DE202012009739U1 - Integral gegossenes Turbinenrad - Google Patents

Abstract

Integral gegossenes Turbinenrad eines Abgasturboladers, umfassen einen Nabenkörber, mehrere integral mit dem Nabenkörper ausgebildete Laufschaufeln sowie ein umlaufendes, die Laufschaufeln an ihren jeweiligen radial äusseren Rändern miteinander verbindendes, integral mit den Laufschaufeln ausgebildetes Deckband.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmaschinen, insbesondere Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen.
• Sie betrifft ein integral gegossenes Turbinenrad mit einer Vielzahl von Laufschaufeln, welche an ihren freien Enden ein Deckband (Shroud) aufweisen.
• Stand der Technik
• Axialturbinen thermischer Strömungsmaschinen, etwa Gasturbinen oder Turbinen von Abgasturboladern, weisen eine Vielzahl von Laufschaufeln auf, welche auf einer Nabe angeordnet sind, welche um eine Welle drehbar gelagert ist. Grundsätzlich unterscheidet man bezüglich des rotierenden Teils, also des Turbinenrades, zwischen gebauten Turbinen und integral gegossenen Turbinen. Gebaute Turbinen bestehen aus einzelnen Schaufeln, die mit einem kompliziert gestalteten Fuss (Tannenbaumfuss) in der Nabe gehalten werden. Bei integral gegossenen Turbinen bestehen Schaufeln und Nabe aus einem Stück. Gegenüber den gebauten Turbinen zeichnen sich die integral gegossenen Turbinen durch eine kostengünstigere Herstellung, durch eine geringere Masse und dadurch verbessertes Beschleunigungsverhalten sowie durch eine bessere LCF-Festigkeit (Low-Cycle-Fatigue) aufgrund der entfallenen Verbindung zwischen Laufschaufel und Nabe im Fussbereich der Laufschaufel.
• Die Laufschaufeln gebauter Turbinen weisen an ihren radial äusseren, freien Enden häufig Deckbänder – in der Fachsprache „Shroud” genannt – auf. Bei aus Einzelschaufeln gebauten Turbinenrädern setzt sich das Deckband aus einzelnen Segmenten zusammen, die mit jeweils einer Laufschaufel integral verbunden sind. Die Funktion des Deckbands besteht in der Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades durch Minimierung der Spaltverluste, sowie in der Optimierung des Schwingungsverhaltens durch seine dämpfende und versteifende Wirkung.
• Eine versteifende Wirkung durch eine Koppelung der einzelnen Laufschaufeln wird auch bei integral gegossenen Turbinen angestrebt. Hierfür werden üblicherweise die Laufschaufeln nachträglich miteinander verbunden, beispielsweise mittels eines Dämpferdrahts, welcher durch Bohrungen in den Laufschaufeln eingezogen wird. Diese Art der Kopplung der Schaufeln erhöht zwar die Steifigkeit des Schaufelverbands und erlaubt den Einsatz bei erhöhter Schwingungsanregung, andererseits nehmen aber die Strömungsverluste zu und die Bohrungen in den Laufschaufeln können die Festigkeit der einzelnen Schaufeln schwächen.
• Integral gegossene Turbinenräder sind aus US2004/0042902 A1 sowie US 4,813,470 bekannt.
• Kurze Darstellung der Erfindung
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile die Laufschaufeln einer integral gegossenen Turbine zu koppeln.
• Erfindungsgemäss werden die Laufschaufeln der integral gegossenen Turbine mittels aussenliegenden Deckbands miteinander verbunden. Das Deckband wird dabei beim Giessen der Turbine realisiert.
• Das erfindungsgemäss mit einem umlaufenden Deckband versehene, integral gegossene Turbinenrad weist gegenüber einem herkömmlichen integral gegossenen Turbinenrad eine bessere Schwingfestigkeit auf. Gegenüber einem mittels Dämpferdraht gedämpften Turbinenrad sind die Strömungsverluste geringer.
• Die obengenannten, weiteren Vorteile gegenüber den gebauten Turbinen bleiben für die erfindungsgemäss mit einem umlaufenden Deckband versehene, integral gegossene Turbine bestehen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Anschliessend ist anhand der Zeichnungen das erfindungsgemässe, integral gegossene Turbinenrad erläutert. Hierbei zeigt
• 1 eine isometrische Ansicht auf ein erfindungsgemäss ausgebildetes integral gegossenes Turbinenrad mit integral gegossenem Deckband, und
• 2 das integral gegossene Turbinenrad mit integral gegossenem Deckband nach 1 von einem anderen Winkel betrachtet.
• Weg zur Ausführung der Erfindung
• 1 und 2 zeigen jeweils ein Turbinenrad 1 eines Abgasturboladers oder einer Nutzturbine mit einem Nabenkörper 15 und einer Vielzahl von Laufschaufeln 11. Die Laufschaufeln werden im Betrieb mit heissen Abgasen einer Brennkraftmaschine beaufschlagt und versetzen den Nabenkörper in eine Rotationsbewegung.
• Die Laufschaufeln 11 des erfindungsgemäss ausgebildeten Turbinenrades 1 sind integral mit dem Nabenkörper 15 ausgebildet, konkret in einem Herstellungsvorgang als ein integrales Bauteil gegossen. Die Laufschaufeln weisen an ihren von dem Nabenkörper in radialer Richtung abstehenden, freien Enden ein umlaufendes Deckband 12 auf, im Fachkreis Shroud genannt. Das Deckband 12 ist erfindungsgemäss integral mit den Laufschaufeln 11 und dem Nabenkörper 15 ausgebildet, konkret in einem Herstellungsvorgang als ein integrales Bauteil gegossen.
• Bezugszeichenliste

1

Turbinenrad

11

Laufschaufeln des Turbinenrades

12

Deckband (Shroud)

15

Nabenkörper des Turbinenrades

• 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 2004/0042902 A1 [0006]
• US 4813470 [0006]

Claims (2)

1. Integral gegossenes Turbinenrad eines Abgasturboladers, umfassen einen Nabenkörber, mehrere integral mit dem Nabenkörper ausgebildete Laufschaufeln sowie ein umlaufendes, die Laufschaufeln an ihren jeweiligen radial äusseren Rändern miteinander verbindendes, integral mit den Laufschaufeln ausgebildetes Deckband.
2. Abgasturbolader, umfassend eine Turbine mit einem intergral gegossenen Turbinenrad nach Anspruch 1.

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