DE112021006531T5

DE112021006531T5 - Turbine

Info

Publication number: DE112021006531T5
Application number: DE112021006531.9T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ogilvie; Alan Haigh; Matthew Mills; David Scott; Billy Stylianou
Original assignee: Cummins Ltd
Current assignee: Cummins Ltd
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-10-26
Also published as: GB2602090A; GB202020032D0; US20240060422A1; WO2022129922A1

Abstract

Es wird eine Turbinendosierdichtungsanordnung offenbart. Die Dichtungsanordnung umfasst ein Dichtungselement und eine Leitung. Das Dichtungselement ist dafür konfiguriert, an einer Schnittstelle in ein Turbinengehäuseelement einzugreifen. Die Leitung steht aus dem Dichtungselement hervor, wobei die Leitung mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg definiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinendosierdichtungsanordnung, eine Turbinendosierbaugruppe, eine Turbinenbaugruppe, einen Turbolader, ein Turbinengehäuseelement und zugehörige Verfahren.
Verbrennungsmotoren, wie etwa Dieselmotoren, können Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Partikel und Stickoxidverbindungen (NO_x) in den Auspuff emittieren. Weltweit gibt es eine Anzahl gesetzlicher Vorschriften, die Emissionsstandards regeln, und diese Anforderungen werden immer strenger, insbesondere in Bezug auf Stickoxidemissionen (NO_x). Um NO_x-Emissionen zu verringern, können Motorenhersteller von Abgasrückführung und Selektiver Katalytischer Reduktion (SCR) Gebrauch machen.
Selektive Katalytische Reduktion (SCR) ist eine Abgasnachbehandlung, die dazu verwendet wird, NO_x mithilfe eines Katalysators und eines Reduktionsmittels in weniger reaktive Verbindungen, wie etwa zweiatomigen Stickstoff und Wasser, zu konvertieren. Ein flüssiges Reduktionsmittel wie etwa wasserfreies Ammoniak, wässrigem Ammoniak oder Harnstoff, das gemeinhin als Dieselabgasfluid (DEF) bezeichnet werden kann, wird stromaufwärts vom Katalysator in den Abgasstrom eingespritzt.
Um die Stickoxide des Abgases effektiv zu konvertieren, ist die richtige Menge DEF für die gegebenen Betriebsbedingungen erforderlich, und außerdem muss eine effiziente Vermischung des DEF mit dem Abgasstrom erfolgen.
Es ist bekannt, DEF in den Abgasstrom einer Turbine zu dosieren, wie etwa in einen Dosiertrichter, um NO_x-Emissionen zu verringern. Die bestehenden Lösungen haben jedoch nicht das Leistungsvermögen und/oder die Langlebigkeit, die erwünscht sind. Es besteht die Notwendigkeit, eine alternative Lösung bereitzustellen, die einen oder mehrere der Nachteile bekannter Anordnungen überwindet, unabhängig davon, ob sie in diesem Dokument erwähnt werden oder nicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Turbinendosierdichtungsanordnung bereitgestellt, welche Folgendes umfasst:

ein Dichtungselement, das dafür konfiguriert ist, an einer Schnittstelle in ein Turbinengehäuseelement einzugreifen; und
eine Leitung, die aus dem Dichtungselement hervorsteht, wobei die Leitung mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg definiert.

„Turbinendosierdichtungsanordnung“ bezeichnet eine Dichtungsanordnung, die zur Verwendung mit Dosiersystemen geeignet ist. Das Dosiersystem kann zum Injizieren eines Reduktionsmittelfluids in einen Abgasstrom dienen, der von einem Verbrennungsmotor stammen kann. Der Abgasstrom kann durch einen zentralen Bereich strömen, der durch das Turbinengehäuseelement definiert ist. Das Abgas kann anschließend das Turbinengehäuseelement verlassen, zum Beispiel in einen Abgaskrümmer oder ein Abgasrohr.
Das Dichtungselement ist dafür konfiguriert, an einer Schnittstelle in das Turbinengehäuseelement einzugreifen, sodass eine Leckage von Abgas und/oder Reduktionsmittelfluid über die Schnittstelle hinweg verringert oder beseitigt wird. Das Dichtungselement kann eine einzelne Komponente sein, die dafür konfiguriert ist, an der Schnittstelle in das Turbinengehäuseelement einzugreifen. Alternativ kann das Dichtungselement eine Vielzahl von Komponenten umfassen, von denen eine oder mehrere (optional zusammenwirkend) an der Schnittstelle in das Turbinengehäuseelement eingreifen können. Das Dichtungselement greift mindestens in einen Abschnitt des Turbinengehäuseelements ein und dichtet dieses ab. Der Abschnitt kann sich zum Beispiel dort befinden, wo sich die Leitung durch das Turbinengehäuseelement erstreckt. Das Dichtungselement kann mindestens teilweise die Schnittstelle definieren. Das Dichtungselement kann die Leitung auch tragen. Das Dichtungselement kann länglich sein. Das bedeutet, dass das Dichtungselement länger oder höher als breit sein kann.
Das Turbinengehäuseelement kann zum Beispiel ein Turbinengehäuse oder ein Diffusor sein. In anderen Fällen kann das Turbinengehäuseelement ein Adapterelement sein, d. h. eine Komponente, die zwischen einer Turbine (insbesondere einem Gehäuse davon) und einer stromabwärts gelegenen Leitung bereitgestellt ist. Das Adapterelement kann zum Beispiel zwischen einer Turbine (insbesondere ein Gehäuse davon) und einem Abgaskrümmer oder -rohr eingefügt sein.
Die Schnittstelle bezeichnet eine Begrenzung zwischen dem Dichtungselement und dem Turbinengehäuseelement. Die Schnittstelle kann als eine abdichtende oder fluiddichte Begrenzung beschrieben werden. Die Schnittstelle kann den Bereich zwischen angrenzenden Oberflächen des Dichtungselements und des Turbinengehäuseelements bezeichnen, in dem diese Oberflächen einander berühren. Die Schnittstelle kann als eine Berührungs- oder Eingriffsfläche beschrieben werden. Die Schnittstelle kann zum Beispiel grundsätzlich ringförmig sein (sich zum Beispiel um einen Vorsprung herum oder innerhalb desselben erstrecken). Alternativ kann die Schnittstelle eine beliebige aus einem breiten Spektrum von unterschiedlichen Geometrien aufweisen. Die Schnittstelle kann mindestens teilweise durch eine Oberfläche des Dichtungselements definiert sein. Die Schnittstelle kann mindestens teilweise durch eine Apertur oder Öffnung definiert sein, die im Turbinengehäuseelement (in welches das Dichtungselement eingreift) bereitgestellt ist. Die Schnittstelle kann mindestens teilweise durch einen Kanal oder einen Vorsprung definiert sein, der Bestandteil des Turbinengehäuseelements ist. Die Schnittstelle kann eine geschlossene Schleife bilden (z. B. kann die Schnittstellengeometrie eine geschlossene Form sein, wie etwa ein Kreis oder eine Ellipse).
Die Leitung kann ein Kanal, ein Rohr oder jeglicher andere geeignete Durchgang sein, der zum Transportieren eines Fluids, insbesondere eines Reduktionsmittelfluids, imstande ist. Die Leitung kann als eine einzige, monolithische Struktur ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Leitung aus einer Vielzahl von Abschnitten ausgebildet sein (z. B. kann die Leitung eine Vielzahl von Bestandteilen umfassen). Umfasst die Leitung eine Vielzahl von Abschnitten, so können die Abschnitte aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Zum Beispiel kann ein erster Abschnitt der Leitung aus Metall bestehen und der zweite Abschnitt aus einem flexiblen Material, wie etwa Gummi, hergestellt sein. Die aus dem Dichtungselement hervorstehende Leitung kann eine Leitung sein, die sich in einer ersten Richtung von dem Dichtungselement erstreckt; eine Leitung, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt; oder eine Leitung, die sich sowohl in einer ersten als auch in einer zweiten Richtung von dem Dichtungselement erstreckt. Die Leitung kann sich mindestens teilweise durch das Dichtungselement erstrecken und kann sich über eine gesamte Ausdehnung (z. B. Höhe) des Dichtungselements erstrecken. Die Leitung kann sich über die Schnittstelle hinweg erstrecken.
Der Reduktionsmittelfluid-Weg definiert einen Weg, den flüssiges Reduktionsmittel nehmen kann. Die Leitung definiert mindestens einen Teil dieses Weges. Mit anderen Worten: Der gesamte Fluidweg kann sich über die Leitung hinaus erstrecken, die einen Teil der Turbinendichtungsanordnung bildet. Zum Beispiel kann sich der (gesamte) Reduktionsmittelfluid-Weg von einem Reduktionsmittel-Sammelbehälter durch die Leitung oder durch eine Vielzahl von Leitungen zu einem Auslass (in der Nähe der Turbine) erstrecken. Reduktionsmittelfluid kann also entlang des Fluidwegs von einem Sammelbehälter durch die Leitung oder durch eine Vielzahl von Leitungen zum Auslass fließen, wo es dann in einen Abgasstrom eingespritzt wird. Der Reduktionsmittelfluid-Weg kann sich von einer Komponente oder einem Bereich außerhalb des Turbinengehäuseelements über die Schnittstelle hinweg zum zentralen Bereich erstrecken. Der Auslass kann in der Nähe des zentralen Bereichs angeordnet sein. Reduktionsmittelfluid kann entlang des Reduktionsmittelfluid-Weges aktiv gepumpt werden, z. B. durch eine Pumpe, oder es kann durch die Schwerkraft entlang des Weges fließen (z. B. durch Tropfeinspeisung).
Die Leitung, die mindestens einen Teil des Reduktionsmittelfluid-Weges definiert, ist zum Transportieren von Reduktionsmittelfluid geeignet. Das Reduktionsmittelfluid kann ein flüssiges Reduktionsmittel sein, wie etwa wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, die gemeinhin als Dieselabgasfluid (DEF) bezeichnet werden können. Im Gebrauch kann das Reduktionsmittelfluid durch den Reduktionsmittelfluid-Weg fließen und in Richtung des zentralen Bereichs des Turbinengehäuseelements (in einen Abgasstrom) ausgestoßen werden. Das Reduktionsmittelfluid kann in Richtung eines Turbinenrads ausgestoßen werden. Das Reduktionsmittelfluid kann in Richtung eines Dosiertrichters oder eines Dosierrads ausgestoßen werden, der / das Bestandteil des Turbinenrads sein kann. Nachdem Reduktionsmittelfluid aus der Leitung ausgestoßen oder verdrängt worden ist, kann es durch den Dosiertrichter/das Dosierrad zerstäubt werden. Die Zerstäubung kann die Vermischung des Reduktionsmittels im Abgasstrom erleichtern. Das Reduktionsmittelfluid kann sich auch auf einer Außenfläche der Leitung absetzen, nachdem es aus der Leitung ausgestoßen wurde. Die Leitung kann mit Silber verlötet werden. Silber ist gegenüber Ammoniak inert; daher verringert das Verlöten der Leitung mit Silber die Gefahr, dass die Leitung durch das Reduktionsmittelfluid korrodiert.
Einige Reduktionsmittel, wie etwa Harnstoff, können im Gebrauch Nebenprodukte bilden. Die Nebenprodukte können ätzende Säuren sein. Beispiele für Nebenprodukte sind Isocyansäure und Cyanursäure, Melamin, Ammelin und Ammelid, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Nebenprodukte und der Harnstoff können sich nachteilig auf die Belastbarkeit der Materialien auswirken, aus denen das Turbinengehäuseelement hergestellt ist. Anders ausgedrückt: Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte können Turbinengehäuseelemente (unter anderen Komponenten) aus bestimmten Materialien (zum Beispiel Gusseisen) korrodieren. Vorteilhafterweise verringert das Dichtungselement, das an der Schnittstelle in das Turbinengehäuseelement eingreift, das Korrosionsproblem, indem es den Durchtritt von Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten über die Schnittstelle hinweg verringert oder ganz verhindert. Umstände, unter denen das flüssige Reduktionsmittel und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukt mit Komponenten in Berührung kommen kann, die das Turbinengehäuseelement umgeben, schließen ein, dass der Motor abgestellt und/oder die Turbine geneigt wird (z. B. wenn die Turbine in ein Fahrzeug eingebaut ist).
Die Dichtung verringert vorteilhafterweise die Gefahr, dass das Reduktionsmittelfluid Strukturen korrodiert, die das Turbinengehäuseelement umgeben oder tragen können. Zum Beispiel kann das Turbinengehäuseelement, in welches das Dichtungselement eingreift, ein Diffusor sein. Der Diffusor kann in ein Turbinengehäuse montiert sein. Die Dichtungsanordnung kann im Wesentlichen verhindern, dass Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte mit dem Turbinengehäuse in Berührung kommen, das möglicherweise eher korrodiert als der Diffusor.
Das Dichtungselement und die Leitung können in Kombination mit Turbinengehäuseelementen verwendet werden, die aus bekannten, korrosionsanfälligen Materialien (wie etwa Gusseisen) hergestellt sind. Der Einbau der Turbinendosierdichtungsanordnung kann daher den Einbau von Turbinendosiertechnik zur Verringerung von Emissionen in Turbinengehäuseelementen aus bekannten Werkstoffen erleichtern. Die Turbinendosierdichtungsanordnung verlängert somit die Lebensdauer eines bekannten Turbinengehäuseelements und umgebender Komponenten, indem sie die Korrosion verringert, die andernfalls durch Reduktionsmittelfluid entstehen kann (das wiederum auf den Einbau der Turbinendosiertechnologie zurückzuführen ist). Anders ausgedrückt, die Turbinendosierdichtungsanordnung verringert die Korrosionsgefahr, die andernfalls aufgrund der Einbeziehung der emissionsmindernden Dosiertechnik bestehen kann (und insbesondere deshalb, weil Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten mit gusseisernen Komponenten in Berührung kommt).
Vorteilhafterweise wird, indem durch Verwendung des Dichtungselements die Gefahr des Entweichens von Reduktionsmittelfluid aus einem inneren Bereich des Turbinengehäuseelements verringert wird, der Verbrauch von Reduktionsmittelfluid vermindert und andererseits der Anteil von Stickoxiden, die durch das Reduktionsmittelfluid reduziert werden, erhöht. Außerdem wird auch die Gefahr des Entweichens von Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten verringert.
Das Dichtungselement und/oder die Leitung können austauschbare Komponenten sein. Dies hat den Vorteil, dass die Komponenten während routinemäßiger Wartung, Reparatur und Prüfung einer Turbine ausgebaut und entweder durch dieselbe Komponente oder eine neue Komponente ersetzt werden können.
Das Dichtungselement kann einen Stopfen umfassen, und wobei die Leitung sich von dem Stopfen aus erstreckt.
Mit dem Stopfen ist eine Komponente gemeint, die einen (unerwünschten) Fluidleckageweg mindestens zum Teil oder gänzlich blockiert. Der Leckageweg bezeichnet einen anderen Weg als den Reduktionsmittelfluid-Weg. Der Stopfen, und allgemeiner das Dichtungselement, kann das Entweichen von Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten und/oder Abgasen über die Schnittstelle hinweg verhindern. Der Stopfen kann auch als Stöpsel oder Pfropfen beschrieben werden.
Der Stopfen kann z. B. aus einem metallischen Material gegossen oder geschmiedet sein. Der Stopfen oder mindestens ein Teil davon kann elastisch verformbar sein. Der Stopfen kann mit dem Turbinengehäuseelement durch einen Reibschluss, einen Presssitz, eine Presspassung oder eine beliebige andere ähnliche Passung in Eingriff kommen, die dazu führt, dass der Stopfen formschlüssig mit dem Turbinengehäuseelement in Eingriff kommt. Dies kann geschehen, ohne dass zusätzliche Teile oder Komponenten nötig sind, damit der Stopfen in einer Eingriffsposition bleibt. Davon abgesehen kann der Stopfen in einigen Anordnungen durch eine oder mehrere Halterungen (wie etwa ein Verbindungselement) in seiner Position fixiert oder gehalten werden.
Der Stopfen kann über einem Abschnitt des Turbinengehäuseelements befestigt werden. Der Stopfen kann innerhalb eines Abschnitts des Turbinengehäuseelements befestigt werden. Der Abschnitt kann ein Vorsprung sein, der eine Öffnung umfassen kann.
Umfasst das Dichtungselement einen Stopfen, bedeutet dies vorteilhafterweise, dass das Dichtungselement leicht entfernt und anschließend ausgetauscht werden kann. Außerdem greift der Stopfen jedes Mal, wenn der Stopfen wieder mit dem Turbinengehäuseelement in Eingriff gebracht wird, sicher in das Element ein.
Die vom Stopfen ausgehende Leitung soll die Fälle abdecken, in denen die Leitung von einem Ende oder Abschnitt des Stopfens ausgeht, aber auch, dass sie durch den Stopfen verläuft. Die Leitung kann mehrere Sektionen oder Abschnitte umfassen. Die Verbindung oder Zusammenführung von zwei oder mehr Sektionen oder Abschnitten kann innerhalb des Stopfens erfolgen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, die Gefahr zu verringern, dass Reduktionsmittelfluid auf einer Außenseite oder Oberfläche der Leitung mit dem Turbinengehäuseelement in Berührung kommt und anschließend Korrosion verursacht.
Der Stopfen kann einen Hohlraum zur Sammlung von Fluid umfassen.
Der Hohlraum zur Sammlung von Fluid kann als Fluidhohlraum bezeichnet werden. Das Fluid kann Reduktionsmittelfluid sein, das sich auf einer Außenseite der Leitung abgesetzt oder angesammelt hat. Das Fluid kann sich entlang eines unerwünschten Fluidweges (z. B. eines Leckagewegs) über die Schnittstelle hinweg ausgebreitet haben.
Der Stopfen kann ein erstes Ende umfassen, das in der Nähe der Schnittstelle liegt. Der Stopfen kann ferner ein mit einem Flansch versehenes zweites Ende umfassen, das auch als geflanschter Abschnitt bezeichnet werden kann. Das geflanschte zweite Ende kann dafür konfiguriert sein, in ein anderes, zweites Turbinengehäuseelement einzugreifen (z. B., wenn das erste Turbinengehäuseelement ein Diffusor ist und das zweite Turbinengehäuseelements ein Turbinengehäuse ist). Das geflanschte zweite Ende kann mit dem zweiten Turbinengehäuseelement durch einen Reibschluss verbunden sein und/oder durch mindestens ein Verbindungselement gehalten werden. Das Verbindungselement kann ein Verbindungselement mit Gewinde sein, wie etwa ein Bolzen oder eine Schraube, das bei Bedarf leicht demontiert werden kann. Das geflanschte zweite Ende kann in das zweite Turbinengehäuseelement eingreifen, um dadurch einen Druck auf das zweite Turbinengehäuseelement auszuüben und als Dichtungsbereich zu wirken. Das geflanschte Ende kann auch in das zweite Turbinengehäuseelement eingreifen, um den Stopfen in seiner Eingriffsposition zu halten.
Im Hohlraum gesammeltes Fluid kann beim Entfernen des Stopfens selbst entfernt (z. B. entleert) werden. Alternativ oder in Kombination damit kann der Abgasstrom das Turbinengehäuseelement und das Dichtungselement erhitzen (z. B. auf über 1 000 Grad Celsius) und jegliche Reduktionsmittelflüssigkeit, die sich im Hohlraum des Stopfens befindet, verdampfen oder „abbrennen“.
Daher verringert der den Hohlraum umfassende Stopfen nicht nur die Gefahr, dass Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte die Turbinengehäuseelemente und andere Komponenten korrodieren, sondern die Verdampfung der Reduktionsmittelflüssigkeit ermöglicht auch, dass Reduktionsmittelfluid im Wesentlichen wiederverwendet werden kann. Hingegen wäre das gesammelte Fluid sonst verschwendet worden und man würde Korrosion des Turbinengehäuseelements riskieren.
Der Stopfen kann eine Muffe umfassen.
Die Muffe kann den Hohlraum definieren. Die Muffe kann grundsätzlich konisch oder kegelstumpfförmig sein. Die Leitung kann sich durch die Muffe erstrecken. Die Leitung kann einstückig mit der Muffe ausgebildet sein. Das Dichtungselement kann eine inerte Dichtung umfassen.
Die inerte Dichtung kann mindestens teilweise die Schnittstelle definieren. Die inerte Dichtung kann an einem ersten Ende des Dichtungselements bereitgestellt sein. Unter einer inerten Dichtung versteht man eine Dichtung aus einem Material, das grundsätzlich nicht oder nur in geringem Maße mit Reduktionsmittelfluid, Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten, Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasser (dampfförmig oder flüssig) oder jeglichem anderen Fluid reagiert, das üblicherweise in der Atmosphäre und/oder in Abgasen und/oder Reduktionsmittel-Dosiersystemen vorkommt. Die inerte Dichtung kann ein Dichtungsring, ein O-Ring, eine C-Dichtung oder jegliche andere geeignete Dichtung sein. Die inerte Dichtung kann als eine nachgiebige Dichtung beschrieben werden (z. B. eine elastisch vorgespannte Dichtung, die elastisch zusammengedrückt werden kann).
Ein Vorteil des Bereitstellens einer inerten Dichtung ist, dass die Dichtung korrosionsbeständig ist, wenn ein korrosives Fluid mit der Dichtung in Berührung kommt. Die inerte Dichtung verringert somit die Gefahr, dass das korrosive Fluid zu anderen Teilen des Turbinengehäuseelements oder anderen Komponenten einer Turbine, wie etwa einem gegossenen Turbinengehäuse, gelangt und mit diesen in Berührung kommt.
Die inerte Dichtung kann eine Graphitdichtung sein.
Vorteilhafterweise ist Graphit imstande, hohen Temperaturen zu widerstehen, wie sie etwa von Abgasen erreicht werden. Außerdem weist eine Graphitdichtung ein relativ geringes Kriechverhalten (d. h. Verformung aufgrund anhaltender mechanischer Spannungen) auf und ist beständig gegen Versprödung im Laufe der Zeit, wodurch die Lebensdauer der Turbinendosierdichtungsanordnung verlängert wird.
Die inerte Dichtung kann eine erste Dichtung sein; das Dichtungselement kann ferner eine zweite Dichtung umfassen; und die erste und die zweite Dichtung können voneinander beabstandet sein.
Die zweite Dichtung kann ebenfalls eine inerte Dichtung sein. Die erste und die zweite Dichtung können konzentrische Dichtungen sein (z. B. können sie sich um eine Oberfläche herum erstrecken). Die erste und die zweite Dichtung können entlang einer Achse der Leitung voneinander beabstandet sein. Eine oder beide Dichtungen können mindestens teilweise die Schnittstelle definieren. Jede Dichtung kann in ein entsprechendes Turbinengehäuseelement eingreifen. Zwischen der ersten und der zweiten Dichtung können weitere Dichtungen angeordnet sein.
Eine oder beide Dichtungen können axial und/oder radial zusammengedrückt sein, um einen abgedichteten Eingriff zwischen dem Dichtungselement und dem (jeweiligen) Turbinengehäuseelement bereitzustellen.
Das Dichtungselement kann ein Klemmverschraubungselement umfassen.
Das Klemmverschraubungselement kann dafür konfiguriert sein, mindestens zwei Abschnitte der Leitung, die miteinander in Fluidverbindung stehen, auf im Wesentlichen leckfreie Weise zu fixieren.
Das Klemmverschraubungselement kann eine Kraft auf das Turbinengehäuseelement und/oder auf die Leitung ausüben. Die Kraft kann anpassbar sein, je nach dem Ausmaß des Eingriffs des Klemmverschraubungselements mit einer der Komponenten.
Das Klemmverschraubungselement kann während der Wartung, Reparatur und Prüfung ausgebaut und entfernt und/oder ersetzt werden. Die auf die Leitung und/oder das Turbinengehäuseelement ausgeübte Kraft kann durch Drehen eines Abschnitts des Klemmverschraubungselements eingestellt werden. Ein Abschnitt des Klemmverschraubungselements kann in einer ersten Drehrichtung gedreht werden, um die Kraft zu erhöhen, und in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung, um die Kraft zu verringern.
Man wird anerkennen, dass Bezüge auf Kraft auch als ein über eine Fläche ausgeübter Druck beschrieben werden können.
Das Klemmverschraubungselement kann in einem Abschnitt des Turbinengehäuseelements aufgenommen werden. Das Klemmverschraubungselement kann eine komplementäre Form zu dem entsprechenden Abschnitt des Turbinengehäuseelements aufweisen.
Ein Vorspannelement kann rings um ein Ende oder an einem Ende des Klemmverschraubungselements angeordnet sein. Das Vorspannelement kann zwischen dem Klemmverschraubungselement und einem anderen Teil des Dichtungselements (z. B. einem ersten Abschnitt des Dichtungselements) eingefügt sein.
Das Vorspannelement kann eine Unterlegscheibe sein, vorzugsweise eine konische Spannscheibe. Die Unterlegscheibe ist imstande, hohen Drücken, die mittels der Klemmverschraubung aufgebracht werden können, und hohen Temperaturen standzuhalten.
Das Klemmverschraubungselement kann um einen Schneidring geklemmt werden. Der Schneidring kann um eine Leitung herum bereitgestellt werden. Das Klemmverschraubungselement kann ein Dichtungselement und ein Montageelement umfassen.
Das Klemmverschraubungselement kann eine Bohrung definieren.
Die Leitung kann sich mindestens teilweise durch die Bohrung erstrecken. Die Leitung kann sich vollständig durch die Bohrung erstrecken. Umfasst die Leitung eine Vielzahl von separaten Abschnitten, können die separaten Abschnitte in der Bohrung des Klemmverschraubungselements miteinander verbunden werden. Das Klemmverschraubungselement kann dafür konfiguriert sein, die Abschnitte miteinander abzudichten, um die Gefahr des Entweichens von Fluid in der Leitung zu verringern oder zu verhindern. Das Klemmverschraubungselement kann eine Kraft auf die zwei oder mehr Abschnitte der Leitung ausüben, um das Entweichen von Fluid zu verringern oder zu verhindern.
Das Klemmverschraubungselement kann die Leitung tragen. Das Klemmverschraubungselement hält die Leitung relativ zum Turbinengehäuseelement in Position.
Das Dichtungselement kann mit der Leitung verlötet werden. Insbesondere kann die Leitung in der Bohrung mit dem Klemmverschraubungselement verlötet werden. Das Verlöten des Rohrs mit dem Dichtungselement verringert oder verhindert Leckage durch das Dichtungselement. Das Dichtungselement kann mit dem Turbinengehäuseelement verlötet werden. Das Verlöten des Dichtungselements mit dem Turbinengehäuseelement hält das Dichtungselement in einer feststehenden Position relativ zum Turbinengehäuseelement. Das Verlöten verringert oder verhindert auch die Gefahr, dass entwichenes Reduktionsmittelfluid mit dem Turbinengehäuseelement und anderen Komponenten einer Turbine (die korrosionsanfällig sein können) in Berührung kommt.
Die Bohrung kann Bestandteil der Leitung sein. Wenn die Bohrung Bestandteil der Leitung ist, kann das Fluid direkt durch die Bohrung fließen (z. B. entlang der gebogenen Oberflächen, welche die Bohrung definieren).
Ein erster Abschnitt der Leitung kann relativ zu einem zweiten Abschnitt der Leitung geneigt sein.
Am Einsatzort kann die Leitung sich in Richtung einer Dosierstruktur, wie etwa eines Dosiertrichters oder Dosierrades, erstrecken. Reduktionsmittel aus der Leitung kann in die Dosierstruktur ausgestoßen oder eingespritzt werden, um die Zerstäubung des Reduktionsmittels zu begünstigen. Daher kann mindestens ein Ende der Leitung grundsätzlich in Richtung oder entlang einer Längs- oder Mittelachse abgewinkelt sein. Das mindestens eine Ende der Leitung kann als auf die Dosierstruktur und/oder die Mittelachse gerichtet beschrieben werden.
Damit das Ausstoß- oder Auslassende der Leitung relativ zur Dosierstruktur geneigt ist, kann es zu einem zweiten Abschnitt der Leitung geneigt oder in einem Winkel dazu bereitgestellt sein. In so einem Fall kann das Ausstoß- oder Auslassende der Leitung als ein erster Abschnitt der Leitung bezeichnet werden. Der zweite Abschnitt der Leitung kann in diesem Fall ein Abschnitt der Leitung sein, der in der Nähe der Schnittstelle direkt aus dem Dichtungselement hervorsteht. Dementsprechend kann die Leitung so beschrieben werden, dass sie eine Biegung umfasst und/oder eine Richtungsänderung einbezieht. Die Biegung oder Richtungsänderung kann sich in der Nähe oder an einer ersten Seite der Schnittstelle befinden.
Während der Installation kann der zweite Abschnitt der Leitung zunächst durch eine Öffnung im Turbinengehäuseelement geführt werden. Die Unterbaugruppe kann während des Einbaus gedreht werden, um den Durchgang der gekrümmten Leitung (z. B. des ersten Abschnitts oder eines Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt) durch die Öffnung zu erleichtern. Um die Installation zu erleichtern, kann eine Öffnung einbezogen werden, deren Durchmesser größer als ein Durchmesser der Leitung ist. Das Dichtungselement kann vorteilhafterweise einen größeren Durchmesser als die Leitung aufweisen. Das Dichtungselement kann in der Tat jeglichen zwischen der Leitung und der Öffnung definierten Zwischenraum verschließen, sobald die Unterbaugruppe am Einsatzort ist. Auf diese Weise kann die Öffnung groß genug sein, um zu ermöglichen, dass der gekrümmte Abschnitt der Leitung durch die Öffnung gehandhabt wird, wird aber auch durch das Dichtungselement (an der Schnittstelle) abgedichtet, um das Entweichen von Reduktionsmittelfluid dahindurch zu verringern oder zu verhindern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Turbinendosierbaugruppe für eine Turbine bereitgestellt, wobei die Turbinendosierbaugruppe Folgendes umfasst:

ein Turbinengehäuseelement; und
die Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Das Turbinengehäuseelement kann ein Turbinengehäuse, ein Diffusor oder ein Adapterelement sein. „Adapterelement“ bezeichnet eine Komponente, die zwischen einem Turbinengehäuse und einer Leitung stromabwärts (z. B. einem Abgaskrümmer) bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann das Adapterelement zwischen einem Turbinengehäuse und einem Abgaskrümmer oder -rohr eingefügt sein. Das Turbinenrad kann grundsätzlich von dem Turbinengehäuse umschlossen sein.
Die Turbinendosierdichtungsanordnung kann in mehrere Turbinengehäuseelemente (z. B. ein Turbinengehäuse und einen Diffusor) eingreifen.
Das Turbinengehäuseelement kann einen Vorsprung umfassen; und wobei die Schnittstelle mindestens teilweise durch den Vorsprung definiert sein kann.
Der Vorsprung kann ein hervorstehendes Merkmal sein, das sich von dem Turbinengehäuseelement erstreckt. Der Vorsprung definiert einen verdickten Abschnitt von Material. Der Vorsprung kann einen Kanal umfassen. Der Reduktionsmittelfluid-Weg kann sich durch den Vorsprung erstrecken. Die Leitung kann sich durch den Vorsprung erstrecken.
Vorteilhafterweise stellt der Vorsprung eine größere Oberfläche bereit, in die das Dichtelement eingreifen kann. Der Vorsprung kann grundsätzlich eine zylindrische Form haben. Der Vorsprung kann auch ein Positionierungsmerkmal umfassen, wie etwa eine Aussparung oder Ausbuchtung. Das Dichtungselement kann ein komplementäres Positionierungsmerkmal (wie etwa jeweils eine Ausbuchtung oder Aussparung) umfassen. Die Einbeziehung von einem oder mehreren Positionierungsmerkmalen erleichtert das einfache Positionieren des Dichtungselements in einer erwünschten Ausrichtung, sogar nach der Demontage und dem Wiederzusammenbau der Turbinendosierbaugruppe.
Das Dichtungselement kann in den Vorsprung eingreifen. Das Dichtungselement kann in eine Innenfläche des Vorsprungs und/oder eine Außenfläche des Vorsprungs und/oder ein Ende des Vorsprungs eingreifen.
Ein Abschnitt des Stopfens kann innerhalb des Vorsprungs aufgenommen werden. Der Vorsprung kann dafür konfiguriert sein, ein erstes Ende des Stopfens aufzunehmen. Das erste Ende des Stopfens kann innerhalb des Vorsprungs gehalten werden. Der Stopfen kann abdichtend in eine Oberfläche des Vorsprungs eingreifen. Vorteilhafterweise ist es weniger wahrscheinlich, dass Fluid zwischen dem Stopfen und dem Vorsprung hindurchfließt, oder es wird daran gehindert.
Das Turbinengehäuseelement kann ein erstes Turbinengehäuseelement sein; und ein Abschnitt des Stopfens kann in ein zweites Turbinengehäuseelement eingreifen. Das erste Turbinengehäuseelement kann ein Diffusor sein und das zweite Turbinengehäuseelement kann ein Turbinengehäuse sein, oder umgekehrt. Alternativ kann das erste Turbinengehäuseelement ein Diffusor sein und das zweite Turbinengehäuseelement kann ein Adapterelement sein.
Das erste und das zweite Turbinengehäuseelement können radial voneinander beabstandet sein, sodass zwischen dem ersten und dem zweiten Turbinengehäuseelement ein Spalt ist. Der Spalt kann ein Bypass-Kanal für den Durchgang von Bypass-Gasen sein, wenn die Turbinendosierbaugruppe Bestandteil einer Turbine mit Ladedruckregelung ist. Das erste und das zweite Turbinengehäuseelement können konzentrisch zueinander ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, eine Mittellinie des ersten und zweiten Turbinengehäuseelements kann entlang der (gemeinsamen) Mittelachse angeordnet sein.
Die inerte Dichtung kann zwischen dem Vorsprung und dem Stopfen angeordnet sein. Die inerte Dichtung kann zwischen einem Ende des Vorsprungs und einem Ende des Stopfens bereitgestellt sein. Die Dichtung kann einen Abschnitt des Vorsprungs oder des Dichtungselements umgeben. Die eingesetzte Dichtung kann an dem Dichtungselement befestigt werden, sodass bei der Installation des Dichtungselements die inerte Dichtung zwischen dem Dichtungselement und dem Vorsprung zusammengedrückt wird. Der Vorsprung kann eine Aussparung oder einen Dichtungssitz umfassen, der dafür konfiguriert ist, die Dichtung aufzunehmen.
Das Bereitstellen der Dichtung zwischen dem Vorsprung und dem Stopfen verbessert die Dichtungsfunktion des Dichtungselements weiter, was die Gefahr von Korrosion aufgrund des Entweichens von Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten verringert.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Turbinenbaugruppe bereitgestellt, Folgendes umfassend:

ein Turbinenrad; und
die Turbinendosierbaugruppe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Die Turbine kann Bestandteil eines Turboladers sein. Alternativ kann die Turbine eine Arbeitsturbine sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Turbolader bereitgestellt, Folgendes umfassend:

einen Verdichter;
ein Gehäuselager; und
die Turbinenbaugruppe gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;
wobei die Turbine und der Verdichter in Leistungskommunikation stehen.

Der Turbolader kann ein Turbolader mit fester Geometrie sein. Der Turbolader kann ein Turbolader mit variabler Geometrie sein. Der Turbolader kann ein Turbolader mit Ladedruckregelung sein.
Der Turbolader kann Bestandteil einer Motoranordnung sein. Die Motoranordnung kann Teil eines Fahrzeugs, wie etwa eines Automobils, sein. Die Motoranordnung kann eine statische Anwendung haben, wie etwa in einer Pumpenanordnung oder in einem Generator.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Turbinengehäuseelement für eine Turbine bereitgestellt, wobei das Turbinengehäuseelement Folgendes umfasst:

eine Wand, die sich zwischen einem Einlass und einem axial versetzten Auslass erstreckt, wobei die Wand eine Innenfläche und eine Außenfläche definiert, und
eine Leitung, die dafür konfiguriert ist, Reduktionsmittel aufzunehmen und auszustoßen, wobei die Leitung aus der Innenfläche der Wand hervorsteht und einstückig mit dieser ausgebildet ist;
wobei die Leitung einen Befestigungsabschnitt umfasst, der dafür konfiguriert ist, schraubbar in eine weitere Leitung einzugreifen.

Das Turbinengehäuseelement kann ein Diffusor sein. Wenn der Diffusor eine Leitung umfasst, kann der Diffusor als Reduktionsmittel-Dosierdiffusor bezeichnet werden.
Der axiale Versatz von Einlass und Auslass soll bedeuten, dass der Einlass und der Auslass voneinander getrennt sind. Anders beschrieben: Der Auslass befindet sich stromabwärts vom Einlass. Der Einlass und Auslass beziehen sich auf den Einlass und den Auslass eines Abgasstroms. Die Wand kann die Strömung leiten oder lenken. Die Innenfläche kann als Begrenzung des Abgasstroms beschrieben werden.
Die Leitung kann als Reduktionsmittelfluid-Rohr beschrieben werden. Die Leitung kann dafür konfiguriert sein, Reduktionsmittel von einer Reduktionsmittelquelle aufzunehmen. Im Gebrauch kann die Leitung Reduktionsmittelfluid in Richtung einer Dosierstruktur, wie etwa eines Dosiertrichters oder Dosierrades, ausstoßen.
Der Befestigungsabschnitt kann ein Gewinde sein (z. B. ein Schraubgewinde, das ein Außen- oder Innengewinde sein kann). Der Befestigungsabschnitt kann an einem absoluten Ende (z. B. einem äußeren Ende) der Leitung bereitgestellt sein. Der Befestigungsabschnitt kann an einer Außenseite des Rohrs bereitgestellt sein. Der Befestigungsabschnitt kann an einer Innenseite des Rohrs bereitgestellt sein. Somit kann der Abschnitt ein Innen- oder Außenschraubgewinde sein. Die Leitung kann an einem Vorsprung enden, der sich von der Wand erstreckt. Die Leitung kann sich vollständig durch die Wand erstrecken. Der Befestigungsabschnitt kann als Teil des Vorsprungs bereitgestellt sein (z. B. kann der Vorsprung ein Gewinde umfassen).
Die Leitung kann mit einer Reduktionsmittelzuleitung verbunden sein (die ihrerseits in Fluidverbindung mit einer Reduktionsmittelquelle stehen kann). Die Bereitstellung des Gewindes stellt einen bequemen Mechanismus zum Verbinden und Trennen der Reduktionsmittelzuleitung bereit, (zum Beispiel) während der Installation, Wartung, Reparatur oder Prüfung der Turbinenbaugruppe.
Darüber hinaus kann ein Abschnitt der Leitung relativ zu der Reduktionsmittelzuleitung geneigt sein, wenn die beiden Komponenten miteinander in schraubbarem Eingriff sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Reduktionsmittelzuleitung durch die Wand zu führen und die Reduktionsmittelzuleitung bei der Installation anzuwinkeln. Die Installation wird dadurch vereinfacht.
Die Tatsache, dass die Leitung aus einem Stück mit der Innenfläche der Wand ausgebildet ist, soll heißen, dass Leitung und Innenfläche eine einzige, monolithische Komponente bilden. Es ist möglich, dass kein Fügeprozess erforderlich ist, um das Rohr an der Innenfläche anzubringen. Es kann sein, dass es zwischen der Leitung und der Innenfläche der Wand keine Verbindungslinie gibt.
Die Leitung kann ein Rohr sein. Die Leitung kann ein abgewinkeltes Rohr sein. Die Leitung kann eine äußere Struktur mit einem aerodynamischen Profil, wie etwa eine Tragfläche, aufweisen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm bereitgestellt, das computerausführbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung zu steuern, um eine Turbinendosierdichtungsanordnung, optional gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, oder ein Turbinengehäuseelement gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung herzustellen.
Die Turbinendosierdichtungsanordnung und/oder das Turbinengehäuseelement kann gemäß den obigen Aspekten der Erfindung unter Einbeziehung jeglicher optionalen Merkmale, die im Zusammenhang mit den obigen Aspekten bereitgestellt sind, ausgebildet sein.
Gemäß einem siebenten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Installieren einer Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Drücken des Dichtungselements in Eingriff mit dem Turbinengehäuseelement.

Die Turbinendosierdichtungsanordnung ermöglicht ein einfaches und bequemes Verfahren zum Ineingriffbringen des Dichtungselements mit dem Turbinengehäuseelement.
Das Verfahren kann ferner das Halten des Dichtungselements in diesem Eingriff umfassen. Das Verfahren kann ferner das Befestigen des Dichtungselements mit Verbindungselementen, wie etwa Bolzen, umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Drücken der Leitung mindestens durch einen Abschnitt des Dichtungselements umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Einsetzen der Leitung durch eine im Turbinengehäuseelement bereitgestellte Öffnung und anschließendes Drücken des Dichtungselements in Eingriff mit dem Turbinengehäuseelement (optional, um die Schnittstelle zu definieren) umfassen.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Fertigung einer Turbinendosierdichtungsanordnung oder eines Turbinengehäuseelements mittels additiver Fertigung bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Erlangen einer elektronischen Datei, die eine Geometrie der Turbinendosierdichtungsanordnung oder des Turbinengehäuseelements darstellt; und

Steuern einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, um über einen oder mehrere additive Fertigungsschritte die Turbinendosierdichtungsanordnung oder das Turbinengehäuseelement gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung entsprechend der in der elektronischen Datei festgelegten Geometrie herzustellen;

wobei optional die Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist.

Die Turbinendosierdichtungsanordnung und/oder das Turbinengehäuseelement kann gemäß den obigen Aspekten der Erfindung unter Einbeziehung jeglicher optionalen Merkmale, die im Zusammenhang mit den obigen Aspekten bereitgestellt sind, ausgebildet sein.
Die optionalen und/oder bevorzugten Merkmale für jeden hierin dargelegten Aspekt der Erfindung sind auch auf jegliche anderen Aspekte der Erfindung anwendbar, wo dies angemessen ist.
Nun werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich zu Beispielzwecken unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei diese Folgendes zeigen:

ist eine seitliche Schnittansicht eines bekannten Turboladers mit variabler Geometrie;
ist eine Perspektivansicht eines Teils eines alternativen bekannten Turboladers, der ein Ladedruckregelventil einbezieht;
ist eine Endansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einbezieht;
ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einbezieht;
ist eine seitliche Schnittansicht einer Turbinenbaugruppe, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
ist eine vergrößerte Schnittansicht eines interessierenden Bereichs der Turbinendosierdichtungsanordnung von ; und
ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und ein Turbinengehäuseelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst.

ist eine seitliche Schnittansicht eines bekannten Turboladers mit variabler Geometrie. Der Turbolader umfasst ein Turbinengehäuse 1 (mit variabler Geometrie) und ein Verdichtergehäuse 2, die durch ein zentrales Lagergehäuse 3 miteinander verbunden sind. Eine Welle 4 erstreckt sich vom Turbinengehäuse 1 zum Verdichtergehäuse 2 durch das Lagergehäuse 3. Ein Turbinenrad 5 ist zur Rotation innerhalb des Turbinengehäuses 1 an einem Ende der Welle 4 montiert, und ein Verdichterrad 6 ist zur Rotation innerhalb des Verdichtergehäuses 2 am anderen Ende der Welle 4 montiert. Das Turbinenrad 5 und das Verdichterrad 6 stehen somit in Leistungskommunikation miteinander. Die Welle 4 rotiert um die Turboladerachse 4a auf Lagerbaugruppen, die sich im Lagergehäuse 3 befinden.
Das Turbinengehäuse 1 definiert eine Einlassspirale 7, in die Gas von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) eingeleitet wird. Das Abgas strömt von der Einlassspirale 7 über einen ringförmigen Einlasskanal 9 und das Turbinenrad 5 zu einem axialen Auslasskanal 8. Der Einlasskanal 9 ist auf einer Seite durch eine Stirnfläche 10 einer radialen Wand eines beweglichen ringförmigen Wandelements 11, das gemeinhin als „Düsenring“ bezeichnet wird, und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine ringförmige Wirbelwand 12 definiert, welche die dem Düsenring 11 zugewandte Wand des Einlasskanals 9 bildet. Die Wirbelwand 12 deckt die Öffnung einer ringförmigen Aussparung 13 im Turbinengehäuse 1 ab.
Der Düsenring 11 trägt eine Anordnung von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Einlass-Leitschaufeln 14, deren jede sich über den Einlasskanal 9 erstreckt. Die Leitschaufeln 14 sind so ausgerichtet, dass sie das durch den Einlasskanal 9 strömende Gas in die Rotationsrichtung des Turbinenrads 5 umlenken. Wenn der Düsenring 11 sich in der Nähe der ringförmigen Wirbelwand 12 befindet, ragen die Leitschaufeln 14 durch geeignet konfigurierte Schlitze in der Wirbelwand 12 in die Aussparung 13.
Die Position des Düsenrings 11 wird durch eine Stellantrieb-Baugruppe des in US 5868552 offengelegten Typs gesteuert. Ein Stellantrieb (nicht dargestellt) ist betriebsfähig, um die Position des Düsenrings 11 über eine Stellantrieb-Ausgangswelle (nicht dargestellt) einzustellen, die mit einem Joch 15 verbunden ist. Das Joch 15 wiederum greift in sich axial erstreckende Betätigungsstangen 16 ein, die den Düsenring 11 tragen. Dementsprechend kann durch entsprechende Ansteuerung des Stellantriebs (die z. B. pneumatisch oder elektrisch erfolgen kann) die axiale Position der Stangen 16 und damit des Düsenrings 11 gesteuert werden.
Die Drehzahl des Turbinenrads 5 hängt von der Geschwindigkeit des Gases ab, das den ringförmigen Einlasskanal 9 durchläuft. Bei einem festen Massendurchsatz des in den Einlasskanal 9 strömenden Gases ist die Gasgeschwindigkeit eine Funktion der Weite des Einlasskanals 9, wobei die Weite durch Steuern der axialen Position des Düsenrings 11 einstellbar ist. zeigt den ringförmigen Einlasskanal 9 vollständig geöffnet. Der Einlasskanal 9 kann bis auf ein Minimum geschlossen werden, indem die Stirnfläche 10 des Düsenrings 11 in Richtung der Wirbelwand 12 bewegt wird.
Der Düsenring 11 weist axial verlaufende, radial innere und äußere Ringflansche 17 und 18 auf, die sich in einen im Turbinengehäuse 1 bereitgestellten ringförmigen Hohlraum 19 erstrecken. Innere und äußere Dichtungsringe 20 und 21 sind bereitgestellt, um den Düsenring 11 gegenüber der innerenund. äußeren Ringoberfläche des ringförmigen Hohlraums 19 abzudichten, während ermöglicht wird, dass der Düsenring 11 im ringförmigen Hohlraum 19 gleitet. Der innere Dichtungsring 20 ist innerhalb einer Ringnut gelagert, die in der radial inneren Ringoberfläche des Hohlraums 19 ausgebildet ist, und drückt gegen den inneren Ringflansch 17 des Düsenrings 11. Der äußere Dichtungsring 20 ist innerhalb einer Ringnut gelagert, die in der radial äußeren Ringoberfläche des Hohlraums 19 ausgebildet ist, und drückt gegen den äußeren Ringflansch 18 des Düsenrings 11.
Das von der Einlassspirale 7 zum Auslasskanal 8 strömende Gas strömt über das Turbinenrad 5, und infolgedessen wird ein Drehmoment auf die Welle 4 ausgeübt, um das Verdichterrad 6 anzutreiben. Die Rotation des Verdichterrads 6 innerhalb des Verdichtergehäuses 2 setzt die in einem Lufteinlass 22 befindliche Umgebungsluft unter Druck und liefert die komprimierte Luft an eine Luftauslassspirale 23, von der sie einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) zugeführt wird.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Anmeldung liegt auf der Einbeziehung einer Turbinendosieranordnung stromabwärts vom Turbinenrad und insbesondere auf der Abdichtung der Dosiereinrichtung.
In ist eine Perspektivansicht eines Teils eines alternativen bekannten Turboladers bereitgestellt.
Wie der im Zusammenhang mit beschriebene Turbolader umfasst auch der Turbolader von eine Turbine 50, die ein Turbinengehäuse 52 umfasst. Der Turbolader umfasst ferner einen Verdichter 54 und ein Lagergehäuse 56 (die in nur zum Teil sichtbar sind). Ein grundlegender Unterschied zwischen den bekannten Anordnungen von und besteht darin, dass die in gezeigte Turbine 50 ein Ladedruckregelventil 58 einbezieht. Im Gebrauch wird das Ladedruckregelventil 58 betätigt, um Abgas um ein Turbinenrad 60 herum umzuleiten und dadurch den Massenstrom des Abgases, das über das Turbinenrad 60 entspannt wird, einzustellen. Dies wiederum erleichtert die Steuerung der Drehzahl (z. B. U/min) des Turbinenrads 60.
Wenn das Ladedruckregelventil 58 mindestens teilweise betätigt wird, um dadurch einen Strömungsumleitungskanal zu öffnen, wird der gesamte Abgasstrom in zwei Abgasströme aufgeteilt. Ein erster Strom ist ein Abgasstrom, der über das Turbinenrad 60 ausgedehnt wird. Ein zweiter Strom ist der eines Bypass-Stroms, der das Ladedruckregelventil 58 durchlaufen hat (nachdem er um das Turbinenrad 60 herum umgeleitet worden ist).
ist eine Endansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe 100. Die Turbinenbaugruppe 100 umfasst eine erfindungsgemäße Turbinendosierdichtungsanordnung, von der in nur ein Teil sichtbar ist (und die nachstehend beschrieben wird).
Die Turbinenbaugruppe 100 umfasst eine Turbine 102 und einen Diffusor 104. Die Turbine 102 umfasst ein Turbinengehäuse 106 und ein Turbinenrad 108. Der Diffusor 104 umfasst einen Einlass, der eine erste Querschnittsfläche definiert, und einen stromabwärts gelegenen Auslass, der eine zweite Querschnittsfläche definiert. Die Ansicht in ist in der Nähe des Auslasses aufgenommen. Der Diffusor 104 wird direkt durch das Turbinengehäuse 106 der Turbine getragen und ist darin montiert.
Im Gebrauch rotiert das Turbinenrad 108 um eine Mittelachse (nicht dargestellt) oder ist darum drehbar. Das Turbinenrad 108 umfasst eine Dosierstruktur in Form eines Dosiertrichters 110. Solche Dosiertrichter sind Stand der Technik und werden daher in der vorliegenden Anmeldung nicht ausführlich beschrieben. Kurz gesagt, begünstigt jedoch der Dosiertrichter 110, der im Gebrauch mit dem Turbinenrad 108 rotiert, die Zerstäubung von Reduktionsmittel, das durch das Dosierrohr oder die Leitung 112 ausgestoßen wird. Das zerstäubte Reduktionsmittel wird dann radial nach außen in einen Abgasstrom verteilt.
Die Turbine 102 ist eine Turbine mit Ladedruckregelung. Somit können im Gebrauch zwei Abgasströme durch die Turbinenbaugruppe 100 fließen oder hindurchgehen: ein Primär- oder Kernabgasstrom und ein Bypass- oder Sekundärstrom. Die Ströme können auch als Flüsse beschrieben werden, z. B. als erster und zweiter Fluss. Der primäre Abgasstrom strömt durch den Diffusor 104 (nachdem er über das Turbinenrad 108 ausgedehnt worden ist). Der Bypass-Strom strömt zwischen dem Diffusor 104 und dem Turbinengehäuse 106 (nachdem er über ein Ladedruckregelventil um das Turbinenrad 108 umgeleitet wurde). Der Bypass-Strom ist ein grundsätzlich ringförmiges Strömungsfeld, dessen radiale Ausdehnung in mit 121 angegeben ist. Der Bypass-Strom fließt zwischen einer Wand 122 des Diffusors 104 und dem Turbinengehäuse 106 (insbesondere einer Wand 123, die einen Auslassabschnitt des Turbinengehäuses 106 definiert). Man kann sagen, dass der Bypass-Strom durch einen Bypass-Kanal fließt, der eine grundsätzlich ringförmige Aussparung, oder ein grundsätzlich ringförmiger Hohlraum ist, die / der zwischen einer Außenfläche 122b der Wand 122 des Diffusors 104 und der Wand 123 des Turbinengehäuses 106 definiert ist. Das Bezugszeichen 121, das die radiale Ausdehnung des ringförmigen Strömungsfeldes schematisch darstellt, ist auch ein Bezugszeichen für die radiale Ausdehnung des Bypass-Kanals. Eine Reihe von Öffnungen, von denen eine in mit 124 gekennzeichnet ist, ermöglicht, dass der Bypass-Kanal in Fluidverbindung mit einem Auslass der Turbinenbaugruppe 100 steht. Zum besseren Verständnis sind die Öffnungen verglichen mit den dazwischen liegenden „massiven“ Wandabschnitten schattiert. Die obige Anordnung ist in Verbindung mit einer weiteren Ausführungsform auch in angegeben (einschließlich Bypass-Kanal 409, Diffusor 404, Turbinengehäuse 406, Bypass-Strom 413a,b und Kernstrom 417).
Zurück zu : Das Dosierrohr oder die Leitung 112 ist dafür konfiguriert, Reduktionsmittel aufzunehmen und auszustoßen. Für die Zwecke dieses Dokuments kann das Reduktionsmittel zum Beispiel Dieselabgasfluid (DEF) wie etwa Harnstoff einschließen. Das Reduktionsmittel kann daher flüssig sein. Das Reduktionsmittel erleichtert die Selektive Katalytische Reduktion (SCR), bei der schädliche NO_x-Emissionen in weniger reaktive Verbindungen aufgespalten werden. Man kann sagen, dass das Dosierrohr 112 Reduktionsmittel in flüssiger Form in den Abgasstrom stromabwärts vom Turbinenrad 108 einspritzt. Anders ausgedrückt: Reduktionsmittel wird in einen Abgasstrom eingespritzt, der über das Turbinenrad 108 ausgedehnt worden ist. Insbesondere kann das Dosierrohr 112 einen Strom von flüssigem Reduktionsmittel in Richtung des Dosiertrichters 110 im Turbinenrad 108 leiten. Im Gebrauch begünstigt der Dosiertrichter 110, wenn das Turbinenrad 108 rotiert, die Zerstäubung des flüssigen Reduktionsmittels, das dann radial nach außen in den Abgasstrom verteilt wird. Die Dosierung von Reduktionsmittel stromabwärts von der Turbine 108 ist vorteilhaft, da sich dieser Punkt im System stromaufwärts von den SCR-Katalysatoren befindet.
Es ist zwar bekannt, Reduktionsmittel in einen Dosiertrichter zu dosieren, der in einem Turbinenrad ausgebildet oder an einem Turbinenrad montiert ist, doch gibt es bei den bestehenden Lösungen eine Reihe von Problemen. Zum Beispiel kann bei bestehenden Lösungen ein Rohr durch eine Öffnung im Turbinengehäuse und/oder Diffusor eingeführt werden. Da das Rohr jedoch grundsätzlich zum Turbinenrad hin abgewinkelt sein muss (z. B. L-förmig), ist die Öffnung grundsätzlich länglich. Es kann zu Problemen kommen, wenn unter gewissen Umständen das flüssige Reduktionsmittel oder eine andere Form davon durch die Öffnung an der Außenseite des Rohrs fließt und mit dem Turbinengehäuse aus Metallguss in Berührung kommt. Dies liegt mindestens daran, dass einige flüssige Reduktionsmittel, wie etwa Harnstoff, unerwünschte und korrosive Nebenprodukte bilden können. Diese Nebenprodukten schließen Isocyansäure, Cyanursäure, Ammelin und Ammelid ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Diese Nebenprodukte können korrodierend auf metallische Komponenten (wie etwa Turbinengehäuse) und insbesondere auf gegossene Metallkomponenten wirken. Die in diesem Dokument erwähnten Turbinengehäuse aus Metallguss können Turbinengehäuse aus Gusseisen sein.
Obwohl in nicht dargestellt, empfängt das Dosierrohr 112 Reduktionsmittel von einer externen Reduktionsmittelquelle, wie etwa einem Tank oder Sammelbehälter. Das Reduktionsmittel kann von der externen Quelle durch das Dosierrohr 112 gepumpt werden. Alternativ kann das Reduktionsmittel durch Schwerkraft zugeführt werden, je nach Ausrichtung des Dosierrohrs 112. Man wird anerkennen, dass eine oder mehrere andere Rohre oder Schläuche, wie etwa eine Reduktionsmittelzuleitung, zwischen der Reduktionsmittelquelle und dem Dosierrohr 112 eingefügt sein können.
Zwar ist die in dargestellte Turbine eine Turbine mit Ladedruckregelung, aber man wird anerkennen, dass das Dosierrohr 112 und die Dosierstruktur 110 auch in einer Turbine ohne Ladedruckregelung (z. B. einer Turbine mit fester Geometrie) vorhanden sein können. Mit anderen Worten, das Dosierrohr 112 und die Dosierstruktur 110 können auch in einer Turbine vorhanden sein, in der es keinen Bypass-Abgasstrom gibt. Man wird ferner anerkennen, dass die oben erörterten Probleme, wie etwa durch den Schlitz an der Außenseite des Dosierrohrs fließendes Reduktionsmittel, unabhängig davon auftreten, ob die Turbine ein Ladedruckregelventil umfasst oder nicht. Mit anderen Worten, es ist erwünscht, das Problem des Entweichens von Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukten bei einer Reihe von unterschiedlichen Turbinenarten zu lösen.
ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe 300, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung 350 gemäß der Erfindung umfasst. Die Turbinendosierdichtungsanordnung 350 von , die einfach als Dichtungsanordnung bezeichnet werden kann, ist in einer im Gebrauch befindlichen Anordnung oder in einer installierten Konfiguration in einer Turbine 302 mit Ladedruckregelung dargestellt.
Die Turbine 302 umfasst einen Diffusor 304, ein Turbinengehäuse 306 und einen Spalt oder Bypass-Kanal 309, der zwischen einer Wand 318 (des Diffusors 304) und dem Turbinengehäuse 306 definiert ist. Ein Bypass-Strömungsweg ist schematisch angegeben und mit 303 gekennzeichnet. Ein Kernströmungsweg ist schematisch angegeben und mit 305 gekennzeichnet.
Die Wand 318 des Diffusors 304 definiert ferner einen Vorsprung 315. Der Vorsprung 315 umfasst einen Kanal 317, der dafür konfiguriert ist, dadurch ein Dosierrohr 312 aufzunehmen (in ist das Dosierrohr 312 nur zum Teil sichtbar). Das Dosierrohr 312 erstreckt sich daher durch den Vorsprung 315, insbesondere den Kanal 317 davon, in einen Innenraum 307 des Diffusors 304. Man beachte, dass der Kanal 317 (und damit der Vorsprung 315) als eine Öffnung definierend betrachtet werden kann. Wie oben beschrieben, ist das Dosierrohr 312 dafür konfiguriert, Reduktionsmittel über die Begrenzung des Turbinengehäuses 306 und/oder des Diffusors 304 zu befördern oder zu übertragen und das Reduktionsmittel auszustoßen. Das Reduktionsmittel wird eigens aus dem Dosierrohr 312 in Richtung eines Dosiertrichters ausgestoßen, um in einen (Kern-)Abgasstrom 305 im Diffusor 304 zerstäubt und mit diesem vermischt zu werden.
stellt dar, dass der Kanal 317 größer ist als eine Außenseite des Dosierrohrs 312. Anders ausgedrückt: Bei einem kreisförmigen Kanal (oder einer Öffnung an einer gegebenen Position entlang einer Ausdehnung des Vorsprungs) und einem kreisförmigen Dosierrohr ist der Innendurchmesser des Kanals (oder der Öffnung) größer als der Außendurchmesser des Dosierrohrs. Wie oben erwähnt, erleichtert dies die Installation des Dosierrohrs 312, indem ein Spielraum bereitgestellt ist, um einen nicht linearen (z. B. gekrümmten) Abschnitt des Dosierrohrs 312 durch den Kanal oder die Öffnung 317 zu führen.
Nachdem das Reduktionsmittel aus dem Dosierrohr 312 ausgestoßen worden ist, können jedoch das zerstäubte Reduktionsmittel im Abgasstrom und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte am Dosierrohr 312 und/oder am Diffusor 304 selbst (insbesondere an einer Innenfläche 318a der Wand 318) kondensieren oder sich absetzen. Das kondensierte Reduktionsmittel und/oder die Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte sammeln oder gruppieren sich im Innenraum 307 des Diffusors 304 an einem untersten Punkt der Diffusorwand 318 (grundsätzlich unter Schwerkraft). Ohne die Dichtungsanordnung 350 könnte das Fluid dann durch den Kanal 317 entweichen und mit dem Turbinengehäuse 306 in Berührung kommen. Dies kann zu unerwünschter Korrosion des gusseisernen Turbinengehäuses 306 führen. Überschüssige Reduktionsmittelflüssigkeit und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte könnten nach dem Abstellen des Motors auch an der Außenseite des Dosierrohrs 312 heruntertropfen oder -laufen. Ohne die Dichtungsanordnung 350 könnte dies erneut dazu führen, dass das Fluid mit dem Turbinengehäuse 306 in Berührung kommt und zu Korrosion des gusseisernen Turbinengehäuses 306 führt. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass Bedingungen wie etwa das Abstellen des Motors und, falls die Turbine in ein Fahrzeug einbezogen ist, die Fahrt des Fahrzeugs entweder bergauf oder bergab besonders problematisch für das Entweichen von Fluid durch den Kanal 317 sind (noch einmal, wenn die Dichtungsanordnung 350 nicht einbezogen wäre).
Die Dichtungsanordnung 350 umfasst ein Dichtungselement in Form eines Stopfens 354 und einer Dichtung 357. Der Stopfen 354 umfasst eine Muffe 353. In ist nur ein Abschnitt des Stopfens 354 dargestellt, der für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist, und ein Teil des Stopfens 354 ist verdeckt, wie durch die Wellenlinie 311 angegeben.
Die Dichtungsanordnung 350 ist bereitgestellt, um das gusseiserne Turbinengehäuse 306 vorteilhaft vor Korrosion zu schützen, die durch Reduktionsmittelflüssigkeit und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukt verursacht wird. Die Dichtungsanordnung 350 verhindert im Wesentlichen auch, dass Reduktionsmittelflüssigkeit und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte den Spalt 309 entlang wandern und mit anderen Komponenten der Turbine 302 in Berührung kommen (und diese potenziell korrodieren) können.
Die Muffe 353 ist ein grundsätzlich konischer Körper, der an einem ersten Ende 359 (z. B. in der Nähe des Diffusors 304) offen und an einem zweiten Ende 361 (z. B. vom Diffusor 304 entfernt) geschlossen ist. Das Dosierrohr 312 führt in der dargestellten Ausführungsform durch das Innere der Muffe 353. Das erste Ende 359 der Muffe 353 befindet sich in der Nähe des Vorsprungs 315, wenn das Dichtungselement installiert ist. Das zweite Ende 361 der Muffe 353 ist im installierten Zustand vom Vorsprung 315 entfernt. Das erste Ende 359 der Muffe 353 greift indirekt über die Dichtung 357 in den Vorsprung 315 ein (was nachfolgend beschrieben wird). Die Muffe 353 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt und daher beständig gegenüber Korrosion, beispielsweise durch Reduktionsmittelflüssigkeit und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte.
Die Dichtung 357 ist zwischen dem ersten Ende 359 der Muffe 353 und dem Vorsprung 315 des Diffusors 304 bereitgestellt. Die Dichtung 357 ist eine inerte Dichtung, zum Beispiel eine Graphitdichtung. Die Dichtung 357 ist inert, sodass sie beständig gegenüber Korrosion durch Reduktionsmittelflüssigkeit und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte ist. Die Dichtung 357 ist auch inert gegenüber den relativ hohen Temperaturen, denen sie ausgesetzt ist (die über 1 000 °C betragen können). Außerdem ist die Dichtung 357 insofern eine nachgiebige Dichtung, als sie sich elastisch verformen oder zusammengedrückt werden kann. Die Dichtung 357 kann ansonsten als eine elastisch vorgespannte Dichtung beschrieben werden. Im Gebrauch ist die Dichtung 357 zwischen der Muffe 353 und dem Vorsprung 315 eingelegt oder angeordnet. Die Dichtung 357 ist eine grundsätzlich ringförmige Dichtung. Die Dichtung 357 wird in eine entsprechende Dichtungsaussparung eingesetzt, die am ersten Ende 359 der Muffe 353 bereitgestellt ist. Um den Einbau der Dichtungsanordnung 350 zu erleichtern, kann die Dichtung 357 an der Muffe 353 befestigt werden, sodass das Dichtungselement als eine einheitliche Komponente installiert werden kann. Dort, wo die Dichtung 357 und der Vorsprung 315 einander berühren oder ineinandergreifen, ist eine Schnittstelle definiert. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schnittstelle eine grundsätzlich ringförmige Fläche. Das Dosierrohr 312 erstreckt sich an der Schnittstelle vorbei oder über sie hinweg. Die Schnittstelle definiert einen Punkt, über den hinaus der Durchgang von Fluid im Wesentlichen verhindert wird (mit Ausnahme von Fluid, das entlang dem Dosierrohr 312 oder dahindurch fließt). Man kann daher sagen, dass die Schnittstelle ein äußeres Ende einer Dichtungs-„Zone“ definiert.
In der in dargestellten Ausführungsform sind die Dichtung 357 und die Muffe 353 um eine Außenfläche 319 des Vorsprungs 315 herum bereitgestellt oder erstrecken sich um diese herum. Jedoch können die Dichtung 357 und die Muffe 353 in weiteren Anordnungen auch innerhalb des Kanals 317 des Vorsprungs 315 angeordnet sein. Anders ausgedrückt, kann die Schnittstelle mindestens teilweise durch eine Innenfläche 321 des Vorsprungs 315 definiert sein (z. B. so, dass das Dichtungselement mindestens teilweise innerhalb des Kanals 317 angeordnet ist).
Der Stopfen 354 definiert einen Hohlraum 360. Der Hohlraum 360 dient zum Auffangen von Fluid (und insbesondere zum Auffangen jeglichen Leckagefluids). Der Hohlraum 360 kann daher als Fluidhohlraum bezeichnet werden. Das Dosierrohr 312 erstreckt sich durch den Hohlraum 360. Das Dosierrohr 312 erstreckt sich ferner über den Kanal 317 durch den Vorsprung 315. Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte, die unerwünscht durch den Kanal 317 entweichen, werden im Hohlraum 360 gesammelt. Weil der Hohlraum 360 durch Komponenten aus rostfreiem Stahl oder jeglichem anderen korrosionsbeständigen Material definiert ist, kann das „ausgelaufene“ Fluid im Hohlraum 360 gespeichert werden, um die Gefahr zu verringern, dass es mit dem Turbinengehäuse 306 aus Metallguss in Berührung kommt und dieses korrodiert.
Man wird anerkennen, dass das nach dem Abstellen des Motors Reduktionsmittelfluid im Hohlraum 360 verbleiben kann. Wenn der Motor wieder anspringt, bewirken die Abgase mit hoher Temperatur, die sich durch den Diffusor 304 und den Bypass-Kanal 309 ausbreiten, dass die Temperatur der Muffe 353 steigt und somit jegliches im Hohlraum 360 verbliebenes Fluid abbrennt. Eine solche Verdampfung von gesammeltem Fluid aus dem Hohlraum 360 verringert die Gefahr einer Überfüllung des Hohlraums.
Die Muffe 353 kann einen Presssitz oder eine Presspassung mit dem Turbinengehäuse 306 bilden. Das heißt, die Muffe 353 kann auf das Turbinengehäuse 306 aufgepresst werden. Die Muffe erstreckt sich vom Diffusor 304 durch das Turbinengehäuse 306 und an diesem vorbei, um sicherzustellen, dass Flüssigkeit im Hohlraum 360 nicht mit dem Turbinengehäuse 306 in Berührung kommt. Das zweite Ende 361 der Muffe 353 dichtet den Hohlraum 360 ab.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Turbinengehäuse 306 auch einen Vorsprung 313 definiert. Der Vorsprung 313 wiederum definiert einen Kanal 323. Das Dosierrohr 312 erstreckt sich durch den Kanal 323 und durch den Vorsprung 313. Die Muffe 353 erstreckt sich durch den gesamten Kanal 323. Die Kappe 355 befindet sich in der dargestellten Anordnung außerhalb des Kanals 323 und damit des Vorsprungs 313. Es wird deutlich, dass der Kanal 323 und der Kanal 317 ansonsten als Aussparungen beschrieben werden können. Man wird auch anerkennen, dass der Kanal 323 an einem beliebigen Punkt entlang einer Ausdehnung des Vorsprungs 313 eine Öffnung definieren kann.
Die Dichtungsanordnung 350, wie sie in gezeigt ist, stellt auch ein verbessertes Verfahren zum Zusammenbauen einer Turbinenbaugruppe 300 (welche die Dichtungsanordnung 350 einbezieht) bereit. Zunächst kann der Diffusor 304 in seine Position relativ zum Turbinengehäuse 306 eingepresst oder ein gesteckt werden. Die Dichtung 357 wird dann auf das erste Ende 359 der Muffe 353 platziert oder aufgesetzt (obwohl die Dichtung 357 in weiteren Ausführungsformen auch auf die Außenfläche 319 des Vorsprungs 315 platziert oder aufgesetzt werden kann). Die Muffe 353 wird dann durch den Kanal 323 des Turbinengehäuses 306 und über den Vorsprung 315 in ihre Position gedrückt. Die Dichtung 357 ist dann in Eingriff mit der Muffe 353 und dem Vorsprung 315 (der die Schnittstelle definiert) bereitgestellt und durch diese zusammengedrückt. Die Dichtung 357 wird daher durch die Muffe 353 gehalten. Die Muffe 353 kann auch durch eine Presspassung mit dem Vorsprung 315 oder alternativ durch ein Verbindungselement oder andere Haltemittel gehalten werden. Die Dichtung 357 kann so beschrieben werden, dass sie gegen die Wand 318 des Diffusors 304 gedrückt wird. Das Dosierrohr 312 wird dann durch den Kanal 323, der durch das Turbinengehäuse 306 definiert wird, und den Kanal 317, der durch den Diffusor 304 definiert wird, durch die Muffe 353 eingeführt. Das Dosierrohr 312 wird dann so bewegt, dass ein Ende des Dosierrohrs, das im Diffusor 304 angeordnet ist, auf das Turbinenrad (in nicht sichtbar) gerichtet wird. Damit ist der Kanal 323 verschlossen oder abgedichtet. Das Dosierrohr 312 wird durch die Muffe 353 oder ein anderes Haltemittel gehalten. Das Dosierrohr 312 ist somit innerhalb der Muffe 353 angeordnet (z. B. indem es sich durch diese hindurch erstreckt). Die Muffe 353 kann durch eine Presspassung, ein Verbindungselement oder andere Befestigungsmittel fixiert werden. Man kann sagen, dass die Muffe 353 gegen den oder zu dem Vorsprung 315 gedrückt wird. Der Hohlraum 360 der Muffe 353, in der das Dosierrohr 312 angeordnet ist, verringert die Gefahr einer Beschädigung des Dosierrohrs 312 beim Zusammenbau, da keine nennenswerten Einschubkräfte auf das Dosierrohr 312 aufgebracht werden müssen. Um die Muffe 353 ferner am Vorsprung 313 zu fixieren, kann die Muffe 353 in das Turbinengehäuse 306 (insbesondere in den Vorsprung 313 davon) eingesteckt werden. Das Dosierrohr 312 wird irgendwann beim Zusammenbau an eine Reduktionsmittelzufuhr angeschlossen. Dies kann der letzte Schritt sein (d. h. nachdem alle anderen Komponenten in ihrer Position fixiert worden sind). In einem alternativen Verfahren kann das Dosierrohr 312 vom Innenraum des Diffusors 304 her durch den Kanal 317 eingeführt werden. Das heißt, statt das Dosierrohr 312 radial nach innen in Bezug auf die Drehachse des Turbinenrades einzusetzen, kann das Dosierrohr 312 radial nach außen eingeführt werden. Damit das Dosierrohr 312 auf diese Weise einsetzbar ist, kann das Dosierrohr 312 nichtlinear (z. B. bogenförmig) sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Diffusor 304 einstückig mit dem Turbinengehäuse 306 sein. Daher können in diesen Ausführungsformen die zugehörigen Schritte des Einsetzens des Diffusors 304 in das Turbinengehäuse 306 aus dem oben beschriebenen Verfahren entfallen.
Die Dichtungsanordnung 350 umfasst das Dichtungselement in Form des Stopfens 354 und der Dichtung 357 sowie das Dosierrohr 312. Das Dichtungselement (insbesondere die Dichtung 357) greift in den Diffusor 304, insbesondere den Vorsprung 315 desselben, ein, um eine Schnittstelle dazwischen zu definieren. Die Schnittstelle nimmt die Form einer grundsätzlich ringförmigen Begrenzung oder Berührungsfläche an, die sich um die Außenfläche 319 des Vorsprungs 315 erstreckt. Das Dosierrohr 312 steht aus dem Dichtungselement, insbesondere der Kappe 363 davon, hervor. Das Dosierrohr 312 definiert mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg. Anders ausgedrückt, das Dosierrohr 312 erstreckt sich durch eine Mitte der ringförmigen Schnittstelle. Die Dichtungsanordnung verringert oder verhindert somit vorteilhaft Fluidleckage über die Schnittstelle hinweg, während sie mittels des Dosierrohrs 312 den Fluss von Reduktionsmittel dahindurch ermöglicht. Bei der Anordnung in ist eine weitere Schnittstelle zwischen einer Außenseite der Muffe 353 und einer Innenseite des Vorsprungs 313 des Turbinengehäuses 306 definiert. Das heißt, es wird eine weitere Dichtungsbegrenzung definiert, die Fluidleckage darüber hinweg verringert oder verhindert, während Reduktionsmittelfluid die Dichtungsbegrenzung weiterhin durch das Dosierrohr 312 passieren kann.
In ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe 400 dargestellt, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung 450 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Die Anordnung in hat einige Merkmale mit der in Verbindung mit beschriebenen Ausführungsform gemeinsam.
Zurück zu : Die Turbinenbaugruppe 400 umfasst eine Turbine 402 (in zum Teil sichtbar) und einen Diffusor 404. Die Turbine 402 umfasst ein Turbinengehäuse 406 und ein Turbinenrad 408 (die beide in nur zum Teil sichtbar sind). Das Turbinenrad 408 umfasst einen Dosiertrichter 410 und rotiert um eine Mittelachse 407.
Zwischen dem Diffusor 404 und dem Turbinengehäuse 406 ist ein Spalt oder Bypass-Kanal 409 definiert. Insbesondere kann man sagen, dass der Bypass-Kanal 409 zwischen einer Wand 418, die einen Teil des Diffusors 404 bildet, und einem Auslassabschnitt 403 des Turbinengehäuses 406 definiert ist. Sekundär- oder Bypass-Abgase 413a, b strömen durch den Bypass-Kanal 409. Ein Primär- oder Kern-Abgasstrom 417 strömt durch einen Innenraum des Diffusors 404. Wie in Verbindung mit und beschrieben wurde, sind die Sekundär- oder Bypass-Abgase 413a, 413b diejenigen, die durch ein Ladedruckregelventil um das Turbinenrad 408 herumgeleitet werden. Der Primär- oder Kern-Abgasstrom ist der Abgasstrom, der über das Turbinenrad 408 entspannt wird (und die Rotation des Verdichterrads antreibt [in nicht dargestellt]).
In umfasst die Dichtungsanordnung 450 ein Dichtungselement in Form eines Stopfens 430 und ein Dosierrohr 412. Das Dosierrohr 412 erstreckt sich in Richtung des Dosiertrichters 410 und wird im Dosiertrichter 410 aufgenommen. In der Ausführungsform von werden der Stopfen 430 und das Dosierrohr 412 gleichzeitig installiert. Die Kombination aus Stopfen 430 und Dosierrohr 412 kann als Unterbaugruppe aneinander befestigt werden, bevor die „einzelne“ kombinierte Unterbaugruppe dann in der Turbinenbaugruppe 400 installiert wird. Diese Befestigung kann durch Löten, Schweißen oder einen anderen Befestigungsprozess erfolgen, der für die hohen Temperaturen geeignet ist, welche die umgebenden Abgase in Betrieb erreichen.
Der Stopfen 430 greift abdichtend in das Dosierrohr 412 ein, wodurch er verringert oder verhindert, dass Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte, die an einer Außenfläche des Dosierrohrs 412 vorhanden sein können, in den Stopfen 430 eindringen (z. B. indem sie zwischen dem Stopfen 430 und dem Dosierrohr 412 hindurchgelangen).
Während der Installation wird das Dosierrohr 412 durch Kanäle 419, 421 sowohl in das Turbinengehäuse 406 als auch in den Diffusor 404 eingeführt. Der Kanal 421, der im Diffusor 404 definiert ist, wird eigens durch einen in der Wand 418 definierten Vorsprung 415 hindurch bereitgestellt. Man kann sagen, dass der Kanal 412 eine Öffnung entlang einer Ausdehnung des Vorsprungs 415 definiert. In ähnlicher Weise kann man sagen, dass der Kanal 419 im Turbinengehäuse 406 eine Öffnung entlang einer Ausdehnung des Kanals 419 definiert. Der Kanal 419 des Turbinengehäuses 406 kann so beschrieben werden, dass er durch einen Vorsprung 429 hindurch bereitgestellt ist, der im Turbinengehäuse 406 definiert ist. Vorzugsweise werden das Dosierrohr 412 und der Stopfen 430 gleichzeitig als eine „Unterbaugruppe“ installiert.
Das Dosierrohr 412 umfasst eine Biegung oder Richtungsänderung. Das Dosierrohr 412 kann daher als L-förmig oder nicht-linear angesehen werden. Eine solche Geometrie erleichtert die Richtung von Reduktionsmittelfluid aus dem Rohr zum Dosiertrichter 410. Wie im Zusammenhang mit früheren Ausführungsformen beschrieben, ist die Öffnung 412 der Diffusorwand 418 groß genug, um die Biegung im Dosierrohr 412 beim Einführen des Dosierrohrs 412 durch die Öffnung 421 aufzunehmen. Die Öffnung 421 kann daher eine längliche Öffnung sein. Wie im Zusammenhang mit früheren Ausführungsformen beschrieben, kann der Spielraum, der dafür da ist, das Einführen des nichtlinearen Dosierrohrs 412 durch die Öffnung 421 zu erleichtern, auch ein Leckageweg sein. Dieser Leckageweg könnte ohne die erfindungsgemäße Einbeziehung einer Dichtungsanordnung 450 eine Korrosion des Turbinengehäuses aus Metallguss begünstigen.
Die Dichtungsanordnung 450 ist bereitgestellt, um die Gefahr zu verringern, dass korrosive Flüssigkeiten, wie etwa korrosive Nebenprodukte, die aus Reduktionsmittelfluid entstanden sind, mit dem gusseisernen Turbinengehäuse 406 in Berührung kommen und dieses korrodieren. Dies wird erreicht, während über das Dosierrohr 412 weiterhin ein Fluidweg bereitgestellt ist, durch den Reduktionsmittelfluid in einen Abgasstrom stromabwärts vom Turbinenrad 408 dosiert oder eingespritzt werden kann.
Wie oben erwähnt, umfasst die Dichtungsanordnung 450 den Stopfen 430 und das Dosierrohr 412. Der Stopfen 430 ist grundsätzlich ein massiver Körper, abgesehen von einer Bohrung 423. Der Stopfen 430 umfasst äußere Enden 425, 427, die als ein erstes und zweites Ende beschrieben werden können. Das äußere Ende 425 liegt in der dargestellten Ausführungsform dem äußeren Ende 427 gegenüber. Die Bohrung 423 erstreckt sich zwischen den äußeren Enden 425, 427 des Stopfens 430 und definiert eine grundsätzlich zylindrische Aussparung durch den Stopfen 430. Die Bohrung 423 kann als eine zentrale Bohrung beschrieben werden.
Das Dosierrohr 412 kann als eine Leitung beschrieben werden. Das Dosierrohr 412 erstreckt sich durch die Bohrung 423. In der Ausführungsform von erstreckt sich das Dosierrohr 412 durch die gesamte Bohrung 423. Das heißt, dass das Dosierrohr 412 aus beiden äußeren Enden 425, 427 des Stopfens 430 hervorsteht. In weiteren Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann es sein, dass das Dosierrohr 412 sich nur durch einen Abschnitt der Bohrung 423 des Stopfens 430 oder gar nicht durch die Bohrung 432 erstreckt (z. B. kann es einfach in Fluidverbindung mit der Bohrung 432 stehen). In weiteren Ausführungsformen kann das Dosierrohr 412 einstückig mit dem Stopfen 430 ausgebildet sein. Solche Ausführungsformen können zum Beispiel durch additive Fertigung hergestellt werden.
Eine inerte Dichtung in Form einer Graphitdichtung 435 ist ebenfalls Bestandteil der Dichtungsanordnung 450. Die Graphitdichtung 435 kann als eine erste Dichtung bezeichnet werden. Die Graphitdichtung 435 ist in der Nähe des ersten Endes des Stopfens 430 bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Graphitdichtung 435 ein O-Ring, aber man wird anerkennen, dass auch andere Dichtungsarten und -geometrien verwendet werden können. Die Graphitdichtung 435 ist zwischen dem Stopfen 430 und dem Kanal 421 (insbesondere einer Innenfläche des Vorsprungs 415, der den Kanal 421 definiert) des Diffusors 404 angeordnet. Daher stellt die Graphitdichtung 435 eine Dichtung zwischen dem Stopfen 430 und dem Kanal 421 des Diffusors 404 bereit. Die Graphitdichtung 435 definiert somit die Schnittstelle zwischen dem Dichtelement (z. B. dem Stopfen 430 und der Graphitdichtung 435) und dem Diffusor 404. Die Graphitdichtung 435 ist sowohl korrosionsbeständig als auch für die Verwendung in Umgebungen mit hohen Temperaturen (wie etwa denen, die in der Turbinenbaugruppe 400 anzutreffen sind) geeignet. Die Graphitdichtung 435 ist daher beständig gegen Korrosion durch Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte, wodurch die Gefahr verringert wird, dass diese Fluide mit dem Turbinengehäuse 406 in Berührung kommen und es korrodieren. Die Graphitdichtung 435 kann eine nachgiebige Dichtung sein, die zwischen dem Stopfen 430 und dem Diffusor 404 zusammengedrückt wird. Die Graphitdichtung 435 kann in eine entsprechende Aussparung im Stopfen 430 eingesetzt werden.
Eine zweite Dichtung 437 ist in der Nähe des zweiten Endes 427 des Stopfens 430 bereitgestellt. Die zweite Dichtung 437 ist zwischen dem Stopfen 430 und dem Turbinengehäuse 404 angeordnet. Die Dichtungsanordnung 450 umfasst ferner eine zweite Dichtung 437. Die zweite Dichtung 437 ist eine C-Dichtung (z. B. mit einem Querschnitt in Form eines „C“), kann aber auch jede andere geeignete Dichtung sein, wie etwa eine O-Ring-Dichtung. Die zweite Dichtung 437 ist bereitgestellt, um Gasleckagen zu verringern oder zu verhindern, insbesondere das Entweichen von Bypass-Abgas 413a, b aus dem Bypass-Kanal 409 über den durch den Vorsprung 429 definierten Kanal. Weil das Bypass-Abgas 413a, b im Bypass-Kanal 409 kein darin zerstäubtes Reduktionsmittelfluid aufweist, muss die zweite Dichtung 437 möglicherweise nicht so korrosionsbeständig sein wie die Graphitdichtung 435. Die zweite Dichtung 437 muss daher nicht aus Graphit ausgebildet sein. Dennoch sollte die zweite Dichtung 437 imstande sein, hohen Temperaturen, z. B. über 1 000 °Celsius, standzuhalten, ohne zu versagen.
Der Stopfen 430 umfasst ferner einen geflanschten Abschnitt 439. Der geflanschte Abschnitt 439 ist am zweiten Ende 427 des Stopfens 430 angeordnet. Der geflanschte Abschnitt 439 ist dafür konfiguriert, bündig an einer nahen Außenfläche des Turbinengehäuses 406, insbesondere an einer Außenfläche des Vorsprungs 429 davon, anzuliegen. Der geflanschte Abschnitt 439 ist dafür konfiguriert, in das Turbinengehäuse 406, insbesondere in dessen Vorsprung 429, einzugreifen. Der geflanschte Abschnitt 439 und allgemeiner die Dichtungsanordnung 450 wird durch eine Vielzahl von Verbindungselementen 441, 443 (von denen in nur zwei sichtbar sind) in seiner Position fixiert.
Der geflanschte Abschnitt 439 dient mehreren Zwecken. Eine erste Funktion besteht darin, dass der geflanschte Abschnitt 439 erleichtert, den Stopfen 430 in seiner Einsatzkonfiguration zu fixieren. Anders ausgedrückt: Der geflanschte Abschnitt 439 kann in Kombination mit den Verbindungselementen 441, 443 verwendet werden, um den Stopfen 430 in einer installierten Position (wie der in gezeigten) zu fixieren. Die Turbinenbaugruppe 400 unterliegt im Gebrauch verschiedenen Vibrationen. Den Flanschabschnitt 439 am Turbinengehäuse 406 zu fixieren, verringert die Gefahr, dass der Stopfen 430 sich löst, was andernfalls dazu führen könnte, dass die Graphitdichtung 435 keine sichere Dichtung bildet und korrosives Fluid aus dem Diffusor 404 durch das Turbinengehäuse 406 entweicht. Der geflanschte Abschnitt 439 stellt auch eine zusätzliche Barriere bereit, um Abgasleckagen zu verhindern, falls Abgas durch die zweite Dichtung 437 entweicht. Der geflanschte Abschnitt 439 verringert daher die Gefahr, dass Abgase aus dem Turbinengehäuse 406 entweichen. Der geflanschte Abschnitt 439 stellt außerdem eine robuste und ziemlich große Oberfläche bereit, welche die Installation der Dichtungsanordnung 450 erleichtert. Zum Beispiel könnte eine Druckkraft gefahrlos auf den Abschnitt 439 des Flansches ausgeübt werden, ohne Schäden an den empfindlicheren Teilen der Dichtungsanordnung 450 zu riskieren.
Der geflanschte Abschnitt 439 kann durch ein oder mehrere Verbindungselemente am Turbinengehäuse 406 fixiert werden. Die Verbindungselemente können Schrauben, Bolzen, Nieten, geschweißte Abschnitte oder jedes andere geeignete Mittel zur Befestigung oder Fixierung sein. Vorzugsweise ist das Verbindungselement ein abnehmbares oder austauschbares Verbindungselement, sodass die Dichtungsanordnung 450 austauschbar von der Turbinenbaugruppe 400 entfernt werden kann. Dies ist besonders nützlich, wenn die Komponenten der Turbinenbaugruppe 400 geprüft oder Einzelteile ersetzt werden. Die in gezeigten Verbindungselemente 441, 443 sind Bolzen. Die Bolzen fixieren den geflanschten Abschnitt 439 am Turbinengehäuse 406. Die Verbindungselemente halten somit den Stopfen 430 und das Rohr 412 in ihrer erwünschten Position. Die Dichtungen 437 verringern die Gefahr von Fluidleckagen am oder über den geflanschten Abschnitt 439.
Ein Außenprofil des Stopfens 430 definiert eine Vielzahl von Stufen. Jede Stufe umfasst einen ersten und einen zweiten Abschnitt, die grundsätzlich orthogonal zueinander sind. Die Stufen des Stopfens 430 können in komplementäre Stufen des Turbinengehäuses 406 und/oder des Diffusors 404 (und insbesondere in den Innenraum von Vorsprüngen 429, 415 derselben) eingreifen. Die komplementären Stufen tragen dazu bei, Abgasleckage aus dem Diffusor 404 oder dem Bypass-Kanal 409 weiter abzumildern. Der Stopfen 430 kann so beschrieben werden, dass er eine abgestufte Geometrie aufweist. Der geflanschte Abschnitt 439 kann eine breiteste Stufe definieren, wobei nachfolgende Stufen kleiner sind als der geflanschte Abschnitt 439. Die Stufen können ein sich grundsätzlich verjüngendes Außenprofil des Stopfens 430 definieren (z. B. kann ein Außendurchmesser des Stopfens 430 sich vom zweiten Ende 427 zum ersten Ende 425 hin allmählich verringern).
Der Stopfen 430 kann ein oder mehrere Positionierungsmerkmale umfassen (in nicht gezeigt). Diese Positionierungsmerkmale können die Form von Aussparungen und/oder Ausbuchtungen annehmen, die durch eine Außenfläche oder ein Profil des Stopfens 430 definiert sind. Das Turbinengehäuse 406 und/oder der Diffusor 404 können auch ein oder mehrere komplementäre oder zusammenwirkende Positionierungsmerkmale umfassen (in ebenfalls nicht gezeigt). Die komplementären oder zusammenwirkenden Positionierungsmerkmale können die Form von Vorsprüngen und/oder Aussparungen (nicht gezeigt) annehmen. Derartige Positionierungsmerkmale erleichtern die korrekte Ausrichtung der Dichtungsanordnung 450 relativ zum Turbinengehäuse 406 und/oder zum Diffusor 404 während der Installation und am Einsatzort.
Die Dichtungsanordnung 450 umfasst das Dichtungselement in Form des Stopfens 430 und der Dichtungen 435, 437 sowie das Dosierrohr 312. Das Dichtungselement (insbesondere die Dichtung 435) greift in den Diffusor 404 ein, insbesondere in den Vorsprung 415 davon, um eine Schnittstelle dazwischen zu definieren. Die Schnittstelle nimmt die Form einer grundsätzlich ringförmigen Begrenzung oder Berührungsfläche an, die sich um eine Innenfläche des Vorsprungs 415 erstreckt. Das Dosierrohr 412 steht aus dem Dichtungselement hervor. Das Dosierrohr 412 definiert mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg. Anders ausgedrückt, das Dosierrohr 412 erstreckt sich durch eine Mitte der ringförmigen Schnittstelle. Die Dichtungsanordnung 450 verringert oder verhindert somit vorteilhaft Fluidleckage über die Schnittstelle hinweg, während sie mittels des Dosierrohrs 412 den Fluss von Reduktionsmittel dahindurch ermöglicht. In der Anordnung von ist eine weitere Schnittstelle zwischen dem Stopfen 430 und einer Innenseite oder Innenfläche des Vorsprungs 415 des Turbinengehäuses 406 definiert. Das heißt, es ist eine weitere Dichtungsbegrenzung definiert, die Fluidleckage darüber hinweg verringert oder verhindert, während Reduktionsmittelfluid die Dichtungsbegrenzung weiterhin durch das Dosierrohr 412 passieren kann.
ist eine seitliche Schnittansicht einer Turbinenbaugruppe 500, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung 550 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. ist eine vergrößerte Schnittansicht der Turbinendosierdichtungsanordnung 550 gemäß .
Die Turbinenbaugruppe 500 umfasst eine Turbine 502 und einen Diffusor 504. Die Turbine 502 umfasst ein Turbinengehäuse 506 und ein Turbinenrad 508. Das Turbinenrad 508 umfasst einen Dosiertrichter 510. Das Turbinenrad 508 rotiert um eine Mittelachse 505.
Die in gezeigte Turbinenbaugruppe 500 unterscheidet sich von den in den bis dargestellten Ausführungsformen mindestens dadurch, dass es zwischen dem Turbinengehäuse 506 und dem Diffusor 504 keinen Spalt oder Bypass-Kanal gibt. Tatsächlich wird der Diffusor 504 im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen nicht „im“ Turbinengehäuse 506 aufgenommen. Stattdessen greift das Turbinengehäuse 506 im Wesentlichen axial in den Diffusor 504 ein (z. B. stehen das Turbinengehäuse 506 und der Diffusor 504 nur Ende an Ende in Eingriff). Somit ist die Turbinenbaugruppe 500 in keine Turbine mit Ladedruckregelung, sondern eine Turbine mit fester Geometrie. Dennoch werden Fachleute erkennen, wie die nachstehend erläuterte Dichtungsanordnung 550 alternativ bei einer Turbine mit Ladedruckregelung (zum Beispiel) angewendet werden könnte.
Der Diffusor 504 ist am Gehäuse 506 der Turbine mittels einer Bandschelle 507, wie etwa eine Mannan-Schelle, fixiert, die sich um die Mittelachse 505 erstreckt. Insbesondere zieht die Bandschelle 507 jeweilige Flansche 509, 511 des Turbinengehäuses 506 und des Diffusors 504 in Eingriff miteinander.
Wie bei den vorherigen Ausführungsformen umfasst die Dichtungsanordnung 550 ein Dosierrohr 512 und ein Dichtungselement. In ähnlicher Weise umfasst der Diffusor 504 eine Wand 503, in der ein Vorsprung 515 bereitgestellt ist. Der Vorsprung 515 definiert einen Kanal 517, der so betrachtet werden kann, dass er eine Öffnung definiert. Während der Installation wird das Dosierrohr 512 durch den Kanal 517 eingeführt (z. B. an der Wand 503 vorbei), sodass es in einen Innenraum des Diffusors 504 ragt. Das Dosierrohr 512 ist zum Turbinenrad 508 hin abgewinkelt und wird durch den Dosiertrichter 510 aufgenommen. Der Kanal 517 ist daher ausreichend groß, damit das nichtlineare Dosierrohr 512 dahindurch aufgenommen werden kann. Der um die Außenseite des Dosierrohrs 512 vorhandene Spielraum zwischen der Außenseite und der in der Wand 503 bereitgestellten Öffnung könnte einen Leckageweg über die Wand 503 hinweg bereitstellen, wenn nicht die Dichtungsanordnung 550 einbezogen wäre. Dieser Weg könnte sonst zur unerwünschten Korrosion umgebender Komponenten führen. Die Komponenten, welche die Dichtungsanordnung 550 bilden, werden nachstehend in Verbindung mit ausführlicher beschrieben.
ist eine vergrößerte seitliche Schnittansicht der Dichtungsanordnung 550 aus .
Die Dichtungsanordnung 550 umfasst das Dichtungselement in Form eines Stopfens 530 und eines Klemmverschraubungselements 531. Der Stopfen 530 greift an einer Schnittstelle in den Diffusor 504 ein, insbesondere in den Kanal 517 des Vorsprungs 515 desselben. Dieser Eingriff verringert das Entweichen von Fluid an der Schnittstelle vorbei sehr oder verhindert es. Insbesondere ist der Stopfen 530 in einem engeren Abschnitt 517a des Kanals 517 angeordnet. Das Dosierrohr 512 erstreckt sich durch den Stopfen 530 und reicht in der dargestellten Ausführungsform nicht in das Klemmverschraubungselement 531 hinein. Das Dosierrohr 512 ist fest mit dem Stopfen 530 verbunden.
Das Klemmverschraubungselement 531 ist teilweise in einem breiteren Abschnitt 517b des Kanals 517 angeordnet. Das Klemmverschraubungselement 531 definiert eine Bohrung 570, die als zentraler Kanal bezeichnet werden kann. Das Klemmverschraubungselement 531 ermöglicht es, eine zweite Leitung 514, die ein flexibler Schlauch, wie etwa ein Gummirohr oder eine Gummiröhre, sein kann, in Fluidverbindung mit dem Dosierrohr 512 bereitzustellen, ohne dass Fluid aus der Verbindungsstelle entweicht. Die Verbindungsstelle ist die Stelle zwischen dem Stopfen 530 und dem Klemmverschraubungselement 531. Es ist vorteilhaft, wenn das Dosierrohr 512 fest mit einer flexibleren Leitung verbindbar ist, da die Quelle oder der Sammelbehälter des Reduktionsmittelfluids möglicherweise nicht in unmittelbarer Nähe des Dosierrohrs 512 bereitgestellt ist. Der flexible Schlauch kann einen Durchmesser von etwa 6 mm haben.
Zwischen dem Stopfen 530 und dem Klemmverschraubungselement 531 ist eine Unterlegscheibe 561, insbesondere eine Tellerfeder oder Belleville-Unterlegscheibe, bereitgestellt. Die Unterlegscheibe 561 weist eine Kegelstumpfform auf. Die Unterlegscheibe 561 überträgt eine Kraft, die von dem Klemmverschraubungselement 531 ausgeübt wird, auf den Stopfen 530. Die Kraft verbessert die durch den Stopfen 530 erzielte Abdichtung. In weiteren Ausführungsformen kann die Unterlegscheibe 561 gegen einen Stapel von Unterlegscheiben ausgetauscht werden. Wenn die Kraft, die auf den Stopfen zu übertragen ist, vergleichsweise größer ist, ist ein Stapel von Unterlegscheiben vorzuziehen. Dies liegt mindestens daran, dass ein Stapel oder eine Vielzahl von Unterlegscheiben 561 ermöglicht, eine größere Kraft auf den Stopfen 530 zu übertragen.
Die Kraft, die durch das Klemmverschraubungselement 531 über die Unterlegscheibe 561 auf den Stopfen 530 ausgeübt wird, ist durch Drehen des Klemmverschraubungselements 531 einstellbar. Anders ausgedrückt: Durch Variieren des Ausmaßes, in dem das Klemmverschraubungselement 531 schraubbar in den Vorsprung 515 eingreift, kann das Ausmaß, in dem der Stopfen 530 durch das Klemmverschraubungselement 531 gedrückt wird, variiert werden.
Wie im Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, kann der Stopfen 530 und/oder das Klemmverschraubungselement 531 ein oder mehrere Positionierungsmerkmale in Form von Aussparungen oder Ausbuchtungen umfassen. Der Diffusor 504, insbesondere der Vorsprung 515 davon, kann ebenso ein oder mehrere entsprechende Positionierungsmerkmale umfassen, die als Ausbuchtungen oder Aussparungen ausgebildet sein können. Das Zusammenwirken zwischen den Positionierungsmerkmalen erleichtert die Ausrichtung und/oder Positionierung der Dichtungsanordnung 550 relativ zum Diffusor 504.
Das Dosierrohr 512 kann sich über die gesamte Länge des zentralen Kanals 570 erstrecken, oder es kann sich nur über einen Abschnitt des zentralen Kanals 570 erstrecken.
Die Dichtungsanordnung 550 umfasst das Dichtungselement in Form des Stopfens 530 und des Klemmverschraubungselements 531 sowie das Dosierrohr 512. Das Dichtungselement (insbesondere der Dichtungsstopfen 530) greift in den Diffusor 504 ein, insbesondere in dessen Vorsprung 515, um eine Schnittstelle dazwischen zu definieren. Die Schnittstelle nimmt die Form einer grundsätzlich ringförmigen Begrenzung oder Berührungsfläche an, die sich um eine Innenfläche des Vorsprungs 415 erstreckt. Das Dosierrohr 512 steht aus dem Dichtungselement hervor. Das Dosierrohr 512 definiert mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg. Anders ausgedrückt, das Dosierrohr 512 erstreckt sich durch eine Mitte der ringförmigen Schnittstelle. Die Dichtungsanordnung 550 verringert oder verhindert somit vorteilhaft Fluidleckage über die Schnittstelle hinweg, während sie mittels des Dosierrohrs 512 den Fluss von Reduktionsmittel dahindurch ermöglicht. In der Anordnung von und ist eine weitere Schnittstelle zwischen dem Klemmverschraubungselement 531 und dem Vorsprung 515 des Turbinengehäuses 506 definiert.
ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer Turbinenbaugruppe 600, die eine Turbinendosierdichtungsanordnung 650 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und ein Turbinengehäuseelement in Form eines Diffusors 604 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Die Dichtungsanordnung 650 ist in ihrer Einsatz- oder installierten Konfiguration in der Turbinenbaugruppe 600 dargestellt. Eine Mittelachse 601, um die sich der Diffusor 604 und ein Turbinengehäuse 606 erstrecken, ist ebenfalls schematisch angegeben.
Die Turbinenbaugruppe 600 umfasst den Diffusor 604, der durch eine Diffusorwand 618 definiert ist, und das Turbinengehäuse 606. Zwischen der Diffusorwand 618 und dem Turbinengehäuse 606 ist ein Spalt oder Bypass-Kanal 609 definiert. Der Spalt stellt einen Strömungsweg für Bypass-Abgase in einer Turbine mit Ladedruckregelung bereit, wie sie in Verbindung mit den bis beschrieben ist. Die Diffusorwand 618 erstreckt sich zwischen einem Einlass 617 und einem axial versetzten Auslass 613 (z. B. versetzt entlang der Mittelachse 601). Die Diffusorwand 618 definiert eine Innenfläche 618a (z. B. nahe der Mittelachse 601) und eine Außenfläche 618b (z. B. entfernt von der Mittelachse 601).
Die Diffusorwand 618 definiert eine Diffusorbohrung oder einen Innenraum 603, durch den Abgas strömt, das über ein Turbinenrad (nicht dargestellt) ausgedehnt worden ist. Für die Zwecke von wird die Bohrung 603 des Diffusors 604 durch eine Oberfläche der Diffusorwand 618 begrenzt, die sich in der Nähe der Mittelachse 601 befindet.
Ein Dosierrohr 619 ist aus einem Stück mit der Diffusorwand 618 (insbesondere der Innenfläche 618a davon) ausgebildet. Das Dosierrohr 619 und die Diffusorwand 618 bilden eine einzige, monolithische Komponente. Das Dosierrohr 619 erstreckt sich in die Diffusorbohrung 603. Das Dosierrohr 619 ist im Gebrauch auf das Turbinenrad gerichtet. Das Dosierrohr 619 ist wie in den vorangegangenen Ausführungsformen dafür konfiguriert, Reduktionsmittelfluid aufzunehmen und in Richtung des Turbinenrads auszustoßen.
Das Dosierrohr 619 umfasst eine Biegung oder Richtungsänderung, um zu ermöglichen, dass das aus dem Dosierrohr 619 ausgestoßene Reduktionsmittelfluid auf das Turbinenrad gerichtet wird. Das Dosierrohr kann daher als nichtlinear beschrieben werden.
Vorteilhafterweise beseitigt die einstückige Ausbildung des Dosierrohrs 619 mit der Diffusorwand 618 einen Leckageweg zwischen einer Außenseite des Dosierrohrs 619 und der Diffusorwand 618. Mit anderen Worten, es gibt keinen Spalt um das Dosierrohr 619, durch den Fluid in Richtung des Turbinengehäuses 606 entweichen kann. Vorteilhafterweise wird infolgedessen die Gefahr der Korrosion des Turbinengehäuses 606 verringert.
Die Diffusorwand 618 kann ferner einen Vorsprung 630 definieren. Der Vorsprung 630 ist dafür konfiguriert, in eine Zuführungsleitung 620 einzugreifen (die ihrerseits als Dosierrohr oder -leitung bezeichnet werden kann). Der Vorsprung 630 umfasst einen Kanal 605 in Fluidverbindung mit dem Dosierrohr 619. Der Kanal 605 oder allgemeiner der Vorsprung 630 umfasst einen Befestigungsabschnitt in Form eines Schraubgewindes 607. Ein erstes Ende 621 der Zuführungsleitung 620, das sich im Gebrauch in der Nähe des Vorsprungs 630 befindet, umfasst einen entsprechenden Befestigungsabschnitt in Form eines Schraubgewindes 611. Die Zuführungsleitung 620 kann daher schraubbar in den Vorsprung 630 eingreifen. Dieser Gewindeeingriff bringt die Zuführungsleitung 620 und das Dosierrohr 619 in eine abgedichtete Fluidverbindung miteinander.
In greift die Zuführungsleitung 620 in eine Innenfläche des Vorsprungs 630 ein. Alternativ kann die Zuführungsleitung 620 den Vorsprung 630 umgeben, sodass die Zuführungsleitung 620 in eine Außenfläche des Vorsprungs 630 eingreift.
Die Schraubverbindung zwischen der Zuführungsleitung 620 und dem Vorsprung 630 verringert die Gefahr, dass Reduktionsmittelfluid und/oder Reduktionsmittelfluid-Nebenprodukte durch den Vorsprung 630 entweichen und mit dem Turbinengehäuse 606 in Berührung kommen. Die Schraubverbindung verringert dadurch die Gefahr, dass das Turbinengehäuse 606 korrodiert.
Während Wartungs-, Reparatur- oder Prüfarbeiten an der Turbinenbaugruppe 600 kann die Zuführungsleitung 620 leicht vom Vorsprung 630 abgeschraubt und entweder durch eine neue Leitung ersetzt oder anschließend wieder angebracht werden.
Ferner erstreckt sich die Zuführungsleitung 620 durch das Turbinengehäuse 606. Insbesondere erstreckt sich die Zuführungsleitung 620 durch einen Kanal 653, der in einer Wand des Turbinengehäuses 606 definiert ist. Ein Dichtungselement in Form eines Klemmverschraubungselements 657 wird bereitgestellt, um den Kanal 653 abzudichten, durch den sich die Leitung 620 erstreckt. Das Klemmverschraubungselement 657 verhindert somit das Entweichen von Abgas aus dem Bypass-Kanal 609.
Das Klemmverschraubungselement 657 kann zwei Abschnitte umfassen: ein Montageelement 656 und ein Dichtungselement 659.
Das Montageelement 656 ist am Turbinengehäuse 606 fixiert. In der dargestellten Ausführungsform wird das Montageelement 656 am Turbinengehäuse 606 unter Verwendung von Verbindungselementen 670, 671 fixiert. Die Verbindungselemente 670, 671 können zum Beispiel Bolzen, Schrauben und Nieten einschließen. Das Montageelement 656 kann alternativ auch durch Schweißen oder andere geeignete Befestigungsmittel am Turbinengehäuse 606 fixiert werden. Vorzugsweise ist das Montageelement 656 abnehmbar am Turbinengehäuse 606 fixiert, sodass es leicht entfernt und/oder ersetzt werden kann, ohne das Turbinengehäuse 606 zu beschädigen. Das Montageelement greift in das Turbinengehäuse 606 ein, um eine Schnittstelle dazwischen zu definieren. Die Schnittstelle weist die Form einer ringförmigen „Berührungs“-fläche zwischen dem Montageelement 656 und dem Turbinengehäuse 606 auf.
Das Dichtungselement 659 ist bereitgestellt, um das Entweichen von Abgas aus dem Bypass-Kanal 609 zu vermindern. Das Dichtungselement 659 ist in eine Kompressionsmutter, es können aber auch andere Dichtungselemente verwendet werden.
Um die Zuführungsleitung 620 ist ein Schneidring 661 angeordnet. Der Schneidring 661 ist ein verformbarer, grundsätzlich ringförmiger Materialkörper. Der Schneidring 661 besteht aus Kupfer. Das Montageelement 656 ist teilweise um den Schneidring 661 herum angeordnet und hat eine konische Oberfläche. Das Dichtungselement 659, das teilweise um den Schneidring 661 herum angeordnet ist, hat ebenfalls eine konische Oberfläche. Wenn das Dichtungselement 659 angezogen wird, wird der Schneidring 661 zusammengedrückt. Das Zusammendrücken des Schneidrings 661 bewirkt, dass zwischen dem Schneidring 661 und dem Turbinengehäuse 606 eine wirksame mechanische Abdichtung ausgebildet wird. Die mechanische Abdichtung vermindert das Entweichen von Abgasen aus dem Bypass-Kanal 609.
Eine flexible Röhre oder Schlauch 690 (in teilweise dargestellt), wie etwa eine Gummiröhre, ist mit der Zuführungsleitung 620 verbunden und steht mit ihr in Fluidverbindung. Insbesondere ist ein Montageflansch 692 der flexiblen Röhre 690 in Eingriff mit einem Flansch 673 der Zuführungsleitung 620 gezeigt. Die Flansche 692, 673 können unter Verwendung einer Bandschelle oder anderer Haltemittel aneinander fixiert werden. Die flexible Röhre 690 kann dafür konfiguriert sein, Reduktionsmittelfluid von einer Quelle oder einem Sammelbehälter zur Zuführungsleitung 620 (und damit zum Dosierrohr 619) zu befördern.
Überall in diesem Dokument können die Begriffe Dosierrohr und Leitung austauschbar verwendet werden. „Turbinengehäuseelement“ kann ein Turbinengehäuse, einen Diffusor oder ein Adapterelement bezeichnen. Die Turbinendosierdichtungsanordnung kann der Einfachheit halber auch als Dichtungsanordnung bezeichnet werden.
Eine oder mehrere der oben beschriebenen Turbinendosierdichtungsanordnungen können als eine einzige, einstückig ausgebildete Komponente hergestellt werden. Das heißt, das Dosierrohr kann einstückig mit dem Dichtungselement ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Dosierrohr eine Komponente sein, die von jener des Dichtungselements getrennt ist. Ist sie einstückig miteinander ausgebildet, kann die Turbinendosierdichtungsanordnung gegossen werden, wie etwa im Feinguss, oder sie kann durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Ein gängiges Beispiel für additive Fertigung ist der 3D-Druck; es gibt jedoch auch andere Verfahren der additiven Fertigung. „Rapid Prototyping“ oder „Rapid Manufacturing“ sind ebenfalls Begriffe, die verwendet werden können, um additive Fertigungsprozesse zu beschreiben.
So wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „additive Fertigung“ grundsätzlich auf Fertigungsprozesse, bei denen aufeinanderfolgende Materialschichten bereitgestellt werden, um eine dreidimensionale Komponente Schicht für Schicht „aufzubauen“ oder „additiv herzustellen“. Dies steht im Gegensatz zu einigen subtraktiven Verfahren (wie etwa Fräsen oder Bohren), bei denen der Reihe nach Material abgetragen wird, um das Teil herzustellen. Die aufeinanderfolgenden Schichten verschmelzen grundsätzlich, sodass sie eine monolithische Komponente ausbilden, die eine Vielfalt von integrierten Teilkomponenten aufweisen kann. Insbesondere kann der Fertigungsprozess es ermöglichen, dass ein Beispiel der Offenbarung aus einem Stück ausgebildet wird und eine Vielzahl von Merkmalen einschließt, die bei Verwendung älterer Fertigungsverfahren nicht möglich sind.
Hier beschriebene additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Fertigung bis zu jeder geeigneten Größe und Form mit verschiedenen Merkmalen, die bei Verwendung älterer Fertigungsverfahren vielleicht nicht möglich gewesen wären. Die additive Fertigung kann komplexe Geometrien ohne die Verwendung jeglicher Art von Werkzeugen, Formen oder Vorrichtungen und mit wenig oder gar keinem Abfallmaterial erzeugen. Statt Komponenten aus massiven Kunststoff- oder Metallblöcken zu zerspanen, von denen ein Großteil weggeschnitten und entsorgt wird, ist das einzige bei der additiven Fertigung verwendete Material dasjenige, das benötigt wird, um das Teil zu formen.
Hier beschriebene additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Fertigung bis zu jeder geeigneten Größe und Form mit verschiedenen Merkmalen, die bei Verwendung älterer Fertigungsverfahren vielleicht nicht möglich gewesen wären. Die additive Fertigung kann komplexe Geometrien ohne die Verwendung jeglicher Art von Werkzeugen, Formen oder Vorrichtungen und mit wenig oder gar keinem Abfallmaterial erzeugen. Statt Komponenten aus massiven Kunststoff- oder Metallblöcken zu zerspanen, von denen ein Großteil weggeschnitten und entsorgt wird, ist das einzige bei der additiven Fertigung verwendete Material dasjenige, das benötigt wird, um das Teil zu formen.
Die hier beschriebenen additiven Fertigungsprozesse können zum Ausbilden von Komponenten unter Verwendung jedes geeigneten Materials verwendet werden. Zum Beispiel kann das Material Metall oder jegliches andere geeignete Material sein, das in fester, flüssiger oder Pulverform, als Platte, Draht oder jegliche andere geeignete Form oder in Kombinationen daraus vorliegen kann. Insbesondere können die hierin beschriebenen additiv hergestellten Komponenten gemäß beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands teilweise, vollständig oder in einer Kombination aus Materialien ausgebildet sein, die reine Metalle, Nickellegierungen, Chromlegierungen, Titan, Titanlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Eisen, Eisenlegierungen, Edelstahl und Superlegierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis (z. B. solche, die unter dem Namen Inconel® von Special Metals Corporation erhältlich sind) einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Werkstoffe sind Beispiele für Materialien, die sich für die Verwendung in additiven Fertigungsprozessen eignen, die für die Fertigung der hier beschriebenen Beispiele geeignet sein können.
Wie oben erwähnt, ermöglicht der hier offenbarte additive Fertigungsprozess, eine einzelne Komponente aus mehreren Materialien auszubilden. Somit können die hier beschriebenen Beispiele aus allen geeigneten Mischungen der oben genannten Materialien ausgebildet werden. Zum Beispiel kann eine Komponente mehrere Schichten, Segmente oder Teile einschließen, die unter Verwendung unterschiedlicher Materialien, Prozesse und/oder auf unterschiedlichen Maschinen zur additiven Fertigung ausgebildet werden. Auf diese Weise können Komponenten konstruiert werden, die unterschiedliche Materialien und Materialeigenschaften aufweisen, um die Anforderungen jeglicher bestimmten Anwendung zu erfüllen. Außerdem ist zu beachten, obwohl die hier beschriebenen Komponenten vollständig durch additive Fertigungsprozesse konstruiert werden, dass in alternativen Ausführungsformen die ganzen oder ein Abschnitt dieser Komponenten durch Gießen, Zerspanen und/oder jeglichen anderen geeigneten Fertigungsprozess ausgebildet werden können. In der Tat kann jede geeignete Kombination von Materialien und Fertigungsverfahren verwendet werden, um diese Komponenten auszubilden.
Additive Fertigungsprozesse stellen Komponenten normalerweise auf der Grundlage von dreidimensionalen (3D) Informationen, zum Beispiel eines dreidimensionalen Computermodells (oder einer Konstruktionsdatei), der Komponente her.
Dementsprechend schließen die hier beschriebenen Beispiele nicht nur Erzeugnisse oder Komponenten ein, wie sie hier beschrieben sind, sondern auch Verfahren zur Fertigung solcher Erzeugnisse oder Komponenten durch additive Fertigung und Computersoftware, Firmware oder Hardware zum Steuern der Fertigung solcher Erzeugnisse mittels additiver Fertigung.
Die Struktur von einem oder mehreren Teilen des Erzeugnisses kann digital in Form einer Konstruktionsdatei dargestellt werden. Eine Konstruktionsdatei oder Datei für CAD (Computergestütztes Konstruieren) ist eine Konfigurationsdatei, die eine oder mehrere der Oberflächen- oder volumetrischen Konfiguration der Form des Erzeugnisses codiert. Das heißt, eine Konstruktionsdatei stellt die geometrische Anordnung oder Form des Erzeugnisses dar.
Konstruktionsdateien können jedes heute bekannte oder später entwickelte Dateiformat annehmen. Zum Beispiel können Konstruktionsdateien im Stereolithografie- oder „Standard Tessellation Language“-Format (.stl) vorliegen, das für die Stereolithografie-CAD-Programme von 3D Systems erzeugt wurde, oder im Format „Additive Manufacturing File“ (.amf), einem Standard der ASME (American Society of Mechanical Engineers), der ein auf XML (Erweiterbare Auszeichnungssprache) beruhendes Format ist, das entwickelt wurde, um jeder CAD-Software zu ermöglichen, die Form und Zusammensetzung eines beliebigen dreidimensionalen Objekts zu beschreiben, das auf einem beliebigen Drucker für additive Fertigung hergestellt werden soll.
Weitere Beispiele für Konstruktionsdateiformate schließen AutoCAD-Dateien (.dwg), Blender-Dateien (.blend), Parasolid-Dateien (.x_t), Dateien im 3D Manufacturing Format (.3mf), Autodesk-Dateien (3ds), Collada-Dateien (.dae) und Wavefront-Dateien (.obj) ein, wenngleich es noch viele andere Dateiformate gibt.
Konstruktionsdateien können unter Verwendung von Modellierungssoftware (z. B. CAD-Modellierung) und/oder durch Scannen der Oberfläche eines Erzeugnisses erstellt werden, um die Oberflächenkonfiguration des Erzeugnisses zu messen.
Sobald sie erlangt wurde, kann eine Konstruktionsdatei durch einen Prozessor in eine Menge von computerausführbaren Anweisungen konvertiert werden, die, sobald sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung zu steuern, um ein Erzeugnis gemäß der in der Konstruktionsdatei angegebenen geometrischen Anordnung herzustellen. Die Konvertierung kann die Entwurfsdatei in Scheiben oder Schichten konvertieren, die durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung der Reihe nach ausgebildet werden sollen. Die Anweisungen (auch als geometrischer Code oder „G-Code“ bezeichnet) können auf die spezifische Vorrichtung zur additiven Fertigung kalibriert sein und können die genaue Position und Menge des Materials angeben, das in jeder Phase des Fertigungsprozesses ausgebildet werden soll. Wie oben erläutert, kann die Ausbildung durch Abscheidung, durch Sintern oder durch jede andere Form von additivem Fertigungsverfahren erfolgen.
Der Code oder die Anweisungen können je nach Bedarf zwischen unterschiedlichen Formaten übersetzt, in eine Menge von Datensignalen konvertiert und übertragen, als Menge von Datensignalen empfangen und in Code konvertiert, gespeichert usw. werden. Die Anweisungen können eine Eingabe in das System für additive Fertigung sein und können von einem Teilekonstrukteur, einem Anbieter von geistigem Eigentum (IP), einem Konstruktionsunternehmen, dem Betreiber oder Eigentümer des Systems für additive Fertigung oder aus anderen Quellen stammen. Ein System für additive Fertigung kann die Anweisungen ausführen, um das Erzeugnis unter Verwendung einer der hierin offengelegten Technologien oder Verfahren herzustellen.
Konstruktionssdateien oder computerausführbare Anweisungen können in einem (flüchtigen oder nichtflüchtigen) computerlesbaren Speichermedium (z. B. Arbeitsspeicher, Speichersystem usw.) gespeichert werden, das Code oder computerlesbare Anweisungen speichert, die das herzustellende Erzeugnis darstellen. Wie erwähnt, definieren der Code oder die computerlesbaren Anweisungen das Erzeugnis, das verwendet werden kann, um das Objekt physisch zu erzeugen, wenn der Code oder die Anweisungen durch ein System für additive Fertigung ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Anweisungen ein präzise definiertes 3D-Modell des Erzeugnisses einschließen und mit jedem aus einer Vielzahl von bekannten CAD-Software-Systemen wie AutoCAD®, TurboCAD9, DesignCAD 3D Max usw. erzeugt werden. Alternativ kann auch ein Modell oder Prototyp der Komponente gescannt werden, um die dreidimensionalen Informationen der Komponente zu bestimmen.
Dementsprechend kann durch das Steuern einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß den computerausführbaren Anweisungen die Vorrichtung zur additiven Fertigung angewiesen werden, ein oder mehrere Teile des Erzeugnisses auszudrucken. Diese können entweder in zusammengebauter oder nicht zusammengebauter Form gedruckt werden. So können beispielsweise unterschiedliche Ausschnitte des Erzeugnisses separat (als Bausatz nicht zusammengebauter Teile) gedruckt und anschließend zusammengebaut werden. Alternativ können die unterschiedlichen Teile in zusammengebauter Form gedruckt werden.
In Anbetracht der obigen Ausführungen schließen die Ausführungsformen Verfahren zur Fertigung mittels additiver Fertigung ein. Dies schließt die Schritte ein: Erlangen einer Konstruktionsdatei, die das Erzeugnis darstellt, und Anweisen einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, das Erzeugnis in zusammengesetzter oder nicht zusammengesetzter Form gemäß der Konstruktionsdatei herzustellen. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung kann einen Prozessor einschließen, der dafür konfiguriert ist, die Konstruktionsdatei automatisch in computerausführbare Anweisungen zum Steuern der Fertigung des Erzeugnisses zu konvertieren. In diese Ausführungsform kann die Konstruktionsdatei selbst automatisch die Fertigung des Erzeugnisses veranlassen, sobald sie in die Vorrichtung zur additiven Fertigung eingegeben wird. Dementsprechend kann in dieser Ausführungsform die Konstruktionsdatei selbst als computerausführbare Anweisungen betrachtet werden, welche die Vorrichtung zur additiven Fertigung veranlassen, das Erzeugnis herzustellen. Alternativ kann die Konstruktionsdatei durch ein externes Computersystem in Anweisungen konvertiert werden, wobei die resultierenden computerausführbaren Anweisungen der Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitgestellt werden.
In Anbetracht der obigen Ausführungen können der Entwurf und die Fertigung von Implementierungen des Gegenstands und der in dieser Spezifikation beschriebenen Operationen unter Verwendung digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware realisiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon. Die Hardware kann zum Beispiel Prozessoren, Mikroprozessoren, elektronische Schaltungen, elektronische Bauelemente, integrierte Schaltkreise usw. einschließen. Implementierungen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können unter Verwendung von einem oder mehreren Computerprogrammen verwirklicht werden, d. h. von einem oder mehreren Modulen von Computerprogrammanweisungen, die auf einem Computerspeichermedium zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder zum Steuern des Betriebs dieser Vorrichtung codiert sind. Alternativ oder zusätzlich können die Programmanweisungen auf ein künstlich erzeugtes fortgepflanztes Signal codiert werden, z. B. ein maschinell erzeugtes elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, das erzeugt wird, um Informationen zur Übertragung zu einer geeigneten Empfangsvorrichtung zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung zu codieren. Ein Computerspeichermedium kann eine computerlesbare Speichervorrichtung, ein computerlesbares Speichersubstrat, eine Speicheranordnung oder -vorrichtung mit wahlfreiem oder seriellem Zugriff oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon sein oder darin eingeschlossen werden. Außerdem kann ein Computerspeichermedium, obwohl ein Computerspeichermedium kein fortgepflanztes Signal ist, eine Quelle oder ein Ziel von Computerprogrammanweisungen sein, die in einem künstlich erzeugten fortgepflanzten Signal codiert sind. Das Computerspeichermedium kann auch eine oder mehrere separate physische Komponenten oder Medien (z. B. mehrere CDs, Platten oder andere Speichervorrichtungen) sein oder darin eingeschlossen sein.
Obwohl die Technologie der additiven Fertigung hier so beschrieben wird, dass sie die Fertigung komplexer Objekte durch den Aufbau von Objekten Punkt für Punkt, Schicht für Schicht, typischerweise in vertikaler Richtung, ermöglicht, sind andere Fertigungsverfahren möglich und fallen in den Schutzbereich des vorliegenden Gegenstands. Zum Beispiel werden Fachleute anerkennen, obwohl sich die Erörterung hier auf die Zugabe von Material zur Bildung aufeinanderfolgender Schichten bezieht, dass die hier offengelegten Verfahren und Strukturen mit jeder additiven Fertigungsmethode oder einer anderen Fertigungstechnologie praktiziert werden können.
Die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen sind als der Veranschaulichung dienend und als nicht einschränkend zu betrachten, wobei es sich versteht, dass nur bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind und dass alle Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzbereich der in den Ansprüchen definierten Erfindungen fallen, als geschützt erwünscht sind. In Bezug auf die Ansprüche ist beabsichtigt, dass, wenn Worte wie etwa „ein“, „eine“, „mindestens ein“ oder „mindestens ein Abschnitt“ verwendet werden, um ein Merkmal einzuführen, der Anspruch nicht auf nur ein solches Merkmal beschränkt werden soll, es sei denn, im Anspruch ist ausdrücklich das Gegenteil angegeben. Wenn die Formulierung „mindestens ein Abschnitt“ und/oder „ein Abschnitt“ verwendet wird, kann der Gegenstand einen Abschnitt und/oder den gesamten Gegenstand einschließen, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist.
Optionale und/oder bevorzugte Merkmale, wie sie hierin dargelegt sind, können entweder einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden, wo dies angebracht ist, und insbesondere in den Kombinationen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind. Die optionalen und/oder bevorzugten Merkmale für jeden Aspekt der hier dargelegten Erfindung sind auch auf jegliche anderen Aspekte der Erfindung anwendbar, wo dies angebracht ist.
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

US 5868552 [0098]

Claims

Turbinendosierdichtungsanordnung, Folgendes umfassend: ein Dichtungselement, das dafür konfiguriert ist, an einer Schnittstelle in ein Turbinengehäuseelement einzugreifen; und eine Leitung, die aus dem Dichtungselement hervorsteht, wobei die Leitung mindestens einen Teil eines Reduktionsmittelfluid-Weges über die Schnittstelle hinweg definiert.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement einen Stopfen umfasst, und wobei die Leitung sich von dem Stopfen aus erstreckt.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Stopfen einen Hohlraum zur Sammlung von Fluid umfasst.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Stopfen eine Muffe umfasst.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Leitung sich durch die Muffe erstreckt.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtungselement eine inerte Dichtung umfasst.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die inerte Dichtung eine Graphitdichtung ist.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die inerte Dichtung eine erste Dichtung ist, wobei das Dichtungselement ferner eine zweite Dichtung umfasst; und wobei die erste und die zweite Dichtung voneinander beabstandet sind.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtungselement ein Klemmverschraubungselement umfasst.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 9, wobei das Klemmverschraubungselement eine Bohrung definiert.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Bohrung Bestandteil der Leitung ist.
Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Abschnitt der Leitung relativ zu einem zweiten Abschnitt der Leitung geneigt ist.
Turbinendosieranordnung für eine Turbine, wobei die Turbinendosieranordnung Folgendes umfasst: ein Turbinengehäuseelement; und die Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Turbinendosierbaugruppe nach Anspruch 13, wobei das Turbinengehäuseelement einen Vorsprung umfasst; und wobei die Schnittstelle mindestens teilweise durch den Vorsprung definiert ist.
Turbinendosierbaugruppe nach Anspruch 14, wobei das Dichtungselement in den Vorsprung eingreift.
Turbinendosierbaugruppe nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, direkt oder indirekt von einem der Ansprüche 2 bis 5 abhängig, wobei ein Abschnitt des Stopfens innerhalb des Vorsprungs aufgenommen ist.
Turbinendosierbaugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, direkt oder indirekt von einem der Ansprüche 2 bis 5 abhängig, wobei: das Turbinengehäuseelement ein erstes Turbinengehäuseelement ist; und wobei ein Abschnitt des Stopfens in ein zweites Turbinengehäuseelement eingreift.
Turbinendosierbaugruppe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, direkt oder indirekt von einem der Ansprüche 6 bis 8 abhängig, wobei die inerte Dichtung zwischen dem Vorsprung und dem Stopfen angeordnet ist.
Turbinenbaugruppe, Folgendes umfassend: ein Turbinenrad; und die Turbinendosierbaugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 18.
Turbolader, Folgendes umfassend: einen Verdichter; ein Lagergehäuse; und die Turbinenbaugruppe nach Anspruch 19; wobei die Turbine und der Verdichter in Leistungskommunikation stehen.
Turbinengehäuseelement für eine Turbine, wobei das Turbinengehäuseelement Folgendes umfasst: eine Wand, die sich zwischen einem Einlass und einem axial versetzten Auslass erstreckt, wobei die Wand eine Innenfläche und eine Außenfläche definiert, und eine Leitung, die dafür konfiguriert ist, Reduktionsmittel aufzunehmen und auszustoßen, wobei die Leitung aus der Innenfläche der Wand hervorsteht und mit dieser einstückig ausgebildet ist; wobei die Leitung einen Befestigungsabschnitt umfasst, der dafür konfiguriert ist, schraubbar in eine weitere Leitung einzugreifen.
Computerprogramm, umfassend computerausführbare Anweisungen, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung zu steuern, um eine Turbinendosierdichtungsanordnung, optional nach einem der Ansprüche 1 bis 12, oder ein Turbinengehäuseelement nach Anspruch 21 herzustellen.
Verfahren zum Installieren einer Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Drücken des Dichtungselements in Eingriff mit dem Turbinengehäuseelement.
Verfahren zur Fertigung einer Turbinendosierdichtungsanordnung oder eines Turbinengehäuseelements mittels additiver Fertigung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erlangen einer elektronischen Datei, die eine Geometrie der Turbinendosierdichtungsanordnung oder des Turbinengehäuseelements darstellt; und Steuern einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, um über einen oder mehrere additive Fertigungsschritte die Turbinendosierdichtungsanordnung oder das Turbinengehäuseelement nach Anspruch 21 entsprechend der in der elektronischen Datei angegebenen Geometrie herzustellen; wobei optional die Turbinendosierdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.