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Die Erfindung betrifft eine Axialturbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1 bzw. 8.
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Aus der
DE 101 25 250 C5 ist eine Axialturbine für einen Abgasturbolader mit internem Berstschutz bekannt. Die in diesem Stand der Technik offenbarte Axialturbine verfügt über einen Turbinenrotor sowie ein statorseitiges Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse setzt sich aus einem Zuströmgehäuse, einem Abströmgehäuse, einem Düsenring und einem Abgasdiffusor zusammen, wobei in der Turbine zu entspannendes Abgas über das Zuströmgehäuse und den Düsenring dem Turbinenrotor zuführbar und ausgehend vom Turbinenrotor über den Abgasdiffusor und das Abströmgehäuse vom Turbinenrotor abführbar ist. Der Berstschutz, der auch als Containmentschutz bezeichnet wird, wird durch eine definierte Gestaltung des Abgasdiffusors bereitgestellt. So umfasst der Abgasdiffusor eine Außenwand mit einer Außenkontur, einer Innenkontur sowie einer zwischen der Außenkontur und der Innenkontur positionierten, ringförmigen Stützwandung.
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Obwohl der Stand der Technik bereits eine Axialturbine mit integriertem Berstschutz bzw. Containmentschutz offenbart, besteht Bedarf an einer neuartigen Lösung für einen Containmentschutz bzw. Berstschutz einer Axialturbine eines Abgasturboladers, die sich auch zur Nachrüstung bzw. Umrüstung bereits im Feld verbauter bzw. genutzter Axialturbinen eignet. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialturbine für einen Abgasturbolader für einen Radialverdichter mit verbessertem Containmentschutz bzw. Berstschutz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt durch eine Axialturbine nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach ist dem Turbinengehäuse ein Fanglager derart zugordnet, dass im Normalbetriebszustand der Turbinenrotor nicht an dem Fanglager anliegt, und dass im Schadenfall der Turbinenrotor in das Fanglager einläuft. Über das Fanglager, das im Schadenfall den Turbinenrotor auffängt, kann der Containmentschutz bzw. Berstschutz für eine Axialturbine verbessert werden. Durch das Fanglager wird die Bewegung des Turbinenrotors im Schadenfall begrenzt, wodurch auf das Zuströmgehäuse einwirkende Axialkräfte begrenzt werden.
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Nach einer Weiterbildung liegt das Fanglager dem stromaufwärtigen Ende des Turbinenrotors gegenüber, wobei vorzugsweise das Fanglager an einer dem stromaufwärtigen Ende des Turbinenrotors gegenüberliegenden Seite eine dem Turbinenrotor entsprechende Konturierung aufweist. Hiermit kann das Fanglager den Turbinenrotor im Schadenfall besonders vorteilhaft auffangen bzw. abfangen.
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Das Fanglager ist entweder als separates Bauteil ausgebildet und mit dem Zuströmgehäuse oder mit dem Düsenring fest verbunden, oder das Fanglager ist integraler Bestandteil des Zuströmgehäuses oder des Düsenrings. Dann, wenn das Fanglager als separates Bauteil ausgebildet ist, kann eine im Feld verbaute Axialturbine durch Umrüstung bzw. Nachrüstung von der Erfindung Gebrauch machen.
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Die Aufgabe wird nach einem zweiten Aspekt durch eine Axialturbine nach Anspruch 8 gelöst. Hiernach weist der Abschlussdeckel des Radiallagergehäuses eine sich in Axialrichtung erstreckende Wandung auf, die in Axialrichtung über einen Flansch des Lagergehäuses vorsteht. Durch diese definierte Ausgestaltung des Abschlussdeckels des Radiallagergehäuses wird eine Art Bandage für die Lagereinrichtung des Turbinenrotors bereitgestellt. Hierdurch ist es möglich, dass das Radiallager im Schadenfall höhere Kräfte aufnehmen kann, bevor das Radiallager versagt. Hierdurch kann der Containmentschutz bzw. Berstschutz verbessert werden. Im Feld verbaute Axialturbinen können durch Austausch des Abschlussdeckels vom zweiten erfindungsgemäßen Aspekt Gebrauch machen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung überdeckt die sich in Axialrichtung erstreckende Wandung des Abschlussdeckels den Flansch des Lagergehäuses und einen Flansch des Dichtdeckels radial außen und steht in Axialrichtung über den Flansch des Lagergehäuses derart vor, dass die Wandung des Abschlussdeckels das Radiallager in seiner Axialerstreckung um mindestens 50% überdeckt, vorzugsweise gegenüber dem stromabwärtigen Ende des Radiallagers in Axialrichtung vorsteht. Hierdurch kann die Struktur der Lagereinrichtung besonders vorteilhaft stabilisiert werden.
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Die beiden erfindungsgemäßen Aspekte können alleine oder in Kombination miteinander an einer Axialturbine eines Abgasturboladers genutzt werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialturbine für einen Abgasturbolader nach dem ersten Aspekt der Erfindung; und
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2: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialturbine für einen Abgasturbolader nach dem ersten Aspekt der Erfindung.
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1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialturbine 10 nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, wobei in 1 sowohl ein Turbinenrotor 11 der Axialturbine 10 als auch ein Turbinengehäuse 12 derselben im Ausschnitt gezeigt sind.
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Vom Turbinenrotor 11 ist in 1 eine Turbinenscheibe bzw. Rotorscheibe 14 gezeigt, die radial außen zusammen mit der Turbinenscheibe 14 rotierende Laufschaufeln 13 trägt.
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Vom Turbinengehäuse 12 sind ein Zuströmgehäuse 15 und ein sich an das Zuströmgehäuse 15 anschließender Düsenring 16 gezeigt. In Strömungsrichtung (Pfeil 17) des Abgases gesehen ist der Düsenring 16 zwischen dem Turbinenrotor 11 und dem Zuströmgehäuse 15 des Turbinengehäuses 12 positioniert.
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Der Turbinenrotor 11 verfügt über ein in Strömungsrichtung (Pfeil 17) des Abgases gesehen stromaufwärtiges Ende 18 und ein stromabwärtiges Ende 19.
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Nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung ist dem Turbinengehäuse 12 ein Fanglager 20 zugeordnet. Im Normalbetriebszustand liegt der Turbinenrotor 11, nämlich die Rotorscheibe 14 desselben, nicht an dem Fanglager 20 an. Nur dann, wenn im Schadenfall z. B. eine dem Turbinenrotor 11 zugeordnete, in 1 nicht gezeigte Lagereinrichtung, über die der Turbinenrotor 11 im Turbinengehäuse 12 drehbar gelagert ist, versagt und demnach keine ordnungsgemäße Lagerung des Turbinenrotors 11 mehr gewährleistet ist, läuft der Turbinenrotor 11 in das Fanglager 20 ein.
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In 1 ist das Fanglager 20 als separates Bauteil ausgebildet, welches dem stromaufwärtigen Ende 18 des Turbinenrotors 11 bzw. der Rotorscheibe 14 desselben gegenüberliegt, und welches mit dem Zuströmgehäuse 15 durch Schrauben 21 verbunden ist. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass das Fanglager 20 integraler Bestandteil des Zuströmgehäuses 15 ist. Ebenso ist es möglich, dass das Fanglager mit dem Düsenring 16 verbunden ist oder integraler Bestandteil des Düsenrings 16 ist.
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Das Fanglager 20 befindet sich demnach am freien Ende des Turbinenrotors 11 gegenüberliegend zum stromaufwärtigen Ende 18 der Rotorscheibe 14. Dabei ist ein Abstand zwischen Turbinenrotor 11 und Fanglager 20 derart bemessen, dass im Normalbetrieb unter Berücksichtigung der Betriebsparameter, wie Wärmeausdehnung, Schwingung, Verlagerungsbahn und dergleichen zu keinem Zeitpunkt ein Kontakt zwischen Fanglager 20 und Turbinenrotor 11 auftritt. Nur dann, wenn im Schadenfall der Turbinenrotor 11 einer erhöhten Auslenkung unterliegt, zum Beispiel durch Versagen der Lagereinrichtung des Turbinenrotors 11, läuft der Turbinenrotor 11 in das Fanglager 20 ein und kommt an demselben zur Anlage. Dabei begrenzt das Fanglager 20 die maximale Auslenkung und damit Relativbewegung des Turbinenrotors 11 zum Zuströmgehäuse 15, sodass im Schadenfall auf das Zuströmgehäuse 15 einwirkende Axialkräfte begrenzt werden.
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Dann, wenn das Fanglager 20 als einzelne Baugruppe ausgeführt ist, können mit demselben im Feld verbaute bzw. genutzte Axialturbinen nachgerüstet werden.
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In der in 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der hier vorliegenden Erfindung verfügt das Fanglager 20 an einer dem stromaufwärtigen Ende 18 des Turbinenrotors 11 gegenüberliegenden Seite 22 über eine dem Turbinenrotor 11 korrespondierende Konturierung. Dabei weist der Turbinenrotor 11, nämlich die Rotorscheibe 14 desselben, am stromaufwärtigen Ende 18 eine konisch konturierte Wandung 23 auf, wobei das Fanglager 20 an seinem gegenüberliegenden Abschnitt 22 ebenfalls konisch konturiert ist. Hiermit kann im Schadenfall der Turbinenrotor 11 besonders vorteilhaft vom Fanglager 20 aufgefangen werden.
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Einen Ausschnitt aus einer Axialturbine eines Abgasturboladers nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt 2, wobei gemäß 2 der Turbinenrotor 11 im Bereich seines stromabwärtigen Endes 19 über eine Lagereinrichtung 24 drehbar im in 2 nicht gezeigten Turbinengehäuse 12 gelagert ist.
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Die Lagereinrichtung 24 umfasst ein Radiallager 25, eine Radiallagergehäuse 26, einen Dichtdeckel 27 und einen Abschlussdeckel 28.
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Das Radiallagergehäuse 26 und Dichtdeckel 27 sind an Flanschen 29, 30 über in 2 nicht gezeigte Schrauben miteinander verbunden, wobei gemäß 2 in diese Verbindungsflansche 29, 30 eingebrachte Sperrluftbohrungen 31, 32 gezeigt sind. Zwischen den Verbindungsflanschen 29, 30 von Radiallagergehäuse 26 und Dichtdeckel 27 ist eine Dichtung 33 positioniert.
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Das Radiallager 25 ist in seiner Position im Radiallagergehäuse 26 über eine Fixierscheibe 34 fixiert, wobei die Fixierscheibe 34 am Radiallagergehäuse 26 über Schrauben 35 befestigt ist.
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Wie bereits ausgeführt, umfasst die Lagereinrichtung 24 zusätzlich zum Radiallager 25, Radiallagergehäuse 26 und Dichtdeckel 27 den Abschlussdeckel 28. Der Abschlussdeckel 28 verfügt über eine sich in Radialrichtung erstreckende Wandung 36 und eine sich in Axialrichtung und damit in Strömungsrichtung (Pfeil 37) erstreckende Wandung 38.
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Nach dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung erstreckt sich die in Axialrichtung erstreckende Wandung 38 des Abschlussdeckels 28 in Axialrichtung bzw. in Strömungsrichtung gesehen über den Verbindungsflansch 29 des Radiallagergehäuses 26 hinaus.
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Die sich in Axialrichtung erstreckende Wandung 28 des Abschlussdeckels 28 steht demnach gegenüber einem stromabwärtigen Ende 39 des Verbindungsflansches 29 des Radiallagergehäuses 26 in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung 37 vor.
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Dabei steht diese Wandung 28 in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung 37 derart gegenüber dem Verbindungsflansch 29 des Radiallagergehäuses 26 vor, dass die zylindrische Wandung 38 des Abschlussdeckels 28 das Radiallager 25 in seiner Axialerstreckung um mindestens 50% überdeckt. Vorzugsweise überdeckt die zylindrische Wandung 38 des Abschlussdeckels 28 das Radiallager 25 in Axialrichtung vollständig. Im gezeigten Ausführungsbeispiel steht die Wandung 38 des Abschlussdeckels 28 in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung 37 gegenüber dem stromabwärtigen Ende 40 des Radiallagers 25 der Lagereinrichtung 24 vor.
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Die beiden Verbindungsflansche 29, 30 werden demnach in jedem Fall vollständig von der Wandund 38 des Abschlussdeckels 28 überdeckt, und zwar derart, dass die Wandung 38 in Axialrichtung bzw. Strömungsrichtung 37 gegenüber dem Verbindungsflansch 29 des Radiallagergehäuses 26 vorsteht.
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Nach dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung bildet der Abschlussdeckel 28 durch seine definierte Ausgestaltung der sich in Axialrichtung erstreckenden Wandung 38 eine Bandage der Lagervorrichtung 24, nämlich des Radiallagers 25 derselben. Im Schadenfall können hohe Kräfte durch Unwucht im Bereich des Radiallagers 25 auftreten, die zu einem Versagen des Radiallagergehäuses 26 führen können. Durch die definierte Ausgestaltung des Abschlussdeckels 28 wird das Radiallager 25 inklusive des Radiallagergehäuses 26 bandagiert, sodass dasselbe größeren Belastungen standhalten kann. Dabei ist der Abschlussdeckel 28 vorzugsweise aus einem hochfesten Werkstoff gebildet.
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Axialturbinen von Abgasturboladern können durch Austausch des Abschlussdeckels 28 einfach im Sinne des zweiten Aspekts der Erfindung umgerüstet werden. Obwohl in den 1 und 2 nicht gezeigt, können beide erfindungsgemäßen Aspekte auch gemeinsam an einer Axialturbine genutzt werden, um den Berstschutz bzw. die Containmentsicherheit einer Axialturbine zu verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Axialturbine
- 11
- Turbinenrotor
- 12
- Turbinengehäuse
- 13
- Laufschaufel
- 14
- Rotorscheibe
- 15
- Zuströmgehäuse
- 16
- Düsenring
- 17
- Strömungsrichtung
- 18
- Ende
- 19
- Ende
- 20
- Fangleger
- 21
- Schraube
- 22
- Ende
- 23
- Wandung
- 24
- Lagereinrichtung
- 25
- Radiallager
- 26
- Radiallagergehäuse
- 27
- Dichtdeckel
- 28
- Abschlussdeckel
- 29
- Flansch
- 30
- Flansch
- 31
- Sperrluftbohrung
- 32
- Sperrluftbohrung
- 33
- Dichtung
- 34
- Fixierscheibe
- 35
- Schraube
- 36
- Wandung
- 37
- Strömungsrichtung
- 38
- Wandung
- 39
- Ende
- 40
- Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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