DE112013002451T5 - Abgasturbolader - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1), umfassend ein Gehäuse (2), ein Turbinenrad (5) mit Schaufeln (6), ein Verdichterrad (4) mit Schaufel (6), und eine im Gehäuse (2) gelagerte, das Turbinenrad (5) und Verdichterrad (4) verbindende Welle (3), wobei in einem Spalt (7) zwischen dem Gehäuse (2) und zumindest einer Schaufel (6) eine berührungslose Labyrinthdichtung (8) an der Schaufel (6) und dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, wobei die Labyrinthdichtung (8) zumindest eine Kombination aus einer Nut (13) und einem Vorsprung (14) umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Vorbekannte Turbolader weisen in der Regel ein Gehäuse auf, in dem eine Welle gelagert ist. Die Welle verbindet ein Turbinenrad und ein Verdichterrad. Das Turbinenrad sowie das Verdichterrad weisen jeweils mehrere Schaufeln auf. Zwischen den Schaufelspitzen und dem Gehäuse ist ein kleiner Spalt ausgebildet, sodass die Schaufeln berührungslos gegenüber dem Gehäuse bewegt werden können. Jede Schaufel weist eine Saug- und eine Druckseite auf. Über den Spalt zwischen Schaufel und Gehäuse entsteht eine Verlustströmung von der Druckseite zur Saugseite der Schaufel.
• Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Abgasturbolader anzugeben, der bei kostengünstiger Herstellung und Montage möglichst effizient betrieben werden kann.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
• Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Strömung durch den Spalt zwischen Schaufeln und Gehäuse durch eine berührungsfreie Labyrinthdichtung im Bereich der Schaufelspitzen verbessert werden kann. Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung umfasst zumindest eine Kombination aus einer Nut und einem in die Nut ragenden Vorsprung. Entweder die Nut oder der Vorsprung ist an der Schaufel ausgebildet. Das jeweils andere Element ist an der Innenseite des Gehäuses ausgebildet.
• Bevorzugt können auch mehrere Kombinationen aus Vorsprung und Nut verwendet werden. So werden beispielsweise an jeder Schaufel mehrere Vorsprünge und dementsprechend auch im Gehäuse mehrere Nuten ausgebildet. Darüber hinaus ist es auch möglich, an den Schaufeln sowohl Vorsprünge als auch Nuten und entsprechend am Gehäuse Nuten und Vorsprünge auszubilden.
• In besonders bevorzugter Ausführung kommt die Labyrinthdichtung an den Schaufeln des Verdichterrades zum Einsatz. Die größten Drücke am Verdichterrad entstehen im Bereich des Verdichterausgangs. Deshalb wird bevorzugt die Labyrinthdichtung im Bereich des Verdichterausgangs angesetzt.
• Sowohl die Nut als auch der Vorsprung können eine beliebige Geometrie aufweisen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Vorsprung trapezförmig ist. Durch die trapezförmige Ausgestaltung geht die Kontur der Schaufelspitze nicht mit Kanten von 90°, sondern mit einem geringeren Winkel in den Vorsprung über.
• Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung stört den Verluststrom über den Spalt zwischen Schaufel und Gehäuse und reduziert dabei gleichzeitig den ungewollten Rückstrom vom Verdichterausgang.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
• 1 eine schematisch vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
• 2 ein Detail des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
• 3 ein Verdichterrad des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel.
• Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der 1 bis 3 erläutert.
• 1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Abgasturboladers 1. Der Abgasturbolader 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Welle 3 drehbar gelagert ist. Auf der Welle 3 sitzen drehfest ein Verdichterrad 4 und ein Turbinenrad 5. Sowohl das Turbinenrad 5 als auch das Verdichterrad 4 weisen jeweils mehrere Schaufeln 6 auf.
• Das Verdichterrad 4 verdichtet angesaugte Ladeluft hin zu einem Verdichterausgang 9. An einem Turbineneingang 10 strömt Abgas auf das Turbinenrad 5 und treibt somit das Turbinenrad 5, die Welle 3 und das Verdichterrad 4 an.
• Zwischen den Schaufeln 6 und dem Gehäuse 2 ist ein Spalt 7 ausgebildet.
• 2 zeigt einen Ausschnitt des Verdichterrades 4 und des Gehäuses 2 im Detail. Gemäß 2 kann das Gehäuse 2 mehrteilig aufgebaut werden. Zu sehen ist, dass das Gehäuse 2 aus einem Verdichtergehäuse 11 und einem Lagergehäuse 12 zusammengesetzt ist.
• Zur Vermeidung von Verlustströmen im Spalt 7 wird erfindungsgemäß die in 2 gezeigte Labyrinthdichtung 8 verwendet. Die Labyrinthdichtung 8 setzt sich zusammen aus einer Kombination einer Nut 13 und eines Vorsprungs 14 an jeder Schaufel 6. Im gezeigten Beispiel ist die Nut 13 vollumfänglich und durchgehend an der Innenseite des Gehäuses 2, insbesondere des Verdichtergehäuses 11 ausgebildet.
• Der Vorsprung 14 an der Schaufel 6 ist integraler Bestandteil der Schaufel 6. Der Vorsprung 14 ragt in die Nut 13. Dadurch entsteht die berührungslose Labyrinthdichtung 8 entlang des Spalts 7.
• Wie 2 zeigt, ist die Labyrinthdichtung 8 in der dem Verdichterausgang 9 zugewandten Hälfte der Schaufel 6 ausgebildet, da hier die größten Drücke bzw. Druckunterschiede und somit auch Verluste zu erwarten sind.
• 3 zeigt das Verdichterrad 4 mit mehreren Schaufeln 6 im Detail. 3 zeigt, dass der Vorsprung 14 jeweils an einer Schaufelspitze 15 der Schaufeln 6 ausgebildet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Vorsprung 14 trapezförmig. Des Weiteren zeigt 3, dass an jeder Schaufel 6 des Verdichterrades 4 ein Vorsprung 14 ausgebildet ist.
• Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Labyrinthdichtung 8 auch mehrere Vorsprünge 14 und/oder Kombinationen aus Vorsprüngen 14 und Nuten 13 entlang einer Schaufelspitze 15 einer Schaufel 6 aufweisen. Im Gehäuse sind dann entsprechende, komplementäre Nuten 13 und Vorsprünge 14 ausgebildet, sodass jeweils ein Vorsprung 14 in eine Nut 13 ragt.
• Des Weiteren ist es möglich, dass die gezeigte Labyrinthdichtung an den Schaufeln 16 des Turbinenrades 5 angewandt wird.
• Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
• Bezugszeichenliste

1

Abgasturbolader

2

Gehäuse

3

Welle

4

Verdichterrad

5

Turbinenrad

6

Schaufeln

7

Spalt

8

Labyrinthdichtung

9

Verdichterausgang

10

Turbineneingang

11

Verdichtergehäuse

12

Lagergehäuse

13

Nut

14

Vorsprung

15

Schaufelspitze

Claims (8)

1. Abgasturbolader (1), umfassend: – ein Gehäuse (2), – ein Turbinenrad (5) mit Schaufeln (6), – ein Verdichterrad (4) mit Schaufel (6), und – eine im Gehäuse (2) gelagerte, das Turbinenrad (5) und Verdichterrad (4) verbindende Welle (3), dadurch gekennzeichnet, dass – in einem Spalt (7) zwischen dem Gehäuse (2) und zumindest einer Schaufel (6) eine berührungslose Labyrinthdichtung (8) an der Schaufel (6) und dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, wobei die Labyrinthdichtung (8) zumindest eine Kombination aus einer Nut (13) und einem Vorsprung (14) umfasst.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (8) zumindest eine Nut (13) im Gehäuse (2) und einen in die Nut (13) ragenden Vorsprung (14) an der Schaufel (6) und/oder zumindest eine Nut (13) in der Schaufel (6) und einen in die Nut (13) ragenden Vorsprung (14) am Gehäuse (2) umfasst.
3. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (8) mehrere Kombinationen aus Nut (13) und Vorsprung (14) an einer Schaufel (6) umfasst.
4. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) und/oder der Vorsprung (14) an einer Schaufelspitze (15) der Schaufel (6) angeordnet ist.
5. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) und/oder der Vorsprung (14) an jeder Schaufel (6) des Verdichterrades (4) oder Turbinenrades (5) angeordnet ist.
6. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) und/oder der Vorsprung (14) in der einem Verdichterausgang (9) zugewandten Hälfte der Schaufel (6) des Verdichterrades (4) angeordnet ist.
7. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) und/oder der Vorsprung (14) in der einem Turbineneingang (10) zugewandten Hälfte der Schaufel (6) des Turbinenrades (5) angeordnet ist.
8. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) und/oder der Vorsprung (14) trapezförmig ist.

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