrecken sich ausgehend von den Ringelementen 212, 216 radial nach innen bis zum radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130. Die Leiteinrichtung 200 umfasst neun Leitschaufeln 220, kann in anderen Ausgestaltungen jedoch auch mehr oder weniger Leitschaufeln 220 umfassen. Die Anzahl der Leitschaufeln 220 in einer Ausgestaltung als Blechteil sollte je nach der Geometrie der Turbinenanordnung 100 derart gewählt werden, dass die Leitschaufeln 220 einerseits nicht weiter als bis zum radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 ragen. Andererseits sollte die Anzahl derart gewählt werden, dass die Leitschaufeln 220 weit genug radial nach innen ragen, um eine zuverlässige Strömungslenkung auf das Turbinenrad 140 zu ermöglichen.
In der ersten beispielhaften Ausführung ist die Leiteinrichtung 200 zweiseitig zentriert (siehe 3). Genauer gesagt ist die Leiteinrichtung 200 an zwei axial gegenüberliegenden Seiten zentriert. Alternativ ausgedrückt ist die Leiteinrichtung 200 turbinenseitig und lagergehäuseseitig zentriert. Genauer gesagt ist der Trägerring 210 turbinenseitig und lagergehäuseseitig zentriert, bzw. dessen erstes Ringelement 212 ist lagergehäuseseitig und dessen zweites Ringelement 216 ist turbinenseitig zentriert. Dabei ist der Trägerring 210 bzw. das zweite Ringelement 216 in axialer Richtung 22 in eine Aussparung 112 des Turbinengehäuses 110 eingesetzt. Die Aussparung 112 ist eine ringförmige Aussparung 112. Genauer gesagt ist die Aussparung 112 eine ringförmige Nut, die derart konfiguriert ist, dass sie das zweite Ringelement 216 aufnehmen kann. Durch die nutförmige Aussparung kann das zweite Ringelement 216 an seinem radial äußeren Umfang und seinem radial inneren Umfang in der Nut zentriert werden. In Alternativen Ausführungen könnte die Aussparung 112, aber auch so ausgestaltet sein, dass sie das zweite Ringelement 216 nur an einem radial inneren Umfang des zweiten Ringelements 216 oder an einem radial äußeren Umfang des zweiten Ringelements 216 zentriert. Die Aussparung 112 ist derart in axialer Richtung in das Turbinengehäuse 110 vertieft, dass das zweite Ringelement 216 bündig mit der zweiten Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 abschließt. Somit können Strömungsverwirbelungen reduziert werden in Vergleich zu einem Ringelement, dass in den Zuströmkanal 130 hinein hervorstehen würde. Das bedeutet, dass die Aussparung 112 im Bereich des Zuströmkanals 130 angeordnet und in eine Wand des Turbinengehäuses 110 in axialer Richtung 22 vertieft ist, die zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 angeordnet ist und im Wesentlichen in axialer Richtung 22 zu einem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 hin ausgerichtet ist (siehe 3). Dadurch dass das zweite Ringelement 216 bündig in die Aussparung 112 eingesetzt ist, befinden sich nur die Leitschaufeln 220 in dem Zuströmkanal 130. Dass sich nur die Leitschaufeln 220 in dem Zuströmkanal 130 befinden, bedeutet alternativ ausgedrückt, dass sich das erste und das zweite Ringelement 212, 216 nicht in dem Zuströmkanal 130 befinden. Die axiale Höhe der Leitschaufeln 220 ist dabei derart gewählt, dass das erste Ringelement 212 außerhalb des Zuströmkanals 130 angeordnet ist bzw. bündig mit diesem abschließt. Das bedeutet, dass der Zuströmkanal 130 axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 zumindest teilweise gebildet wird. Alternativ ausgedrückt wird der Zuströmkanal 130 zumindest teilweise durch in axialer Richtung 22 aufeinander weisende Flächen der Ringelemente 212, 216 gebildet. Eine von turbinenseitig nach lagerseitig gerichtete Fläche des zweiten Ringelements 216 kann dabei einen Teil der zweiten Kanalfläche 136 bilden. Eine von lagerseitig nach turbinenseitig gerichtete Fläche des ersten Ringelements 212 kann dabei einen Teil der ersten Kanalfläche 134 bilden. Auch wenn die erste und die zweite Kanalfläche 134, 136 aus Übersichtlichkeitsgründen in der 3 nicht mit Bezugszeichen versehen sind, ist es anhand der anderen Figuren (beispielsweise 5A) klar, wo diese Flächen in 3 zu verorten sind. Durch den in den Aussparung 112 eingesetzten Trägerring 210 kann neben der Gewichtsreduzierung und der kostengünstigen Herstellung der Montageprozess vereinfacht werden und eine stabile wie präzise Positionierung erzielt werden.
Die Turbinenanordnung 100 der 3 umfasst weiterhin einen Hitzeschild 240 und ein Federelement 230. Die lagergehäuseseitige Zentrierung der Leiteinrichtung 200 ist dabei über den Hitzeschild 240 umgesetzt. Grundsätzlich ist der Hitzeschild 240 lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet. Ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 liegt dabei an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 an. Im Beispiel der 3 umfasst der Hitzeschild 240 einen Kanalabschnitt 243 in einem radial äußeren Endbereich. Der Kanalabschnitt 243 hat einen U-förmigen Querschnitt mit einem radial äußeren Schenkel und einem radial inneren Schenkel. Der radial äußere Schenkel und der radial innere Schenkel verlaufen in im Wesentlichen axialer Richtung 22. In alternativen Ausführungen kann einer der Schenkel oder beide aber auch geneigt zur axialen Richtung 22 verlaufen. Der Kanalabschnitt 243 ist derart angeordnet, dass dessen U-förmiger Querschnitt zum Lagergehäuse 310 hin offen ist. Der Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 liegt an einem Außenumfang 244 des radial äußeren Schenkels des U-förmigen Querschnitts an. Somit kann die Leiteinrichtung 200 bzw. der Trägerring 210 zentriert werden. In anderen Ausführungen könnte die Leiteinrichtung 200 auch durch einen Hitzeschild 240 ohne den U-förmigen Querschnitt zentriert werden. Für die Zentrierung ist lediglich vorteilhaft, wenn der Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 zentrierend anliegen kann. Eine verbesserte Zentrierung kann jedoch durch den in im Wesentlichen axialer Richtung 22 verlaufenden radial äußeren Schenkel des Kanalabschnitts 243 erzielt werden. Der Kanalabschnitt 243 ist weiterhin vorteilhaft, da er als Begrenzung des Zuströmkanals 130 dienen kann. In der Ausgestaltung der 3 wird eine lagergehäusige Seite des Zuströmkanals 130 radial innerhalb des zweiten Ringelements 216 durch den Kanalabschnitt 243 gebildet. Genauer gesagt wird die erste Kanalfläche 134 (siehe 134 in den anderen Figuren, bspw. 5A) des Zuströmkanals 130 durch den Kanalabschnitt 243 zumindest teilweise geformt. Dies kann auch durch einen Hitzeschild 243 ohne U-förmigen Querschnitt erzielt werden. Mit Bezug zu 3 ist zu erkennen, dass die erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130 radial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem Turbinenrad 140 bzw. dem radial innerem Ende 132 des Zuströmkanals 130 vollständig durch den Kanalabschnitt 243 geformt wird. Alternativ ausgedrückt wird die lagergehäusige Seite des Zuströmkanals 130 radial innerhalb des zweiten Ringelements 216 vollständig durch den Kanalabschnitt 243 gebildet. In alternativen Ausführungen könnte die lagergehäusige Zentrierung auch zwischen dem Außenumfang 214 des ersten Ringelements und der Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110 umgesetzt sein. Hierdurch kann eine einfache, aber effektive Zentrierung der Leiteinrichtung im Turbinengehäuse umgesetzt werden.
In alternativen Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung 100 dieser ersten Ausführungsform auch nur einseitig zentriert sein. Beispielsweise kann der Trägerring 210 lagergehäuseseitig über das erste Ringelement 212 zentriert sein. In diesem Fall kann die Aussparung 112 so dimensioniert sein, dass das zweite Ringelement 216 weder an einem radial inneren Umfang des zweiten Ringelements 216 oder an einem radial äußeren Umfang des zweiten Ringelements 216 zentriert wird. Alternativ kann der Trägerring 210 nur turbinengehäuseseitig über das zweite Ringelement 216 zentriert sein.
Das Federelement 230 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet. Das heißt, dass der Hitzeschild 240 axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. den Leitschaufeln 220) und dem Federelement 230 angeordnet ist. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Genauer gesagt verläuft der Kraftfluss von dem Federelement 230 über den Hitzeschild 240 auf die Leitschaufeln 220 in direkt in das Turbinengehäuse 110 und/oder über das zweite Ringelement 216 in das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 ragt mit einem radial äußeren Endbereich lagergehäuseseitig in den U-förmigen Querschnitt des Kanalabschnitts 243 hinein. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Kanalabschnitt 243 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden.
In alternativen Ausführungen kann der Trägerring 210 nicht an dem Hitzeschild 240, sondern an dem Federelement 230 zentriert sein (nicht dargestellt). Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen. Hierdurch können eine einfache Zentrierung und axiale Verspannung mit nur einem Element ermöglicht werden.
Die 5A, 6A, 7A und 8A zeigen vier weitere beispielhafte Ausführungen der Turbinenanordnung 100. Die 5B, 6B, 7B und 8B zeigen Detailansichten der jeweils dazugehörigen speziellen Ausgestaltungen der Leiteinrichtungen 200. Diese vier Ausführungen haben gemeinsam, dass sie ebenfalls ein erstes und ein zweites Ringelement 212, 216 umfassen, zweiseitig zentriert sind und über das Federelement 230 verspannt sind. Im Gegensatz zur Ausführung der 3 sind die Leiteinrichtungen dieser Ausführungen nicht als Blechteil, sondern einstückig als Gussteil ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen wären auch andere einstückige Ausbildungen, beispielsweise durch eine schmelzfügetechnische Verbindung (insbesondere eine Schweißgruppe) oder durch ein additives Verfahren möglich. Bevorzugt sind die Leiteinrichtungen 200 der 5B, 6B, 7B und 8B aus einem Gussteil geformt. Hieraus resultieren Vorteile wie eine höhere Festigkeit und beispielsweise eine höhere Robustheit gegen externe Kräfte, insbesondere axiale Kräfte und Deformationen. Weiterhin kann durch die einstückige Ausbildung der Montageprozess vereinfacht werden. Durch die Ausbildung als Gussteil ergibt sich weiterhin eine gute Anpassungsmöglichkeit an verschiedene Designs der Turbinenspirale 120 und/oder des Turbinenrads 140, 140a.
Die turbinenseitige Zentrierung erfolgt in den Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A ähnlich wie bei der Ausführung der 3 dadurch, dass das zweite Ringelement 216 in axialer Richtung 22 in eine Aussparung 112 des Turbinengehäuses 110 eingesetzt wird. Die Aussparung 112 ist dabei als ringförmige Aussparung ausgebildet. Die Aussparung, 112 ist in axialer Richtung 22 in das Turbinengehäuse 110 vertieft und zur Turbinenspirale 120 hin offen. Genauer gesagt ist die Aussparung 112, in eine Wand des Turbinengehäuses 110 in axialer Richtung 22 vertieft, die zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 angeordnet ist und im Wesentlichen in axialer Richtung 22 zu dem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 hin ausgerichtet ist. Die Aussparung 112 ist im Bereich des Zuströmkanals 130 angeordnet. Das zweite Ringelement 112 ist dabei derart ausgebildet, dass es in einem radial äußeren Bereich einen Übergangsbereich, insbesondere einen bündigen Übergangsbereich, von der Turbinenspirale 120 zum Zuströmkanal 130 bildet. In alternativen Ausgestaltungen (analog zu 1), kann die Aussparung 112 aber auch als Nut, insbesondere ringförmige Nut ausgebildet sein. In letzterem Fall könnte das zweite Ringelement 216 je nach Ausgestaltung der Aussparung 112 dann über einen radial inneren Umfang des zweiten Ringelements 216 und/oder über einem radial äußeren Umfang des zweiten Ringelements 216 zentriert sein.
Das zweite Ringelement 216 ist derart in die Aussparung 112 eingesetzt, dass sich nur die Leitschaufeln 220 in dem Zuströmkanal 130 befinden. Das heißt der Zuströmkanal 130 wird axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 zumindest teilweise gebildet. Das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 erstrecken sich derart radial innerhalb und radial außerhalb der Leitschaufeln 220, dass sie im Wesentlichen den gesamten Zuströmkanal 130 bilden (siehe Figs. 5A, 6A, 7A und 8A). In diesen Figuren ist zu erkennen, dass ein kleiner Abschnitt der zweiten Kanalfläche 136 radial zwischen dem zweiten Ringelement 216 und dem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 nicht durch das zweite Ringelement 216 gebildet wird. Dieser kleine Abschnitt ist notwendig für die Zentrierung. Alternativ könnte die Aussparung 112 auch derart ausgebildet sein, dass das zweite Ringelement 216 die zweite Kanalfläche 136 bis zu dem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals bildet, solange ein daran anschließender Wandabschnitt des Turbinengehäuses 110, beispielsweise zwischen dem radial inneren Ende 132 und einer Innenwand des Turbinenauslasses 150, als Zentrierfläche bereitgestellt wird. Der kleine Abschnitt könnte in alternativen Ausführungen aber auch in einem radial äußeren Bereich angeordnet sein, so dass das zweite Ringelement 216 nicht an einem radial inneren Umfang, sondern an einem radial äußeren Umfang zentriert wäre. In einer derartigen Ausgestaltung könnte das zweite Ringelement 216 derart ausgebildet sein, dass es zumindest einen Teil eines Wandabschnitts zwischen dem radial inneren Ende 132 und einer Innenwand des Turbinenauslasses 150 bildet. „Im Wesentlichen den gesamten Zuströmkanal 130 bildend“ kann so verstanden werden, dass zumindest 75% einer Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 durch die Ringelemente 212, 216 gebildet wird. In alternativen Ausgestaltungen können das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 auch derart angeordnet und ausgebildet sein (insbesondere radial innerhalb und radial außerhalb der Leitschaufeln 220 erstrecken), dass sie nur einen Großteil des Zuströmkanals 130 bilden. Als Großteil des Zuströmkanals 130 kann beispielsweise mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% und besonders bevorzugt mindestens 70% der Gesamtlänge des Zuströmkanals 130 angesehen werden. Wie bereits erwähnt, kann die Gesamtlänge als der Bereich des Zuströmkanals 130 von einem Eintritt der Turbinenspirale 120 in Zuströmkanal 130 bis zu dem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130 angesehen werden. In einigen Ausführungen ist es auch möglich, dass das erste Ringelement 212 im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 oder zumindest einen Großteil der ersten Kanalfläche 134 bildet, und/oder dass das zweite Ringelement 216 im Wesentlichen die gesamte zweite Kanalfläche 136 oder zumindest einen Großteil der zweiten Kanalfläche 136 bildet. „Im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 bzw. zweite Kanalfläche 136 bildend“ kann so verstanden werden, dass zumindest 75% einer Gesamtlänge der ersten Kanalfläche 134 bzw. der zweiten Kanalfläche durch die jeweiligen Ringelemente 212, 216 gebildet wird. Als Großteil der ersten Kanalfläche 134 bzw. der zweiten Kanalfläche kann beispielsweise mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% und besonders bevorzugt mindestens 70% der Gesamtlänge der ersten Kanalfläche 134 bzw. der zweiten Kanalfläche angesehen werden.
Die lagergehäuseseitige Zentrierung erfolgt in den Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A über die Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310. Hierfür ist der Trägerring 210 konfiguriert über einen oder mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Bolzen, insbesondere zwei oder mehr Bolzen, in einem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 zentriert zu werden. Genauer gesagt ist das erste Ringelement 212 konfiguriert über einen oder mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Bolzen in einem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 zentriert zu werden. Das erste Ringelement 212 weist dafür eine oder mehrere, insbesondere zwei oder mehr, in Umfangsrichtung 26 verteilte axiale Bohrungen 215 auf. Die axialen Bohrungen 215 sind dabei derart angeordnet und ausgelegt, um über Bolzen mit dem Lagergehäuse 310 verbunden zu werden. Das heißt die axialen Bohrungen sind in eine axiale zum Lagergehäuse 310 gerichteten Stirnfläche des ersten Ringelements 212 vertieft. In alternativen Ausgestaltungen können die Bolzen auch integral mit Trägerring 210 oder dem Lagergehäuse 310 verbunden sein. In weiter alternativen Ausführungen können auch andere Steckverbindungen, insbesondere andere Steckelemente als Bolzen verwendet werden.
Die axiale Verspannung erfolgt in den Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A über das Federelement 230. Die Turbinenanordnungen 100 der Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A umfassen alle einen optionalen Hitzeschild 240, der lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet ist. Der Hitzeschild 240 liegt mit einem radial äußeren Bereich an einem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 an. Der radial äußere Bereich des Hitzeschilds 240 ist dabei lagergehäuseseitig axial neben dem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 in axialer Richtung kontaktierend angeordnet. Weiterhin umfasst die Turbinenanordnung 100 das Federelement 230, das lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet ist. Das heißt, dass der Hitzeschild 240 axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. erstes Ringelement 212, insbesondere radial innerer Bereich des ersten Ringelements 212) und dem Federelement 230 angeordnet ist. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 verspannt mit einem radial äußeren Endbereich den radial äußeren Bereich des Hitzeschilds 240 gegen den radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Hitzeschild 240 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden.
In alternativen Ausführungen kann der Trägerring 210 nicht über die Steckverbindung 316, sondern auch über den Hitzeschild 240 oder das Federelement 230 zentriert sein (nicht dargestellt). Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 bzw. an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen. Alternativ könnte die lagergehäuseseitige Zentrierung auch über eine Zentrierung an der Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110 erfolgen, an der ein Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 anliegt. Ebenso könnte dann die axiale Verspannung auch über eine Verschraubung des Trägerrings 210 in dem Turbinengehäuse 110 erfolgen.
Die vier Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A unterscheiden sich vor allem in der Ausgestaltung der Turbinenspirale 120 und des Zuströmkanals 130.
So weist die zweite beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100 einen Zuströmkanal 130 mit im Wesentlichen konstanter Breite in axialer Richtung 22 auf (siehe 5A und 5B). Das heißt, die Leiteinrichtung 200 ist konfiguriert einen Zuströmkanal 130 oder zumindest einen Großteil des Zuströmkanals 130 zu bilden, der eine im Wesentlichen konstanter Breite in axialer Richtung 22 aufweist. Mit anderen Worten ausgedrückt sind das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 derart ausgebildet, dass sie einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der ersten Kanalfläche 134 und der zweiten Kanalfläche 136 bilden.
Die dritte beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100 weist einen Zuströmkanal 130 mit einer sich radial nach innen verringernder Breite in axialer Richtung 22 auf (siehe 6A und 6B). Das heißt, die Leiteinrichtung 200 ist konfiguriert einen Zuströmkanal 130 oder zumindest einen Großteil des Zuströmkanals 130 zu bilden, der sich radial nach innen verringernder Breite in axialer Richtung 22 aufweist. Mit anderen Worten ausgedrückt sind das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 derart ausgebildet, dass sie einen sich radial nach innen verjüngenden Zuströmkanal 130 bzw. einen Großteil des sich radial nach innen verjüngenden Zuströmkanals 130 bilden. Verjüngend ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass sich ein axialer Abstand zwischen den beiden Kanalflächen 212, 216 in radialer Richtung 24 nach innen verkürzt.
Die vierte beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100 weist einen Zuströmkanal 130 mit einem Verlauf in radialer Richtung 24 und axialer Richtung 22 auf (siehe 7A und 7B). Die Turbinenanordnung 100 dieses vierten Beispiels ist eine mixed-flow Turbinenanordnung 100 (auch Halbaxial- oder Halbradial-Turbine bzw. -Turbinenanordnung genannt) und weist ein mixed-flow Turbinenrad 140a auf. Das heißt das Turbinenrad 140a ist ausgelegt in einer Richtung angeströmt zu werden, die eine Axial- und eine Radial-Komponente aufweist. Die Leiteinrichtung 200 ist konfiguriert einen Zuströmkanal 130 oder zumindest einen Großteil des Zuströmkanals 130 zu bilden. Mit anderen Worten ausgedrückt sind das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 derart ausgebildet, dass sie erste und zweite Kanalflächen 134, 136 bilden, die sich in einem gebogenen Verlauf von einer radialen Richtung 24 zu einer mehr axialen Richtung 22 erstrecken. Alternativ ausgedrückt sind das erste Ringelement 212 und das zweite Ringelement 216 derart ausgebildet, dass sie einen Zuströmkanal 130 bilden, dessen Verlauf eine Axial- und eine Radial-Komponente aufweist.
Die fünfte beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100 weist eine Turbinenspirale 120 mit einer ersten Volute 122 und einer zweiten Volute 124 auf (siehe 8A und 8B). Die erste Volute 122 und die zweite Volute 124 sind durch eine Trennwand 126 voneinander strömungstechnisch separiert (ca. 360° Anströmung durch jede der Voluten 122, 124, d.h. Twin-Scroll Turbine bzw. Turbinenanordnung oder Zwillingsstromturbine bzw. Zwillingsstromturbinengehäuse). Das heißt die Turbinenanordnung 100 der fünften Ausführungsform ist zur Verwendung in eine Zwillingsstromturbine ausgelegt. In dieser Ausgestaltung umfasst der Trägerring 210 weiterhin ein drittes Ringelement 218, das axial zwischen dem ersten Ringelement 212 und dem zweiten Ringelement 216 angeordnet ist. Das dritte Ringelement 218 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass es in Verlängerung zur Trennwand 126 durch den Zuströmkanal 130 verläuft. Wie in 8A dargestellt, erstreckt sich das dritte Ringelement 218 von der Trennwand 126 bis zu einem radial inneren Ende 132 des Zuströmkanals 130. Dadurch wird der Zuströmkanal 130 in zwei axial benachbarte Zuströmkanalabschnitte 130a, 130b separiert. Das dritte Ringelement 218 ist über die Leitschaufeln 220 mit dem ersten und dem zweiten Ringelement 212, 216 verbunden, so dass Leitschaufeln 220 jeweils in einen ersten Schaufelabschnitt 220a im ersten Zuströmkanalabschnitt 130a und in einem zweiten Schaufelabschnitt 220b im zweiten Zuströmkanalabschnitt 130b aufgeteilt sind. In alternativen Ausgestaltungen kann das dritte Ringelement 218 auch nur teilweise durch den Zuströmkanal 130 verlaufen. Beispielsweise kann sich das dritte Ringelement 218 in einem Großteil (wie oben beschrieben) durch den Zuströmkanal 130 erstrecken.
9 zeigt eine sechste beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100. Wie insbesondere der Detailansicht der 10A und 10B zu entnehmen ist, umfasst die Leiteinrichtung 200 in dieser sechsten beispielhaften Ausführung einen Trägerring 210 mit nur einem ersten Ringelement 212. Das erste Ringelement 212 ist dabei lagergehäuseseitig neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 bildet im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130. Alternativ bildet das erste Ringelement 212 nur einen Großteil der ersten Kanalfläche 134 Die zweite Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 wird durch das Turbinengehäuse gebildet. Der Trägerring 210 ist dabei ein Teil aus einem vorbekannten VTG-Design. Die Leitschaufeln 220 sind ebenfalls Teile aus vorbekannten VTG-Designs. Das bedeutet, dass die Leitschaufeln 220 VTG-Leitschaufeln sind, die jedoch nicht drehbar, sondern stoffschlüssig mit dem Trägerring 210 verbunden sind. Die Auswahl des Trägerrings 210 und der Leitschaufeln 220 erfolgt dabei basierend auf der der bestpassenden bekannten VTG Turbine bezüglich ihrer Größe, Schaufelbreite, und/oder Lochkreis. Hierdurch kann der Entwicklungsaufwand, insbesondere die Entwicklungszeit und -kosten reduziert werden. Beispielsweise kann eine Kostenersparnis durch die Verwendung bestehender Designs oder durch die Verwendung kostengünstiger massenproduzierter Teile erzielt werden. Weiterhin können bewährte und erprobte vorbekannte Designs verwendet werden, was zu einer Steigerung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung führen kann. Der Trägerring 210 und die Leitschaufeln 220 sind als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet und stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise können der Trägerring 210 und die Leitschaufeln 220 als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet und zusammengeschweißt oder zusammengelötet sein. Durch ursprünglich separate Bereitstellung der Leitschaufeln 220, können die Leitschaufeln 220 besser spanend nach-bearbeitet werden. Dies führt zu einer Produktionserleichterung. Die Leitschaufeln 220 werden dabei in der vorbestimmten Orientierung mit dem Trägerring 210 verbunden. Wie insbesondere in 10B beispielhaft angedeutet, können die Leitschaufeln 220 jeweils einen Zapfen 226 aufweisen über den jeweiligen Zapfen 226 in entsprechende Bohrungen des Trägerrings 210 in der vorbestimmten Orientierung eingesetzt und starr befestigt, insbesondere verschweißt, sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Leitschaufeln 220 über den jeweiligen Zapfen 226 in entsprechende Bohrungen des Trägerrings 210 in der vorbestimmten Orientierung eingepresst und starr befestigt, insbesondere verschweißt, werden. In alternativen Ausführungen können die Leitschaufeln 220 auch keine Zapfen umfassen und direkt auf den Trägerring 210 oder in entsprechenden Vertiefungen des Trägerrings in der vorbestimmten Orientierung aufgesetzt und starr befestigt, insbesondere verschweißt oder verlötet, werden. Sind Zapfen 226 vorgesehen, kann die Befestigung, insbesondere Verschweißung, einseitig oder beidseitig - das heißt turbinengehäuseseitig und lagergehäuseseitig des Trägerrings 210 bzw. des ersten Ringelements 212 erfolgen.
Die Zentrierung erfolgt in dem sechsten Ausführungsbeispiel einseitig, insbesondere nur verdichterseitig. Genauer gesagt erfolgt die verdichterseitige Zentrierung über die Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110, an der der Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 anliegt. Die Zentrierfläche 114 ist eine zylinderförmigen Zentrierfläche, insbesondere eine radial nach innen gerichtete zylinderförmige Zentrierfläche. Das heißt der Trägerring 210 bzw. das erste Ringelement 212 ist an der radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche 114 zentriert. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Trägerring 210 über einen Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 an einem Innenumfang der Zentrierfläche 114 zentriert. In alternativen Ausgestaltungen kann die Zentrierung auch über eine Aussparung (nicht dargestellt) im Turbinengehäuse 110 umgesetzt sein. Die Aussparung kann derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Leitschaufeln 220 zumindest teilweise in die Aussparung eingesetzt sind. Über die Anströmkante 222 und/oder die Abströmkante 224 können die Leitschaufeln 220 an einer radial nach innen bzw. radial nach außen gerichteten Fläche der Aussparung anliegen und dadurch zentriert werden. Die Aussparung kann ähnlich der oben beschriebenen Aussparung 112 ausgebildet sein. Alternativ könnte die lagergehäuseseitige Zentrierung über das Federelement 230 oder den Hitzeschild 240 umgesetzt sein. Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 bzw. an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen. Weiter alternativ könnte die Zentrierung auch über eine Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310 erfolgen wie oben beschrieben.
Die axiale Verspannung erfolgt in dem sechsten Ausführungsbeispiel über das Federelement 230 analog zu den beispielhaften Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A. Das heißt die Turbinenanordnung 100 des sechsten Beispiels umfasst den Hitzeschild 240 und das Federelement 230. Der Hitzeschild 240 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet. Der Hitzeschild 240 liegt mit einem radial äußeren Bereich an einem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 an. Der radial äußere Bereich des Hitzeschilds 240 ist dabei lagergehäuseseitig axial neben dem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 in axialer Richtung kontaktierend angeordnet. Das Federelement 230 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet. Das heißt, dass der Hitzeschild 240 axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. erstes Ringelement 212, insbesondere radial innerer Bereich des ersten Ringelements 212) und dem Federelement 230 angeordnet ist. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 verspannt mit einem radial äußeren Endbereich den radial äußeren Bereich des Hitzeschilds 240 gegen den radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Hitzeschild 240 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden. In alternativen Ausführungen könnte die axiale Verspannung auch über eine Verschraubung des Trägerrings 210 in dem Turbinengehäuse 110 erfolgen.
Weiterhin kann das Turbinengehäuse 110 (in einer beliebigen Ausführungsform) eine oder mehrere nicht in den Figuren sichtbare Axialkompensationsaussparungen umfassen. Die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparungen sind ausgelegt, Raum für eine thermische Ausdehnung der Leitschaufeln 220 und/oder des zweiten Ringelements 216 in axialer Richtung 22 bereitzustellen. Dabei kann die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung eine ringförmige Aussparung, insbesondere eine ringförmige Nut sein (beispielsweise ähnlich der Aussparung 112) sein. Die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparungen sind in axialer Richtung 22 in das Turbinengehäuse 110 vertieft und im Bereich des Zuströmkanals 130 angeordnet. Genauer gesagt ist die eine oder mehrere Axialkompensationsaussparung in eine Wand des Turbinengehäuses 110 in axialer Richtung 22 vertieft, die zwischen der Turbinenspirale 120 und dem Turbinenrad 140 angeordnet ist und im Wesentlichen in axialer Richtung 22 zu einem Lagergehäuse 310 hin ausgerichtet ist. Alternativ zu der einen ringförmigen Axialkompensationsaussparung oder der einen nutförmigen Axialkompensationsaussparung, können mehrere Axialkompensationsaussparung in dem Turbinengehäuse 110 vorgesehen sein, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie der Anzahl der Leitschaufeln 220 entsprechen und jeweils in axialer Richtung 22 neben einer jeweiligen Leitschaufel 220 angeordnet sind, so dass die jeweilige Leitschaufel 220 in die benachbarte Axialkompensationsaussparung thermisch expandieren kann.
11A zeigt eine siebte beispielhafte Ausführung der Turbinenanordnung 100. Wie insbesondere der Detailansicht der 11B zu entnehmen ist, umfasst die Leiteinrichtung 200 in dieser siebten beispielhaften Ausführung einen Trägerring 210 mit nur einem ersten Ringelement 212. Das erste Ringelement 212 ist dabei lagergehäuseseitig neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 bildet im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130. Alternativ bildet das erste Ringelement 212 nur einen Großteil der ersten Kanalfläche 134. Die zweite Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 wird durch das Turbinengehäuse 110 gebildet. Anders als in der sechsten beispielhaften Ausgestaltung, ist die Leiteinrichtung 200 dieser siebten beispielhaften Ausgestaltung integral aus einem Teil hergestellt. Weiterhin erfolgt die axiale Verspannung über eine Verschraubung im Turbinengehäuse 110. Ein Federelement 230 ist in dieser Ausgestaltung nicht erforderlich, könnte aber in einer alternativen Abwandlung auch vorgesehen sein. Dadurch könnte beispielsweise ein unbeabsichtigtes Lösen, insbesondere Herausdrehen, der Leiteinrichtung 200 verhindert werden. Die Zentrierung erfolgt in dem siebten Ausführungsbeispiel einseitig, insbesondere nur verdichterseitig analog zur Zentrierung des sechsten Ausführungsbeispiels über die Zentrierfläche 114. Die Zentrierung kann aber auch alternativ wie in Zusammenhang mit dem sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben, auf andere Weise umgesetzt werden.
Die axiale Verspannung der Leiteinrichtung 200 ist in dem Ausführungsbeispiel der 11A und 11B über eine Verschraubung der Leiteinrichtung 200 im Turbinengehäuse 110 umgesetzt. Der Trägerring 210 ist dabei über ein Außengewinde 214a am Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 mit dem Turbinengehäuse 110 über ein Innengewinde 114a am Innenumfang der Zentrierfläche 114 verschraubt. Durch diese vorteilhafte Ausbildung kann sowohl eine Zentrierung als auch eine axiale Sicherung bzw. Verspannung der Leiteinrichtung 200 im Turbinengehäuse 110 bereitgestellt werden. Zusätzliche Sicherungselemente, wie beispielsweise ein Federelement sind möglich, aber nicht notwendig. Der Trägerring 210 ist dabei derart im Turbinengehäuse verschraubt, dass ein Abschnitt, der durch das erste Ringelement 212 gebildeten ersten Kanalfläche 134 bündig mit dem Turbinengehäuse 110 auf der Seite der Turbinenspirale 120 abschließt. Wie insbesondere in 11B zu erkennen ist, weist der Trägerring 210 an einer turbinengehäuseseitigen Kante am Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 eine umlaufende Fase 214b auf. Durch die Zentrierung über den Außenumfang 214 kann eine präzise und stabile Positionierung der Leiteinrichtung 200 erzielt werden. Weiterhin kann der Montageprozess vereinfacht werden. Durch die Verschraubung kann ebenfalls der Montageprozess vereinfacht werden. Weiterhin können Kosten reduziert werden, da eine axiale Verspannung durch ein zusätzliches Federelement 230 nicht erforderlich, aber möglich ist. Durch die Fase 214b können Strömungsverwirbelungen im Zuströmkanal 130 verhindert oder zumindest reduziert werden.
Auch wenn die Fase 214b in den Figuren der anderen Ausführungsbeispiele nicht dargestellt ist, können die Leiteinrichtungen 200 der anderen Ausführungsbeispiele ebenfalls eine oder mehrere derartige Fasen 214b aufweisen (auch an anderen Kanten möglich zur Reduzierung von Strömungsverwirbelungen). Anstelle der Fase können in alternativen Ausgestaltungen auch Abrundungen an den entsprechenden Kanten zur Reduzierung von Strömungsverwirbelungen vorgesehen sein.
Die Turbinenanordnung der 11A umfasst weiterhin den Hitzeschild 240. In diesem Beispiel ist der Hitzeschild 240 jedoch nicht an dem axialen Vorsprung 314 des Lagergehäuses 310 gelagert, sondern zwischen das Turbinengehäuse 110 und das Lagergehäuse 310 geflanscht. Der Hitzeschild 240 ist ringförmig bzw. tellerförmig ausgebildet und mit einem radial äußeren Bereich zwischen dem turbinenseitigem Lagerflansch und einem Flansch des Turbinengehäuses 110 geklemmt.
In alternativen (nicht in den Figuren dargestellten) Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung 100 der Ausgestaltung nach 11A und 11B (Leiteinrichtung einstückig bzw. integral als Gussteil mit nur dem ersten Ringelement 212 ausgebildet) auch ein Federelement 230 und einen Hitzeschild 240 wie die Leitanordnung 200 der 9, 10A und 10B umfassen. Die Leiteinrichtung 200 umfasst den Trägerring 210 mit nur einem ersten Ringelement 212. Das erste Ringelement 212 ist dabei lagergehäuseseitig neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 bildet im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130 (alternativ nur einen Großteil der ersten Kanalfläche 134 wie weiter oben beschrieben). Die zweite Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 wird durch das Turbinengehäuse 110 gebildet. In diesem Fall ist die Leiteinrichtung 200 nicht im Turbinengehäuse 110 verschraubt und umfasst kein Außengewinde 214a. Auch das Turbinengehäuse 110 bzw. die Zentrierfläche 114 muss kein Innengewinde 114a umfassen. Die Leiteinrichtung 200 ist dann über das Federelement 230 in axialer Richtung gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt (siehe auch Beschreibung zu den beispielhaften Ausführungen der 5A, 6A, 7A, 8A und 9). Der Hitzeschild 240 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet. Der Hitzeschild 240 liegt mit einem radial äußeren Bereich an einem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 an. Der radial äußere Bereich des Hitzeschilds 240 ist dabei lagergehäuseseitig axial neben dem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 in axialer Richtung kontaktierend angeordnet. Das Federelement 230 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet. Das heißt, der Hitzeschild 240 ist axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. erstes Ringelement 212, insbesondere radial innerer Bereich des ersten Ringelements 212) und dem Federelement 230 angeordnet. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 verspannt mit einem radial äußeren Endbereich den radial äußeren Bereich des Hitzeschilds 240 gegen den radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Hitzeschild 240 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden. In alternativen Ausführungen könnte die axiale Verspannung auch über eine Verschraubung des Trägerrings 210 in dem Turbinengehäuse 110 erfolgen. Die Zentrierung in diesem zusätzlichen alternativen Beispiel erfolgt einseitig, insbesondere verdichterseitig und kann über die Steckverbindung 316 (wie oben bzgl. der Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A beschrieben, bevorzugt mit zwei axialen Bohrung 215 und entsprechend zwei Bolzen) oder über ein kontaktierendes Anliegen des Außenumfangs 214 des ersten Ringelements 212 an der Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110 erfolgen. Wird eine Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310 gewählt, ist der Trägerring 210 konfiguriert über einen oder mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Bolzen, insbesondere zwei oder mehr Bolzen, in einem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 zentriert zu werden. Genauer gesagt ist das erste Ringelement 212 konfiguriert über einen oder mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Bolzen in einem Lagergehäuse 310 der Aufladevorrichtung 10 zentriert zu werden. Das erste Ringelement 212 weist dafür eine oder mehrere, insbesondere zwei oder mehr, in Umfangsrichtung 26 verteilte axiale Bohrungen 215 auf. Die axialen Bohrungen 215 sind dabei derart angeordnet und ausgelegt, um über Bolzen mit dem Lagergehäuse 310 verbunden zu werden. Das heißt die axialen Bohrungen 215 sind in eine axiale zum Lagergehäuse 310 gerichteten Stirnfläche des ersten Ringelements 212 vertieft. In alternativen Ausgestaltungen können die Bolzen auch integral mit Trägerring 210 oder dem Lagergehäuse 310 verbunden sein. Die Steckverbindung 316 kann dabei ausgelegt sein, die Leiteinrichtung 200 relativ zum Turbinenrad 140 zu fixieren. In weiter alternativen Ausführungen können auch andere Steckverbindungen, insbesondere andere Steckelemente als Bolzen verwendet werden. Alternativ könnte die lagergehäuseseitige Zentrierung über das Federelement 230 oder den Hitzeschild 240 umgesetzt sein. Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 bzw. an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen.
Die achte beispielhafte Ausführung zeigt eine Turbinenanordnung 100 zur Verwendung in einer Dual-Volute Turbine (siehe 12A und 12B). Die Turbinenspirale 120 umfasst eine erste Volute 122 und eine zweite Volute 124 auf. Die erste Volute 122 und die zweite Volute 124 sind durch eine im Turbinengehäuse 110 gebildete Trennwand 127 strömungstechnisch separiert. Die Trennwand 127 mündet in eine erste Turbinengehäusezunge 127 und in eine zweite Turbinengehäusezunge 129, die an einem radial inneren Ende der Turbinenspirale 120 enden (siehe 12B). Alternativ ausgedrückt erstrecken sich die Turbinengehäusezungen 127, 129 bis zu einem radial äußeren Umfang der Leiteinrichtung 200 bzw. bis zu einem radial äußeren Ende des Zuströmkanals. Die Turbinengehäusezungen 127, 129 sind im Umfangsrichtung 26, bevorzugt 180°, voneinander beabstandet angeordnet. In alternativen Ausgestaltungen können die Turbinengehäusezungen 127, 129 beispielsweise 175° bzw. 185° oder 170° bzw. 190° in Umfangsrichtung 26 voneinander beabstandet sein. Weitere Beabstandungen, beispielsweise zwischen 160° bis 200° sind möglich. Insbesondere können dabei jeweils radial innere Endabschnitte der Turbinengehäusezungen 127, 129 entsprechend in Umfangsrichtung 26 voneinander beabstandet sein. Somit können im Betrieb Fluide in Umfangsrichtung 26 strömungstechnisch separiert von den Voluten 122, 124 in die Leiteinrichtung 200 geleitet werden. Alternativ ausgedrückt, münden die erste Volute 122 und die zweite Volute 124 strömungstechnisch separiert zwischen der ersten Turbinengehäusezunge 127 und der zweiten Turbinengehäusezunge 129 in die Leiteinrichtung 200. Das heißt die Turbinenanordnung 100 ist als Dual-Volute Turbinenanordnung ausgebildet. Im Unterschied zur in Bezug auf 8A beschriebenen Twin-Volute Turbinenanordnung 100 bei der die Voluten 122, 124 axial voneinander getrennt jeweils über den gesamten Umfang in die Leiteinrichtung 200 münden, münden die Voluten 122, 124 der Dual-Volute Turbinenanordnung 100 in Umfangsrichtung voneinander getrennt jeweils nur über einen Abschnitt des Umfangs (bei beispielhaftem 180° Versatz der Turbinengehäusezungen 127, 129 jeweils über im Wesentlichen den halben Umfang) in die Leiteinrichtung 200. Die Leiteinrichtung 200 (bzw. der Trägerring 210) in der Dual-Volute Turbinenanordnung ist derart ausgebildet, dass sie über einen radial äußeren Umfang durch in Umfangsrichtung 26 fluidisch getrennten Auslässe der beiden Volute 122, 124 angeströmt werden kann.
Wie insbesondere der Schnittansicht der 12A zu entnehmen ist, umfasst die Leiteinrichtung 200 in dieser achten beispielhaften Ausführung einen Trägerring 210 mit nur einem ersten Ringelement 212. Das erste Ringelement 212 ist dabei lagergehäuseseitig neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 bildet im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130 (alternativ nur einen Großteil der ersten Kanalfläche 134 wie weiter oben beschrieben). Die zweite Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 wird durch das Turbinengehäuse 110 gebildet. Wie in der siebten beispielhaften Ausführungsform beschrieben, ist die Leiteinrichtung 200 dieser achten beispielhaften Ausführungsform integral aus einem Teil hergestellt. Alternativ könnte die Leiteinrichtung 200 auch einstückig, wie oben beschrieben, hergestellt sein.
Zwei der Leitschaufeln 220 sind als Zungenleitschaufeln 221 ausgebildet. Die Zungenleitschaufeln 221 sind benachbart zu den Turbinengehäusezungen 127, 129 angeordnet. Alternativ ausgedrückt sind die Zungenleitschaufeln 221 derart auf dem Trägerring 210 angeordnet, dass sie benachbart zu den Turbinengehäusezungen 127, 129 sind. Dadurch kann eine strömungstechnische Trennung der Voluten 122, 124 in der Leiteinrichtung 200 (zumindest bis zur Abströmkante der Zungenleitschaufeln 221) fortgeführt werden. Das heißt jeweils zu einer Seite in Umfangsrichtung 26 zwischen den Zungenleitschaufeln 221 kann je ein Zuströmkanalabschnitt gebildet werden. Durch je einen Zuströmkanalabschnitt kann je eine Volutenströmung (also eine Fluidströmung von der ersten Volute 122 bzw. der zweiten Volute 124 kommend) geleitet werden. Alternativ ausgedrückt können somit die separierten Fluidströmungen aus den Voluten 122, 124 als separierte Fluidströmungen in jeweiligen Zuströmkanalabschnitten durch die Leiteinrichtung 200 bis auf das Verdichterrad 140 fortgeführt werden. Die Zungenleitschaufeln 221 können dabei identisch zu den restlichen Leitschaufeln 220 ausgebildet sein oder, wie in 12B gezeigt, modifiziert sein. Die Zungenleitschaufeln 221 können wie in 12B gezeigt identisch ausgebildet oder unterschiedlich ausgebildet sein. Im Beispiel der 12B sind die Zungenleitschaufeln 221, insbesondere deren radial innere Endabschnitte (bzw. Abströmkanten) und deren radial äußere Endabschnitte, in Umfangsrichtung 180° versetzt angeordnet. In anderen Ausgestaltungen können die Zungenleitschaufeln 221, bzw. deren radial äußeren Endabschnitte und/oder radial inneren Endabschnitte, analog des oben beschriebenen Versatzes der Turbinengehäusezungen 127, 129 auch andere Beabstandungen in Umfangsrichtung 26 aufweisen (beispielsweise 175° bzw. 185°). Insbesondere kann ein radial innerer Endabschnitt der zur ersten Turbinengehäusezunge 127 benachbarten Zungenleitschaufel 221 von einem ein radial inneren Endabschnitt der zur zweiten Turbinengehäusezunge 129 benachbarten Zungenleitschaufel 221 in Umfangsrichtung 26 um 175° beabstandet angeordnet sein. Weiter in Umfangsrichtung 26 gehend wäre dann der radial innere Endabschnitt der zur zweiten Turbinengehäusezunge 129 benachbarten Zungenleitschaufel 221 von dem radial innerer Endabschnitt der zur ersten Turbinengehäusezunge 127 benachbarten Zungenleitschaufel 221 in Umfangsrichtung 26 u 185° beabstandet angeordnet. Durch die in Umfangsrichtung 26 zwischen den radial inneren Endabschnitten der Zungenleitschaufeln 221 gebildeten unterschiedliche Umfangswinkelabschnitte (beispielsweise 175° in eine und 185° in die entgegengesetzt orientierte Umfangsrichtung) können vorteilhafte Effekte erzielt werden. Hierdurch werden die Fluidströmungen entlang unterschiedlicher Umfangswinkelabschnitte von den jeweiligen Zuströmkanalabschnitten auf das Turbinenrad 140 geleitet, wodurch negative Frequenzüberhöhungen vermieden werden können. Ein analoger Effekt kann auch mit zwei identisch ausgebildeten Zungenleitschaufeln 221 erzielt werden, wenn die Turbinengehäusezungen 127, 129 entsprechend in Umfangsrichtung 26 versetzt angeordnet sind.
Die Leiteinrichtung 200 ist derart in das Turbinengehäuse eingesetzt, dass die Zungenleitschaufeln 221 benachbart zu den Turbinengehäusezungen 127, 129 angeordnet sind. Insbesondere ist die Leiteinrichtung 200 derart in dem Turbinengehäuse 120 angeordnet und ausgebildet, dass jeweils eine der Zungenleitschaufeln 221 in Verlängerung zu jeweils einer der Turbinengehäusezungen 127, 129 angeordnet ist, so dass eine strömungstechnische Trennung der Voluten 122, 124 in der Leiteinrichtung 200 (zumindest bis zur Abströmkante der Zungenleitschaufeln 221) fortgeführt wird. Ein radial inneres Ende der jeweiligen Turbinengehäusezunge 127, 129 ist im Wesentlichen bündig mit einem radial äußeren Ende (oder Endabschnitt) der jeweiligen Zungenschaufel 221 angeordnet. Hierdurch kann eine Strömungsleitung von den Voluten 122, 124 in die Leiteinrichtung 200 verbessert werden.
Grundsätzlich kann der Umfangswinkelabschnitt über den die Voluten 122, 124 der Dual-Volute Turbinenanordnung 100 in Umfangsrichtung voneinander getrennt in die Leiteinrichtung 200 einströmen durch eine entsprechende Ausgestaltung der Leiteinrichtung 200, insbesondere durch eine entsprechende Ausgestaltung der Zungenleitschaufeln 221 beibehalten werden. Alternativ können die Zungenleitschaufeln 221 auch derart unterschiedlich ausgebildet sein, dass ein Umfangswinkelabschnitt am Austritt der separierten Fluidströmung von der Leiteinrichtung 200 zum Turbinenrad 140 unterschiedlich von dem Umfangswinkelabschnitt der Fluidströmung von der jeweiligen Volute 122, 124 in den Leitring 200 ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn dadurch die Fluidströmungen entlang unterschiedlicher Umfangswinkelabschnitte von den jeweiligen Zuströmkanalabschnitten auf das Turbinenrad 140 geleitet werden können.
Die Zentrierung erfolgt in dem achten Ausführungsbeispiel einseitig, insbesondere nur lagergehäuseseitig. Genauer gesagt erfolgt die lagergehäuseseitige Zentrierung über die Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110, an der der Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 anliegt (siehe 12A). Die Zentrierfläche 114 ist eine zylinderförmigen Zentrierfläche, insbesondere eine radial nach innen gerichtete zylinderförmige Zentrierfläche. Das heißt der Trägerring 210 bzw. das erste Ringelement 212 ist an der radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche 114 zentriert. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Trägerring 210 über einen Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 an einem Innenumfang der Zentrierfläche 114 zentriert. In alternativen Ausgestaltungen kann die Zentrierung auch über eine Aussparung (nicht dargestellt) im Turbinengehäuse 110 umgesetzt sein. Die Aussparung kann derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Leitschaufeln 220 zumindest teilweise in die Aussparung eingesetzt sind. Über die Anströmkante 222 und/oder die Abströmkante 224 können die Leitschaufeln 220 an einer radial nach innen bzw. radial nach außen gerichteten Fläche der Aussparung anliegen und dadurch zentriert werden. Die Aussparung kann analog zu der oben beschriebenen Aussparung 112 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Zentrierung über die Zentrierfläche 114, könnte die lagergehäuseseitige Zentrierung über das Federelement 230 oder den Hitzeschild 240 umgesetzt sein. Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 bzw. an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen. Weiter alternativ könnte die Zentrierung auch über eine Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310 erfolgen wie oben beschrieben.
Die axiale Verspannung erfolgt in dem achten Ausführungsbeispiel über das Federelement 230 analog zu den beispielhaften Ausführungen der 5A, 6A, 7A und 8A. Das heißt die Turbinenanordnung 100 des achten Beispiels umfasst den Hitzeschild 240 und das Federelement 230. Der Hitzeschild 240 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet. Der Hitzeschild 240 liegt mit einem radial äußeren Bereich an einem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 an. Der radial äußere Bereich des Hitzeschilds 240 ist dabei lagergehäuseseitig axial neben dem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 in axialer Richtung kontaktierend angeordnet. Das Federelement 230 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet. Das heißt, dass der Hitzeschild 240 axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. erstes Ringelement 212, insbesondere radial innerer Bereich des ersten Ringelements 212) und dem Federelement 230 angeordnet ist. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 verspannt mit einem radial äußeren Endbereich den radial äußeren Bereich des Hitzeschilds 240 gegen den radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Hitzeschild 240 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden. In alternativen Ausführungen könnte die axiale Verspannung auch über eine Verschraubung des Trägerrings 210 in dem Turbinengehäuse 110 erfolgen.
In alternativen Ausgestaltungen einer Dual-Volute Turbinenanordnung 100, kann analog zu den beispielhaften Ausführungen der 5A, 6A und 7A ein zweites Ringelement 216 vorgesehen sein.
Die neunte beispielhafte Ausführung zeigt eine Turbinenanordnung 100 mit einer Verdrehsicherung 318 (siehe 13A und 13B). Die Verdrehsicherung 318 ist ausgelegt ein Verdrehen der Leiteinrichtung 200 in Umfangsrichtung 26 im Wesentlichen zu verhindern oder zumindest zu beschränken. Wie insbesondere der Schnittansicht der 13A zu entnehmen ist, umfasst die Leiteinrichtung 200 in dieser neunten beispielhaften Ausführung einen Trägerring 210 mit nur einem ersten Ringelement 212. Das erste Ringelement 212 ist dabei lagergehäuseseitig neben den Leitschaufeln 220 angeordnet. Das erste Ringelement 212 bildet im Wesentlichen die gesamte erste Kanalfläche 134 des Zuströmkanals 130 (alternativ nur einen Großteil der ersten Kanalfläche 134 wie weiter oben beschrieben). Die zweite Kanalfläche 136 des Zuströmkanals 130 wird durch das Turbinengehäuse 110 gebildet. Wie in der siebten beispielhaften Ausführungsform, ist die Leiteinrichtung 200 dieser neunten beispielhaften Ausführungsform integral aus einem Teil hergestellt. Alternativ könnte die Leiteinrichtung 200 auch einstückig, wie oben beschrieben, hergestellt sein.
Die Zentrierung erfolgt in dem neunten Ausführungsbeispiel einseitig, insbesondere nur lagergehäuseseitig. Genauer gesagt erfolgt die lagergehäuseseitige Zentrierung über die Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110, an der der Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 anliegt (siehe 13A). Die Zentrierfläche 114 ist eine zylinderförmigen Zentrierfläche, insbesondere eine radial nach innen gerichtete zylinderförmige Zentrierfläche. Das heißt der Trägerring 210 bzw. das erste Ringelement 212 ist an der radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche 114 zentriert. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Trägerring 210 über einen Außenumfang 214 des ersten Ringelements 212 an einem Innenumfang der Zentrierfläche 114 zentriert. In alternativen Ausgestaltungen kann die Zentrierung auch über eine Aussparung (nicht dargestellt) im Turbinengehäuse 110 umgesetzt sein. Die Aussparung kann derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Leitschaufeln 220 zumindest teilweise in die Aussparung eingesetzt sind. Über die Anströmkante 222 und/oder die Abströmkante 224 können die Leitschaufeln 220 an einer radial nach innen bzw. radial nach außen gerichteten Fläche der Aussparung anliegen und dadurch zentriert werden. Die Aussparung kann analog zu der oben beschriebenen Aussparung 112 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Zentrierung über die Zentrierfläche 114, könnte die lagergehäuseseitige Zentrierung über das Federelement 230 oder den Hitzeschild 240 umgesetzt sein. Dabei kann ein Innenumfang 213 des ersten Ringelements 212 an einem Außenumfang 244 des Hitzeschilds 240 bzw. an einem Außenumfang 234 des Federelements 230 anliegen. Weiter alternativ könnte die Zentrierung auch über eine Steckverbindung 316 mit dem Lagergehäuse 310 erfolgen wie oben beschrieben.
Die axiale Verspannung erfolgt in dem neunten Ausführungsbeispiel über das Federelement 230 analog zu den beispielhaften Ausführungen der 5A, 6A, 7A, 8A und 12A. Das heißt die Turbinenanordnung 100 des neunten Beispiels umfasst den Hitzeschild 240 und das Federelement 230. Der Hitzeschild 240 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad 140 angeordnet und ringförmig ausgestaltet. Der Hitzeschild 240 liegt mit einem radial äußeren Bereich an einem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 an. Der radial äußere Bereich des Hitzeschilds 240 ist dabei lagergehäuseseitig axial neben dem radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212 in axialer Richtung kontaktierend angeordnet. Das Federelement 230 ist lagergehäuseseitig axial neben dem Hitzeschild 240 angeordnet. Das heißt, dass der Hitzeschild 240 axial zwischen der Leiteinrichtung 200 (bzw. erstes Ringelement 212, insbesondere radial innerer Bereich des ersten Ringelements 212) und dem Federelement 230 angeordnet ist. Das Federelement 230 verspannt die Leiteinrichtung 200 bzw. den Trägerring 210 über den Hitzeschild 240 gegen das Turbinengehäuse 110. Das Federelement 230 ist als Tellerfeder ausgebildet. Das Federelement 230 verspannt mit einem radial äußeren Endbereich den radial äußeren Bereich des Hitzeschilds 240 gegen den radial inneren Bereich des ersten Ringelements 212. Somit kann die Leiteinrichtung 200 über den Hitzeschild 240 in axialer Richtung 22 gegen das Turbinengehäuse 110 verspannt werden.
Die Verdrehsicherung 318 ist durch eine Tasche 318a und einen radial in die Tasche 318a greifenden Stift 318b gebildet. In der beispielhaften Ausgestaltung der 13A und 13B, ist die Tasche 318a in eine radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche 114 des Turbinengehäuses 110 vertieft. Der Stift 318b ist an dem Trägerring 210 derart angeordnet und ausgebildet, dass der Stift 318b von einem Außenumfang 214 des Trägerrings 210 radial nach außen in die Tasche 318a greift. Das heißt der Stift 318b erstreckt sich von dem Außenumfang 214 des Trägerrings 210 (bzw. des ersten Ringelements 212) radial nach außen. Wie 13B zu entnehmen ist, ist die Tasche 318a zu einer axial zum Lagergehäuse 310 gerichteten Fläche hin offen ausgestaltet, so dass der Stift 318b (zusammen mit dem Trägerring 210) bei der Montage axial in die Tasche 318a eingeschoben werden kann. Die Tasche 318a und der Stift 318b sind dabei derart dimensioniert, dass ein Einschieben in axialer Richtung 22 ermöglicht und eine relative Verschiebung des Stifts 318b in der Tasche 318a in Umfangsrichtung 26 verhindert oder zumindest minimiert wird. In alternativen Ausgestaltungen kann die Tasche 318a auch in dem Trägerring 210 (bzw. in dem ersten Ringelement 212) und der Stift 318b an dem Turbinengehäuse angeordnet sein. Weiterhin können mehrere Taschen 318a und Stifte 318b vorgesehen sein, die entsprechend in Umfangsrichtung 26 verteilt an dem Trägerring 210 bzw. der Zentrierfläche 114 angeordnet sind, so dass je ein Stift 318b in je eine Tasche 318a greift, um die Leiteinrichtung 200 gegen Verdrehen relativ zum Turbinengehäuse 110 zu sichern.
Die Verdrehsicherung 318 ist selbstverständlich auch mit den anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen kombinierbar. Insbesondere ist die Verdrehsicherung 318 in Kombination mit einer Dual-Volute Turbinenanordnung 100 vorteilhaft.
Auch wenn der Hitzeschild 240 in allen beispielhaften Ausgestaltungen gezeigt ist, ist dieser nicht zwingend notwendig (Zentrierung kann auch alternativ erfolgen). Ist die Leiteinrichtung 200 über das Federelement 230 axial verspannt, kann das Federelement 230 dann ausgelegt sein, direkt die Leiteinrichtung 200 axial gegen das Turbinengehäuse zu verspannen.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Turbinenanordnung (100) für eine Aufladevorrichtung (10) umfassend:
- ein Turbinengehäuse (110) definierend eine Turbinenspirale (120) und einen Turbinenauslass (150),
- ein Turbinenrad (140), das in dem Turbinengehäuse (110) zwischen der Turbinenspirale (120) und dem Turbinenauslass (150) angeordnet ist, und
- eine Leiteinrichtung (200) mit:
  - - einem Trägerring (210), und
  - - mehreren Leitschaufeln (220), die an dem Trägerring (210) in einer vorbestimmten Orientierung fest angeordnet sind,
- wobei die Leiteinrichtung (200) in einem Zuströmkanal (130) zwischen der Turbinenspirale (120) und dem Turbinenrad (140) angeordnet ist, so dass im Betrieb Fluide von der Turbinenspirale (120) durch den Zuströmkanal (130) über die Leitschaufeln (220) auf das Turbinenrad (140) geleitet werden.
2. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 1, wobei die Leiteinrichtung (200) als separates Bauteil ausgebildet ist.
3. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leiteinrichtung (200) in das Turbinengehäuse (110) eingesetzt ist.
4. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leiteinrichtung (200) einstückig ausgebildet ist.
5. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) im Turbinengehäuse (110) zentriert ist.
6. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 5, wobei der Trägerring (210) in axialer Richtung (22) in eine ringförmige Aussparung (112), insbesondere eine Nut, des Turbinengehäuses (110) eingesetzt ist.
7. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 6, wobei der Trägerring (210) ein erstes Ringelement (212) und ein zweites Ringelement (216) umfasst, die axial voneinander beabstandet sind und zwischen denen die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, insbesondere, wobei das zweite Ringelement (216) derart in die ringförmige Aussparung (112) eingesetzt ist, dass sich nur die Leitschaufeln (220) in dem Zuströmkanal (130) befinden.
8. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 7, wobei der Zuströmkanal (130) axial zwischen dem ersten Ringelement (212) und dem zweiten Ringelement (216) zumindest teilweise gebildet ist.
9. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) an einer radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche (114) des Turbinengehäuses (110) zentriert ist.
10. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 9, wobei der Trägerring (210) zumindest ein erstes Ringelement (212) umfasst, an dem turbinengehäuseseitig in axialer Richtung (22) die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, und wobei der Trägerring (210) über einen Außenumfang (214) des ersten Ringelements (212) an einem Innenumfang der Zentrierfläche (114) zentriert ist, und optional, wobei das Turbinengehäuse (110) eine oder mehrere Axialkompensationsaussparungen umfasst, die ausgelegt sind Raum für eine thermische Ausdehnung der Leitschaufeln (220) in axialer Richtung (22) bereitzustellen.
11. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 10, wobei der Trägerring (210) über ein Außengewinde (214a) am Außenumfang (214) des ersten Ringelements (212) mit dem Turbinengehäuse (110) über ein Innengewinde (114a) am Innenumfang der Zentrierfläche (114) verschraubt ist.
12. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) konfiguriert ist über eine Steckverbindung (316), insbesondere über einen oder mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte Bolzen, in einem Lagergehäuse (310) der Aufladevorrichtung (10) zentriert zu werden.
13. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 12, wobei der Trägerring (210) eine oder mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte axiale Bohrungen (215) aufweist, die angeordnet und ausgelegt sind, um über Bolzen mit dem Lagergehäuse (310) verbunden zu werden.
14. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend einen Hitzeschild (240), der lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad (140) angeordnet ist.
15. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 14, wobei der Hitzeschild (240) ringförmig ausgestaltet ist, und optional, wobei der Trägerring (210) an dem Hitzeschild (240) zentriert ist.
16. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 15, wobei der Trägerring (210) zumindest ein erstes Ringelement (212) umfasst, an dem turbinengehäuseseitig in axialer Richtung (22) die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, und wobei ein Innenumfang (213) des ersten Ringelements (212) an einem Außenumfang (244) des Hitzeschilds (240) anliegt.
17. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend ein Federelement (230) das lagergehäuseseitig axial neben dem Trägerring (210) angeordnet und ausgelegt ist, die Leiteinrichtung (200) in axialer Richtung (22) gegen das Turbinengehäuse (110) zu verspannen.
18. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 17, wobei das Federelement (230) als Tellerfeder ausgebildet ist, und optional, wobei der Trägerring (210) an dem Federelement (230) zentriert ist.
19. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 18, wobei der Trägerring (210) zumindest ein erstes Ringelement (212) umfasst, an dem turbinengehäuseseitig in axialer Richtung (22) die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, und wobei ein Innenumfang (213) des ersten Ringelements (212) an einem Außenumfang (234) des Federelements (230) anliegt.
20. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leitschaufeln (220) bis kurz vor das Turbinenrad (140), insbesondere bis zum radial inneren Ende (132) des Zuströmkanals (130) ragen.
21. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leiteinrichtung (200) drei bis dreißig, insbesondere drei bis fünfzehn, bevorzugt vier bis zwölf, bevorzugt fünf bis zehn und besonders bevorzugt sechs bis neun Leitschaufeln (220) umfasst.
22. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leitschaufeln (220) derart in der vorbestimmten Orientierung an dem Trägerring (210) fixiert sind, dass sie Fluide in einer Einströmrichtung (223) unter einem Winkel (a) relativ zur Umfangsrichtung (26) auf das Turbinenrad (140) leiten, wobei der Winkel (a) in einem Bereich zwischen 100° bis 170°, optional zwischen 110° bis 160°, bevorzugt 120° bis 150° und besonders bevorzugt 130° bis 140° liegt.
23. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) ein erstes Ringelement (212) und ein zweites Ringelement (216) umfasst, die axial voneinander beabstandet sind und zwischen denen die Leitschaufeln (220) angeordnet sind.
24. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 23, wobei sich die Leitschaufeln (220) ausgehend von den Ringelementen (212, 216) radial nach innen, insbesondere bis zum radial inneren Ende (132) des Zuströmkanals (130) erstrecken.
25. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 23 oder 24, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 15, wobei der Hitzeschild (240) einen Kanalabschnitt (243) in einem radial äußeren Endbereich aufweist, wobei eine lagergehäusige Seite des Zuströmkanals (130) radial innerhalb des zweiten Ringelements (216) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Kanalabschnitt (243) gebildet wird.
26. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 25, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 17, wobei der Hitzeschild (240) axial zwischen dem Federelement (230) und der Leiteinrichtung (200) angeordnet ist, und wobei das Federelement (230) ausgelegt ist die Leiteinrichtung (200) über den Kanalabschnitt (243) in axialer Richtung (22) gegen das Turbinengehäuse (110) zu verspannen.
27. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 oder 26, wobei der Kanalabschnitt (243) einen U-förmigen Querschnitt mit einem radial äußeren Schenkel und einem radial inneren Schenkel aufweist, und wobei ein Innenumfang (213) des ersten Ringelements (212) an einem Außenumfang (244) des radial äußeren Schenkels des U-förmigen Querschnitts anliegt.
28. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 27, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 17, wobei der Hitzeschild (240) axial zwischen dem Federelement (230) und der Leiteinrichtung (200) angeordnet ist, und wobei das Federelement (230) mit einem radial äußeren Endbereich lagergehäuseseitig in den U-förmigen Querschnitt hineinragt, um somit die Leiteinrichtung (200) über den Kanalabschnitt (243) in axialer Richtung (22) gegen das Turbinengehäuse (110) zu verspannen.
29. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leiteinrichtung (200) einstückig, insbesondere einstückig als Blechteil, ausgebildet ist.
30. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Leiteinrichtung (200) als Blechteil ausgebildet ist, insbesondere wobei die Leiteinrichtung (200) aus einem Blechteil geformt ist.
31. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 22, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 7, wobei sich das erste Ringelement (212) und das zweite Ringelement (216) radial innerhalb und radial außerhalb der Leitschaufeln (220) derart erstrecken, dass sie einen Großteil des Zuströmkanals (130), insbesondere im Wesentlichen den gesamten Zuströmkanal (130) bilden.
32. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 31, wobei das erste Ringelement (212) so ausgebildet ist, dass es zumindest einen Großteil einer ersten Kanalfläche (134) des Zuströmkanals (130) bildet und wobei das zweite Ringelement (216) so ausgebildet ist, dass es zumindest einen Großteil einer zweiten Kanalfläche (136) des Zuströmkanals (130) bildet, die der ersten Kanalfläche (134) axial gegenüberliegt.
33. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 31 oder 32, wobei das erste Ringelement (212) und das zweite Ringelement (216) derart ausgebildet sind, dass sie einen sich radial nach innen verjüngenden Zuströmkanal (130) bilden.
34. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 31 bis 33, wobei das erste Ringelement (212) und das zweite Ringelement (216) derart ausgebildet sind, dass sie einen Zuströmkanal (130) bilden, dessen Verlauf eine Axial- und eine RadialKomponente aufweist.
35. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 22 oder 31 bis 34, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 7, wobei die Turbinenspirale (120) eine erste Volute (122) und eine zweite Volute (124) umfasst, die durch eine Trennwand (126) voneinander strömungstechnisch separiert sind, und wobei der Trägerring (210) weiterhin ein drittes Ringelement (218) umfasst, das derart axial zwischen dem ersten Ringelement (212) und dem zweiten Ringelement (216) angeordnet und ausgebildet ist, dass es in Verlängerung zur Trennwand (126) in den Zuströmkanal (130), insbesondere durch den Zuströmkanal (130) verläuft.
36. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 35, wobei sich das dritte Ringelement (218) von der Trennwand (126) bis zu einem radial inneren Ende (132) des Zuströmkanals (130) erstreckt, so dass der Zuströmkanal (130) in zwei axial benachbarte Zuströmkanalabschnitte (130a, 130b) separiert wird.
37. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) im Turbinengehäuse (110) verschraubt ist.
38. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 37, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 11, insbesondere, wobei der Trägerring (210) nur das erste Ringelement (212) umfasst.
39. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 37 oder 38, wobei der Trägerring (210) an einer turbinengehäuseseitigen Kante am Außenumfang (214) des ersten Ringelements (212) eine umlaufende Fase (214b) aufweist.
40. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 31 bis 39, wobei die Leiteinrichtung (200) einstückig ausgebildet ist, insbesondere wobei die Leiteinrichtung (200) aus einem Gussteil geformt ist.
41. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 31 bis 39, wobei die Leiteinrichtung (200) durch eine Schweißgruppe gebildet ist.
42. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Trägerring (210) und/oder die Leitschaufeln (220) Teile aus vorbekannten Designs, insbesondere aus vorbekannten VTG-Designs, sind.
43. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 42, wobei der Trägerring (210) der bestpassenden VTG Turbine bezüglich ihrer Größe, Schaufelbreite, und/oder Lochkreis ausgewählt ist.
44. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 42 oder 43, wobei der Trägerring (210) und die Leitschaufeln (220) als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet und fügetechnisch, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sind, optional wobei der Trägerring (210) und die Leitschaufeln (220) als ursprünglich separate Bauteile ausgebildet und zusammengeschweißt sind.
45. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 42 bis 44, wobei die Leitschaufeln (220) in der vorbestimmten Orientierung mit dem Trägerring (210) verbunden, insbesondere geschweißt oder gelötet, sind.
46. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 42 bis 44, wobei die Leitschaufeln (220) VTG-Leitschaufeln sind und jeweils einen Zapfen (226) aufweisen, wobei die Leitschaufeln (220) über den jeweiligen Zapfen (226) in entsprechende Bohrungen des Trägerrings (210) in der vorbestimmten Orientierung eingesetzt und starr befestigt, insbesondere verschweißt, sind.
47. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 34 oder 37 bis 46, wobei die Turbinenspirale (120) eine erste Volute (122) und eine zweite Volute (124) umfasst, die strömungstechnisch separiert zwischen einer ersten Turbinengehäusezunge (127) und einer zweiten Turbinengehäusezunge (129) in die Leiteinrichtung (200) münden.
48. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 47, wobei zwei der mehreren Leitschaufeln (220) als Zungenleitschaufeln (221) ausgebildet und benachbart zu den Turbinengehäusezungen (127, 129) angeordnet sind, und optional, wobei ein radial innerer Endabschnitt der zur ersten Turbinengehäusezunge (127) benachbarten Zungenleitschaufel (221) von einem ein radial inneren Endabschnitt der zur zweiten Turbinengehäusezunge (129) benachbarten Zungenleitschaufel (221) in Umfangsrichtung (26) weniger als 180°, insbesondere 175°, beabstandet angeordnet ist.
49. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 48, wobei die Leiteinrichtung (200) derart in dem Turbinengehäuse (120) angeordnet und ausgebildet ist, dass jeweils eine der Zungenleitschaufeln (221) in Verlängerung zu jeweils einer der Turbinengehäusezungen (127, 129) angeordnet ist, so dass eine strömungstechnische Trennung der Voluten in der Leiteinrichtung (200) fortgeführt wird.
50. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 49, wobei ein radial inneres Ende der jeweiligen Turbinengehäusezunge (127, 129) im Wesentlichen bündig mit einem radial äußeren Ende der jeweiligen Zungenschaufel (221) angeordnet ist.
51. Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen 1 bis 10 oder 12 bis 50, weiterhin umfassend eine Verdrehsicherung (318) die ausgelegt ist ein Verdrehen der Leiteinrichtung (200) in Umfangsrichtung (26) im Wesentlichen zu verhindern.
52. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 51, wobei die Verdrehsicherung (318) durch eine Tasche (318a) und einen radial in die Tasche (318a) greifenden Stift (318b) gebildet wird.
53. Turbinenanordnung (100) nach Ausführungsform 52, wobei die Tasche (318a) in eine radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche (114) des Turbinengehäuses (110) vertieft ist, und wobei der Stift (318b) an dem Trägerring (210) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Stift (318b) von einem Außenumfang (214) des Trägerrings (210) radial nach außen in die Tasche (318a) greift.
54. Aufladevorrichtung (10) umfassend:
- eine Verdichteranordnung (320) mit einem Verdichtergehäuse (322) und einem Verdichterrad (324), das rotatorisch in dem Verdichtergehäuse (322) angeordnet ist,
- einem Lagergehäuse (310),
- einer Welle (330), die rotatorisch in dem Lagergehäuse (310) angeordnet ist, und
- einer Turbinenanordnung (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Turbinenrad (140) über die Welle (330) drehbar mit dem Verdichterrad (324) gekoppelt ist.
55. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 54, wenn abhängig von Ausführungsform 17, wobei das Lagergehäuse (310) an einem turbinenseitigen Endbereich (312) einen axialen Vorsprung (314) aufweist, an dem das Federelement (230) und/oder der Hitzeschild (240) gelagert ist.
56. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 54 oder 55, wobei der Trägerring (210) über eine Steckverbindung (316), insbesondere über mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte Bolzen, im Lagergehäuse (310) zentriert ist.
57. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 54 bis 56, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 37, weiterhin umfassend einen Hitzeschild (240), der zwischen das Turbinengehäuse (110) und das Lagergehäuse (310) geflanscht ist.

Bezugszeichenliste

10: Aufladevorrichtung
22: Axiale Richtung
24: Radiale Richtung
26: Umfangsrichtung
100: Turbinenanordnung
110: Turbinengehäuse
112: Aussparung
114: Zentrierfläche
114a: Innengewinde
120: Turbinenspirale
122: Erste Volute
124: Zweite Volute
126: Trennwand
127: Erste Turbinengehäusezunge
129: Zweite Turbinengehäusezunge
130: Zuströmkanal
130a: Erster Zuströmabschnitt
130b: Zweiter Zuströmabschnitt
132: Radial inneres Ende
134: Erste Kanalfläche
136: Zweite Kanalfläche
140: Turbinenrad
140a: Halbaxiales Turbinenrad
150: Turbinenauslass
200: Leiteinrichtung
210: Trägerring
212: Erstes Ringelement
213: Innenumfang erstes Ringelement
214: Außenumfang erstes Ringelement
214a: Außengewinde
214b: Fase
215: Bohrungen
216: Zweites Ringelement
218: Drittes Ringelement
220: Leitschaufeln
220a: Erster Schaufelabschnitt
220b: Zweiter Schaufelabschnitt
221: Zungenschaufel
222: Anströmkante
223: Einströmrichtung
224: Abströmkante
226: Zapfen
230: Federelement
232: Innenumfang Federelement
234: Außenumfang Federelement
240: Hitzeschild
242: Innenumfang Hitzeschild
243: Kanalabschnitt
244: Außenumfang Hitzeschild
310: Lagergehäuse
312: Turbinenseitiger Endbereich
314: Axialer Vorsprung
316: Steckverbindung
318: Verdrehsicherung
318a: Tasche
318b: Stift
320: Verdichteranordnung
322: Verdichtergehäuse
324: Verdichterrad
330: Welle

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 112015000631 T5 [0054]

Claims

Turbinenanordnung (100) für eine Aufladevorrichtung (10) umfassend: ein Turbinengehäuse (110) definierend eine Turbinenspirale (120) und einen Turbinenauslass (150), ein Turbinenrad (140), das in dem Turbinengehäuse (110) zwischen der Turbinenspirale (120) und dem Turbinenauslass (150) angeordnet ist, und eine Leiteinrichtung (200) mit: - einem Trägerring (210), und - mehreren Leitschaufeln (220), die an dem Trägerring (210) in einer vorbestimmten Orientierung fest angeordnet sind, wobei die Leiteinrichtung (200) in einem Zuströmkanal (130) zwischen der Turbinenspirale (120) und dem Turbinenrad (140) angeordnet ist, so dass im Betrieb Fluide von der Turbinenspirale (120) durch den Zuströmkanal (130) über die Leitschaufeln (220) auf das Turbinenrad (140) geleitet werden.
Turbinenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Leiteinrichtung (200) als separates Bauteil ausgebildet ist optional, wobei die Leiteinrichtung (200) in das Turbinengehäuse (110) eingesetzt ist.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiteinrichtung (200) einstückig ausgebildet ist, insbesondere, wobei die Leiteinrichtung (200) aus einem Gussteil, einem Blechteil oder durch eine Schweißgruppe gebildet ist.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerring (210) im Turbinengehäuse (110) zentriert ist und optional, wobei der Trägerring (210) in axialer Richtung (22) in eine ringförmige Aussparung (112), insbesondere eine Nut, des Turbinengehäuses (110) eingesetzt ist.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerring (210) ein erstes Ringelement (212) und ein zweites Ringelement (216) umfasst, die axial voneinander beabstandet sind und zwischen denen die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, insbesondere, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei das zweite Ringelement (216) derart in die ringförmige Aussparung (112) eingesetzt ist, dass sich nur die Leitschaufeln (220) in dem Zuströmkanal (130) befinden.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerring (210) an einer radial nach innen gerichteten zylinderförmigen Zentrierfläche (114) des Turbinengehäuses (110) zentriert ist, und optional, wobei der Trägerring (210) zumindest ein erstes Ringelement (212) umfasst, an dem turbinengehäuseseitig in axialer Richtung (22) die Leitschaufeln (220) angeordnet sind, und wobei der Trägerring (210) über einen Außenumfang (214) des ersten Ringelements (212) an einem Innenumfang der Zentrierfläche (114) zentriert ist,
Turbinenanordnung (100) nach Anspruch 6, wobei der Trägerring (210) über ein Außengewinde (214a) am Außenumfang (214) des ersten Ringelements (212) mit dem Turbinengehäuse (110) über ein Innengewinde (114a) am Innenumfang der Zentrierfläche (114) verschraubt ist.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn zumindest abhängig von Anspruch 5, wobei die Turbinenspirale (120) eine erste Volute (122) und eine zweite Volute (124) umfasst, die durch eine Trennwand (126) voneinander strömungstechnisch separiert sind, und wobei der Leitring (210) weiterhin ein drittes Ringelement (218) umfasst, das derart axial zwischen dem ersten Ringelement (212) und dem zweiten Ringelement (216) angeordnet und ausgebildet ist, dass es in Verlängerung zur Trennwand (126) in den Zuströmkanal (130), insbesondere durch den Zuströmkanal (130) verläuft.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerring (210) konfiguriert ist über eine Steckverbindung (316), insbesondere über mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte Bolzen, in einem Lagergehäuse (310) der Aufladevorrichtung (10) zentriert zu werden.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Hitzeschild (240), der lagergehäuseseitig axial neben dem Turbinenrad (140) angeordnet ist und optional, wobei der Trägerring (210) an dem Hitzeschild (240) zentriert ist.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Federelement (230) das lagergehäuseseitig axial neben der Leiteinrichtung (200) angeordnet und ausgelegt ist, die Leiteinrichtung (200) in axialer Richtung (22) gegen das Turbinengehäuse (110) zu verspannen.
Turbinenanordnung (100) zumindest nach Ansprüchen 10 und 11, wobei der Hitzeschild (240) axial zwischen dem Federelement (230) und der Leiteinrichtung (200) angeordnet ist, und wobei das Federelement (230) ausgelegt ist die Leiteinrichtung (200) über einen radial äußeren Bereich des Hitzeschilds (240) in axialer Richtung (22) gegen das Turbinengehäuse (110) zu verspannen.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7 oder 9 bis 12, wobei die Turbinenspirale (120) eine erste Volute (122) und eine zweite Volute (124) umfasst, die strömungstechnisch separiert zwischen einer ersten Turbinengehäusezunge (127) und einer zweiten Turbinengehäusezunge (129) in die Leiteinrichtung (200) münden, optional, wobei zwei der mehreren Leitschaufeln (220) als Zungenleitschaufeln (221) ausgebildet und benachbart zu den Turbinengehäusezungen (127, 129) angeordnet sind.
Turbinenanordnung (100) nach Anspruch 13, wobei die Leiteinrichtung (200) derart in dem Turbinengehäuse (120) angeordnet und ausgebildet ist, dass jeweils eine der Zungenleitschaufeln (221) in Verlängerung zu jeweils einer der Turbinengehäusezungen (127, 129) angeordnet ist, so dass eine strömungstechnische Trennung der Voluten in der Leiteinrichtung (200) fortgeführt wird.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6 oder 8 bis 14, weiterhin umfassend eine Verdrehsicherung (318) die ausgelegt ist ein Verdrehen der Leiteinrichtung (200) in Umfangsrichtung (26) im Wesentlichen zu verhindern, und optional, wobei die Verdrehsicherung (318) durch eine Tasche (318a) und einen radial in die Tasche (318a) greifenden Stift (318b) gebildet wird.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerring (210) und/oder die Leitschaufeln (220) Teile aus vorbekannten Designs, insbesondere aus vorbekannten VTG-Designs, sind.
Turbinenanordnung (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (220) bis kurz vor das Turbinenrad (140), insbesondere bis zum radial inneren Ende (132) des Zuströmkanals (130) ragen, und optional, wobei die Leitschaufeln (220) derart in der vorbestimmten Orientierung an dem Trägerring (210) fixiert sind, dass sie Fluide in einer Einströmrichtung (223) unter einem Winkel (a) relativ zur Umfangsrichtung (26) auf das Turbinenrad (140) leiten, der optimiert für einen gewünschten Betriebspunkt ist.